Изобретение Относится к измеритель-/ ной технике и позволяет измерять частоту вращения и угловое положение ротора вращающего объекта, например, ротора вентильной электрической машины.
Известны индукционные датчики положения, содержащие статор с чувствительными элементами трансформаторного типа, имеющие общую или раздельную магнитные системы и ротор с управляющими маг- нитомягкими элементами.
Значение выходного напряжения таких датчиков не зааисит от частоты вращения, в то время как частота выходного напряжения пропорциональна этой частоте:
Как правило, для обеспечения оптимального управления и контроля исполнительных двигателей следящих систем необходимо иметь, по крайней мере, два канала управления: по положению а ротора и по частоте п его вращения. При этом для каждого канала требуется различная крутизна характеристик по контролируемому параметру. Например, для управления двигателем привода по положению ротора требуется выбирать значение крутизны выходной характеристики датчика, равное числу пар полюсов р1 двигателя. Число пар полюсов исполнительных микродвигателей автоматических устройств обычно мало р 3. Для контроля и управления привода по частоте вращения и обеспечения высоких точностных характеристик требуется иметь значение крутизны не менее чём на порядок большее числа пар полюсов двигателя.
Недостатком таких устройств являются их большие габариты и масса из-за наличия в машине двух раздельных блоков, контроля и управления по положению и частоте враг щения ротора объекта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является дифференциальный индукционный датчик перемещения, в котором два датчика совме3
О 00 Ю
щены в одном блоке с целью снижения габаритов и масс.ы устройства.
Датчик содержит статор электромашинного типа с обмоткой возбуждения и двумя системами выходных обмоток (коммутационных и стабилизирующих), а также зубчатый безобмоточный ротор. Этот датчик при минимальных габаритах обеспечивает выходные характеристики с крутизной р для одного канала управления, и выходные характеристики с крутизной на порядок большей р для второго канала управления вентильной машиной,
Недостатками этого датчика являются невысокие достоверность и качество выдаваемой информации из-за помех в формируемых сигналах, а также сложность конструкции из-за наличия компенсационных обмоток, располагаемых в наружных пазах статора. Плохое качество сигналов датчика определяется тем, что выходные обмотки обеих систем датчика расположены на общей магнитной системе (статоре электромашинного типа) и пронизываются, общим магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения датчика.
Целью изобретения является повышение достоверности и качества информации путем снижения помех в формируемых сигналах.
Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном индукционном датчике углового положения и частоты вращения, содержащим статор с явновыраженными полюсами, размещенными согласно последовательно или параллельно, и две группы вторичных обмоток, в одной и которых пары обмоток соединены встречно-последовательно, и безобмоточный ротор, на части поверхности которого закреплены ферромагнитные вставки шириной, bz, образующие зубцы с шагом tz, полюсы статора выполнены магнитно изолированными один от другого.ширина bn полюсов, на которых размещены встречные обмотки для контроля положения ротора, равна шагу зубцов ротора, а ширина Ьс полюсов, на которых размещены вторичные обмотки для контроля частоты вращения, равна ширине bz одной ферромагнитной вставки и не превышает 1/3 tz.
На фиг. 1 изображен продольный разрез Б-Б на фиг.2 датчика; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - схема электрических соединений обмоток для контроля положения ротора; на фиг,4 - схема электрических .соединений обмоток для контроля частоты вращения; на фиг.5 - формы кривых напряжения на вторичных обмотках для контроля положения ротора; на фиг.6 - формы кривых
напряжений на вторичных обмотках для контроля частоты и направления вращения. Датчик содержит статор 1, закрепляемый в корпусе 2 вентильной электрической
машины рядом с ее статором 3, и ротор 4, закрепленный на валу 5 машины, рядом с ее индуктором 6. Статор 1 датчика имеет явно- вырзженные полюсы 7, 8 и 9 с обмотками возбуждения и вторичными обмотками для
контроля положения ротора и полюсы 10, 11, 12 и 13 с обмотками возбуждения и вторичными обмотками для контроля частоты вращения. Каждый полюс датчика выполнен в виде П-образного магнитопровода, на од5 ном из стержней которого располагается первичная обмотка возбуждения, на другом - вторичная обмотка для контроля положения ротора или вторичная обмотка для контроля частоты вращения ротора. Между
0 полюсами с обмотками установлены магнитные экраны Ни 15 в виде прямоугольных пластин из магнитомягкого материала. Между статорами датчика и контролируемого двигателя установлен магнитный экран
5 1 б в виде кольца из магнитомягкого материала.
