Датчик положения ротора вентильного двигателя Советский патент 1980 года по МПК H02K29/02 H02K24/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовало для . расширения функциональньгх возмояшосте датчика положения ротора (ДПР) вентил ного двигателя (ВД). Известен реверсивный бесконтактный тахогенератор постоянного тока, содержащий синхронный генератор, выход которого через выпрямитель подключен к входу реверсивно1 Ь мостового каскада, вход управления которого соединен с в ходом логической схе мы (ЛС). Входы ЛС соединены с чувствительными элементами (ЧЭ) ДПР синхронного генератора, В зависимости от порядка чередования сигналов от чувствительных элементов ЛС вьфабатывает управляюше воздействие, изменяющее знак напряжения на выходе реверсивного мостового каскада р.. Наиболее близким к изобретению по техн1Г1еской сущности является тахогеноратор, работающий совместно с бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ), в качестве датчика полойсения ротора синхронного генератор используется ДПР двигателя, содержащий чувствительные: элементы трансформаторного типа на статоре и магщггопроводные сигнальные секторь на роторе 2 . Недостатками устройства являются низкая точность определения положения ротора и значительное запаздывание при определении момента реверса двигателя.Эти недостатки обусловлены значительной дискретностью измерения угла поворота, которая в наиболее распространенных ДПР трехфазных БДПТ составляет 30-6О®. Цель изобретения - повышение точности определения положения ротора, уменьшение запаздывания при определении момента реверса двигателя, а также преобразование угла поворота в аи(|ровой код. Указанная цель достигается тем, что в ДПР, содержащем две группы основных ЧЭ, укрепленных на статоре, сишальные секторы на роторе и логическую схе74My определения направления вращения сигнальные секторы выполнены с зубцовой зоной, в результате чего при вращении ротора сигналы ЧЭ будут амплитудно-модулированными. На статоре Датчика укреплен дополнительный ЧЭ, в состав логической схемы дополнительно введены два двухразрядных триггерных регистра, два блока формирования импульсов (БФИ), блок квантования угла поворота (БКУ), определяюилий моменты, когда зуб цы и межзубцовые впадины сменяют под чувствительными элементами друг друга, реверсивный счетчик (PC), блок ощзеделения направления (БОН) и блок установки начала отсчета (БУНО). Основные ЧЭ первой группы через первый БФИ подключены к входу первого триггера, основные ЧЭ вто рой группы через второй аналогичный БФИ подключены к входу второго триггера первого регистра. Выходы триггеров первого регистра подключены к установочным входам триггеров второго регистра и к первым двум входам БКУ, другие два входа которого соединены с выходами БФИ, Первый выгод БКУ соединен с входом разрешения записи второго регистра, второй выход БКУ - со счетным входом PC, вход установки направления счвта которого соединен с выходом БОН. Выходы БОН соединены с вь1ходами триг геров перного и второго регистров, установочный вход PC соединен с выходом БУНО, Входы которого подключены к основному и допол штельному ЧЭ. На фиг. 1 показано расположение .чувствительных элементов и геометрия сиг нальных секторов ДПР на фиг. 2 - блок схема устройства; на фиг, 3 - временны диаграммы работы датчика; на фиг. 4 один из возможных вариантов функциональной схемы ДПР. Предложенный ДПР состоит из основн 1-6 и дополнительного 7 ЧЭ, расположе ных на статоре ДПР. Нечетные ЧЭ отсто друг от друга на 120° , а четные ЧЭ смещены ofнocIпeльнo нечетных на ЗО . Угловой размер ЧЭ выбирается из соотношения с ЗО/п , где о - нечетное число. Дополнительный ЧЭ 7 смещен OTH сительно основного 6 на 6О - (Ч. Сигнальные секторы 8 и 9 выполнены с зубцовыми зонами, причем зубцам сектора 8 соответствуют радиально симметрично расположенные межзубцовые пазы сектора: 9, Угловой размер зубца и паза выбран равным 2с(. Выходы нечетных основных ЧРЭ подключены к входам БФИ 1 4 выходы четных ЧЭ - к БФИ 11. Выходы БФИ 10 и 11 соединены с входами регистра 12, выходы которого подключены к установочным входам регистра 13 и к первым двум входам БКУ 14, другие два входа которого соединены с выходами БФИ 10 и 11. Первый выход .БКУ 14 соедгшен с входом разрещения записи регистра 13, второй выход БКУ 14 - с счетным входом PC 15. Вход установки направления счета PC 15 подключен к вы ходу БОН 16, входы которого соединены с выходами регистров 12 и 13. Устано- вочный вход счетчика 15 подключен, к выходу БУНО 17, входы которого соед -шены с выходом основного 6 и дополнительного 7 ЧЭ. Принцип работьг описанного датчика состоит в следующем. Вьтсокочастотные прямоугольные импульсы возбужде;ния (диаграмма 18 на фиг. З) подаются на обмотки возбуждения всех ЧЭ, которые формируют импульсный сигнал на выходной обмотке, причем большей амплитуде импульса соответствует размещение зубца сигнального сектора под ЧЭ.,.. . На диаграммах .19 и 2О фиг. 3 показаны синхронизирующие импульсы. На диаграмме 21 - импульсный сигнал на выходной обмотке ЧЭ, меньшей амплитуде соответствует нахождение паза сигнального сектора