Ротор 4 датчика представляет собой втулку из диэлектрического материала, в пазах которой установлены вставки (зубцы) 17
0 мз магнитомягкого материала.
На полюсах 7, 8 и 9 первого типа расположены первичны© обмотки возбуждения 18, 19 и 20, соединенные последовательно или параллельно, и вторичные обмотки 21,
5 22 и 23; образующие многофазную (в данном случае трехфазную) систему вторичных обмоток, которые используются для управления и контроля двигателя по положению ротора. На полюсах 10. 11, 12 и 13 второго
0 типа расположены первичные обмотки возбуждения 24,25 26 и 27, соединенные последовательно или параллельно, и вторичные обмотки 28, 29, 30 и 31, сгруппированные попарно, при этом обмотки каждой пары
5 соединены последовательно-встречно.
Ширина bn полюсов 7,8 и 9 первого типа с обмотками для контроля положения ротора выполнена равной ширине зубцового шага tz ротора. Ширина Ьс полюсов 10,11,12 и
0 13 второго типа с обмотками для контроля частоты и направления вращения выполне- на равной ширине bz зубцов (вставок) ротора, при этом зубцы ротора выполнены с шириной, не превышающей 1 /3 tz,
5 Обмотки для контроля положения ротора сдвинуты друг относительно.друга в пространстве на угол 2 л/птр. рад., где m - число фаз двигателя;
р - число полюсов датчика, равное числу пар полюсов контролируемого двигателя.
.Зубцовые зоны ротора образуют полюсы с дугой, равной я/р рад. Встречно включенные обмотки для контроля частоты вращения каждой пары сдвинуты в пространстве друг относительно друга на угол я/р рад.
Обмотки для контроля частоты вращения первой группы (28 и 29) сдвинуты в пространстве относительно обмоток второй группы (30 и 31) на угол кратныйп /Ар zp рад., где Zp - число зубцов в полюсе ротора. Этот угол соответствует длине дуги кратной 1/4 tz,
Датчик работает следующим образом.
На выводы первичных обмоток возбуж- дения 18, 19, 20, 24, 25, 26 и 27 подается напряжение переменного тока высокой частоты (10-50 кГц). Ток возбуждения создает в полюсах 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 статора переменный магнитный поток, замыкаю- щийся по ротору (путь показан на фиг 1 пунктиром). Значение потока полюса зависит от магнитного сопротивления внешней магнитной цепи полюса. При вращении ротора А магнитное сопротивление внешней цепи полюса меняется в зависимости от положения относительно его ферромагнитных вставок 17 ротора.
При этом происходит модуляция вторичных напряжений на вторичных обмотках датчика в функции угла поворота ротора, как видно на фиг.5 и 6, где приведены зависимости напряжений U2i, U22 и U23 на вторичных обмотках 21, 22 и 23 для контроля положения ротора и зависимости напряже- ний U28 и U29 на вторичных обмотках 28 и 29 для контроля частоты вращения от угла а поворота ротора../
Минимальное напряжение на каждой вторичной обмотке 21, 22 и 23 для контроля положения ротора будет когда зубцовая зона (вставки) находятся вне соответствующих полюсов 7, 8 и 9 статора. Напряжение на этих обмотках начинает увеличиваться с момента подхода крайней вставки (зубца) к соответствующему полюсу и достигает максимума при полном перекрытии зубца и полюса. При дальнейшем повороте ротора напряжение это не будет меняться, так как по мере выхода одного из зубцов из полюса в него будет входить соседний зубец, при этом магнитное сопротивление внешней магнитной цепи полюса не меняется, так как ширина полюса bn принята равной зуб- цовому шагу (bp tz}. Снихсение же напря- жения на этих обмотках начнется после того, когда с полюса статора будет выходить последний зубец зубцовой зоны ротора. За один оборот напряжение вторичных обмоток 21, 22 и 23 изменится р раз, поэтому крутизна выходной характеристики каждого канала по положению ротора равно;
-Ј-.
где fn - частота выходных (вторичных) напряжений обмоток для контроля положения ротора, Гц;
п - частота вращения ротора, об/с. При принятых соотношениях bc bzS1 /3 tz напряжения на вторичных обмотках 28, 29, 30 и 31 не будет постоянным при перемещении относительно полюсов 10, 11, 12 и 13 зубцоаых зон ротора. Минимальное напряжение на этих обмотках будет при положениях ротора, когда его зубцовые зоны не перекрывают указанные полюсы, а также и при перекрытии этими зонами полюсов, но только в тех положениях ротора, когда отдельные зубцы не перекрывают полюсы. Максимальное напряжение на вторичных обмотках 28, 29, 30 и 31 будет при перекрытии зубцовыми зонами соответствующих полюсов 10, 11, 12 и 13, но только при положениях ротора, когда его отдельные зубцы перекрывают указанные полюсы статора.
Таким образом, при вращении ротора осуществляется модуляция выходных напряжений на обмотках 28, 29, 30 и 31 с
частотой, пропорциональной частоте вращения и числу зубцов ротора. Однако, как видно из фиг.6, модуляция напряжений на указанных обмотках осуществляется не в полном диапазоне углов, а только в пределах зубцовых зон ротора. Для обеспечения модуляции напряжений в полном диапазоне углов поворота ротора 2 л рад, каждая выходная обмотка датчика частоты вращения формируется из двух последовательно
и встречно включенных вторичных обмоток, сдвинутых в пространстве на угол л/р рэд., при этом выходные напряжения на каналах контроля частоты и направления вращения
U28-29 U28 + U29 И U30-31 U30 + U31
будут представлять собой непрерывные во времени сигналы переменного тока с частотой fc, пропорциональной частоте вращения ротора к числу зубцов ротора.
Крутизна выходной характеристики датика по второму каналу управления равна
Кс Г 2р2р
де гр - число зубцов в одном полюсе (в дной зубцовой зоне) ротора;
fc частота напряжения на выводах рупп обмоток для контроля частоты и наравления вращения ротора.
В приведенном примере Zp 4; р 2, огда
- 2-2-4
Пространственный сдвиг полюсов двух групп относительно друг друга (полюсов 10 и 1.1 относительно полюсов 12 и 13) на угол
-тр-- обеспечивает сдвиг по фазе выход- ц Р ч ных напряжений U28-29 и изо-зч на угол nil
эл.рад. (рие.6), что дает информацию о направлении вращения контролируемого объ- екта.
Благодаря малому рассеянию, отсутствию электромагнитной связи между обмотками разных полюсов предлагаемый датчик обеспечивает при минимальных размерах высокое качество выдаваемой информации по положению, частоте м направлению вращения контролируемого объекта.
форму л а и зоб ре т о и и я Дифференциальный индукционный датчик углового положений и частоты вращения, содержащий статор с явно выраженными полюсами, размещенные на нем первичные обмотки возбуждения, соединенные согласно последовательно или параллельно, и две группы вторичных обмоток, в одной из которых пары обмоток соединены встречно последовательно, и безобмоточный ротор, на части поверхности которого закреплены ферромагнитные вставки, шириной bz, образующие зубцы с шагом г, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности и качества информации путем снижения помех в выходных сигналах датчика, полюсы статора выполнены магнитно изолированными один от другого, ширина bn полюсов, на которых размещены вторичные обмотки для контроля положения ротора, равна шагу зубцов ротора, а ширина be полюсов, на которых размещены вторичные обмотки для контроля частоты вращения, равна ширине bz одной ферромагнитной вставки и не превышает 1/3 tz.
U,
Z6
л/wv
/w
Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение достоверности и качества информации путем снижения помех в выходных сигналах индукционного дифференциального датчика углового положения и частоты вращения, содержащего статор с явно выраженными полюсами, на которых размещены обмотки возбуждения и две группы вторичных обмоток, в одной из которых формируются выходные сигналы в функции положения, а в другой - в функции частоты вращения ротора датчика. На части поверхности ротора закреплены ферромагнитные вставки, образующие зубцы, а полюсы статора выполнены магнитно изолированными один от другого и имеющими различную ширину, находящуюся в определенной зависимости от ширины зубцов ротора. 6 ил.
Vt9
L/vwv
Ц.
W 29
0
WVVWV
a.
0
-H-
1
оаллллллд/уш
-. . . «
Фил. б
YV/VX/v
6 ,:
| Дубенский А.А | |||
| Бесконтактные двигатели постоянного тока | |||
| - М.: Энергия, 1967, с.69-70 | |||
| ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ | 0 |
|
SU267384A1 |