под ЧЭ, или сигнал отсутствует, если под ЧЭ сектора нет. Таким образом, зубцовое выполнение рабочей зоны сигнальных секторов вызывает модуляцию амплитуды выходных сигналов ЧЭ, однако минимальный уровень модулироватшого сигнала достаточен для обычного управления работой цепей коммутации тока в статорных обмотках БДПТ. Сигнал на выходе пороговой схемы (ПС) показан на диаграмме 22 фиг. 3. Сипналы с выходов ЧЭ 1-6 поступают на выходы БФИ Ю и 11, причем низкому уровню модулированного сигнала соответствует нулевой сигнал на выходе БФИ, высокому - единичный сигнал. При движении сигнальных секторов в направлении по часовой стрелке (фиг. 1) на выходах формирователей Ю и 11 последовательно получаются комбинации сигналов 11 01, 00, 10, 11, где первая цифра обозначает сигнал на выходе БФИ Ю, вторая - на выходе БФИ 11. Порядок смены комбинаций позволяет однозначно определять направление вращения ротора датчика, ибо при движении против чаiсовой стрелки последовательность им&ет вид 11 % 10% ОО, 01, И. Регистр 12 принимает и хранит значение вновь полученной комбинации на выходах БФИ, регистр 13 запоминает значение предыдущей. Запись информации в регистр 12 производится по сигналам, nokaaaifflbiM на диаграмме 2О фиг. 3 БКУ анализирует состояние регистра 12 и БФИ 10 и 11. При несовпадений комбинации на выходе регистра 12 и . выходах БФИ формируется сигнал записи в регистр 13 информации из регистра 12 И добавляется или вычитается едшшца из содержимого PC 15. Режим счета оп ределяется значением сигнала на выходе БОН 16, который выбирается на основе анализа вновь поступившей комбинации , записанной в .регистр 12, и предыд щей комбинации, переписа гаой в .регистр 13. При этом сигнал на счетный вход PC 15 поступает после окончания про- цессов перезаписи информации в регистра для чего работа БКУ синхронизирована импульсами, показанными на диаграмме 19 фиг. 3. Положение ротора ДПР, пока 3aiffloe на фиг. 1 пунктиром, при котором одновременно высокие уровни сигналов присутствуют на выходах ЧЭ 6 и 7, яв.ляется единственным, когда под ЧЭ б и 7 находится сигнальш гй сектор 8, имеющий на краях зубцы. Б этом положении БУНО 17 формирует импульс, уст навливающий счетчик 15 в начальное состояние, после чего БУНО должен быть отключен. Вчастном примере реализации, предложенного датчика на уровне функциональ ной схемы (фиг. 4) сигналы нечетных. основных ЧЭ поступают на входы 1, 3 И 5, сигналы четных - на входы 2, 4 и 6 диодных сборок 23 и 24, с выходов которых ПС 25 и 26 пропускают сигнал на схемы форм1фования 27 и 28 соответственно, если он выше Порога, показанного на диаграмме 21 фиг. 3 пунктирной линией. Схемы форм1фоваш1я согласуют уровни сигналов на выходах поро говых схем с требуемыми для работы логических элементов. При этом сигнал на выходах схем формирования появляется после подачи стробирующего импульса (диаграмма 2О фиг. З), вырабатываемого блоком питания и синхронизации (БПС) 29. Тот же строб подается на входь синхронизаи.ии триггеров регистра 12, однако выходные сигналы регистров могут измениться только после окончания 7 16 стробирующего испульса. Блок квантования угла поворота сравнивает сигналы на выходах триггеров рех истра 12 с снпюлами, поступающими на входы тригг юв, а и при несовпадении вьвдает импульс на входы синхрониэашш триггеров регистра 13, разрешающий перезапись состояния регистра 12 в регистр 13. Блок 16 определения направления вращения анализирует состояние обоих регистров и формирует сигнал о направлении вращения ротора ДПР, который задает режим счета реверсивного сч&гчика 15. Счетный импульс вырабатывается блоком 14 кварггования угла поворота при каждом изменении состояния регистра 12. Как показано на фиг, 1 пунктиром, в положении начала отсчета появляются высокие уровни сигналов на выходе дополнительного 7 и основного 6 ЧЭ, по которым пороговые схемы 30 и 31 с элементом совпадения 32 формируют сигнал начала отсчета, затем блок 17 установки начала отсчёта вы1спюч;ается. Таким образом, в предлагаемом устройстве удается несложными средствами .расffli KTb функцирнальньте возможности датчика положетшя ротора БДПТ, т.е. увеличить точность определения Положения ротора, получить в цифровом виде значение углового положения ротора и уменьшить запаздывание в определении направления вращения, что особенно важно для следящих систем Высокой точности. На ряду с. тем, что предлагаемый ДПР позволяет повысить точность определения полржения ротора, он также дает возмож ность исключить затраты на изготовление T.BSoro сложного элемента, как преобразователь углового положения в цйфровой код, что повышает надежность устройства в целом. Кроме того, применение интегральных микросхем для реализации функциональных блоков снижает общие затраты на изготовление. Формула изобретения Датчик положения ротора вентильного двигателя, содержащий укрепленные на статоре две группы основных чувствительных элементов, сигнальные секторы на роторе и логическую схему определения направления вращения, отличающийся тем, что, с ае- лью повышения точности определения положения ротора, уменьшения запаады- i

ания при определении момента реверa двигателя и преобразования угла повоота в цифровой код, сигнальные секторы выполнены с зубцовой зоной, на статоре укреплен дополнительный чувствительный 5 элемент, в состав логической схемы введены два двухразрядных триггерных регистра, два блока формирования импульсов, блок квантования угла поворота, реверсивный счетчик, блок определения ю направления вращения, и блок установки начала отсчета, причем чувствительные элементы первой группы через первый блок формирования импульсов подключены к первого триггера, чувствительные 15 элементы второй группы через второй аналогичный блок формирования импульсов подключены к входу второго триггера первого регистра, выходы триггеров первого регистра подключены к установоч- зо ным входам триггеров второго регистра и к первым двум входам блока квантования угла поворота, другие два входа которого соединены с выходами блоков. формирования импульсов, первый выход 25 блока квантования угла поворота соединен

с Входом разрешения записи второго регистра, второй выход блока квантованиясо счетным входом реверсивного счетчика, вход установки направления счета которого соединен с выходом блока определения направления вращения, входы которого соединены с выходами триггеров первого и второго регистров, установочный вход счетчика соединен с выходом блока установки начала отсчета. Входы которого подключены к основному и дополнительному чувствительным элементам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Путников В. В. и др. Реверсивны бесконтактные тахогенераторы постоянного тока. М., Информалектро, 1970, с. 18-21,

2.Отчет по научно-исследовательской работе. Исследование вопросов при менёния бесконтактных двигателей постоянного тока в позиционных следящих системах. Номер госрёгибтращш

7О 0412О8, Рязань, Рязанский радиотехничес шй институт, 1972, 38-44.

; ;-tt Lfe-Aj-.V- -30о

iDiLS.b