Датчик углового положения ротора

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВ ИТИЛЬСТВУ Союз Сфветскмх С оцмалмстмчмкмх Республмк(22) Заявлено 0501,78 (21) 2566087/24-07с присоединением заявки йо(51)М. Кл.2Н 02 К 29/02 Н 02 К 24/00 Государстаеииый комитет СССР оо делам изобретеиий и открытийДвтв опубликования описания 150780(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА Изобретение относится к электро 1 технике и может быть использовано. в различных системах автоматики, вчастности в системах автоматическогорегулирования электродвигателей иизмерительной техникеИзвестен датчик положения ротора,содержащий трансформаторы на статоре,Ферромагнитный ротор, измейяющий 1 рпри своем вращении магнитную связьмежду первичной и вторйчной обмотками .трансформатора, и генератор переменного тока, питающий первичнуюобмотку трансформатора 1). 15Известен также датчик положениягенераторного типа, содержащий статор-сердечник с базовой и коллекторной обмотками генератора, имеЮщийвоздущный зазор и вращающийся в за Озофе немагнитный экран в виде. полудиска, который, нарушая магнитнуюсвязь между обмотками, срывает ко"лебания генератора 2),В этих датчиках информацкя о положении роторапередается амплитудой выходйого сигнала, которая мо-"жет принимать только два дискретныхиормированньй значения минимальноеи максимальное, а промежуточные значения не нормируются, Это, а также снижение частоты поступления информации при снижении частоты вращения ограничивает информационныевозможности датчиков и область ихприменения,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является датчик угла, содержащий неподвижныйтрансформатор с воздушным зазором,в котором проходит токопроводящийдиск, смонтированный эксцентричнона оси 3). При врао(ении эксцентричного диска в воздушном зазоре между обмотками трансформатора и происходит амплитудная модуляция вьвсодного сигнала частотой вращения, Информация об угловом положении и о частоте вращения оси иере)ается соответственно фазой и частотой огибающей амплитудно-модулирсеанного вюсодного сигнала. Частота огибакхцей определяется равенствомР АР,(1) где Р - частота огкбаницей выходногосигнала;Р, - частота вращения.где М - коэффициент глубины модуляции, определяемый конструктивнымипараметрами.Так как обмотки 4 включены последовательно, то выходной сигнал равен сумме выражений (5) по всем шфазам25 Оых04 и =ОбыхСойоф+РР) (б)Примем сигнал созыв за опорный.Тогда относительно опорного сигналаэлектрическая фаза выходного сигнала30 Р определяется выражениемМРзл(ф) =Рф(7)где Р - коэффициент преобразованиягеометрического угла в элек 35 трический,Коэффициент Р, в соответствии свыражением (2) определяется профилем ротора. Заменяя в формуле (б) Рфункцией времени, получаем для выходного сигнала выражениец,х(О=О.хщхрЦл(ЦМ рЛогде Л, - частота вращения ротора;9 - начальное угловое положение45 ротора.Знак перед интегралом определяется направлением вращения ротора.В соответствии с выражением (8)частота выходного сигнала определя 50,ется выражением(1 ЬыхоЛ (9)Здесь. знак второго слагаемоготакже определяется направлением вращения ротора.55 При выполнении условия оэЯ.,для чего нет каких-либо ограничений,выходной, сигнал с частотой близкойИ несет, в соответствии с выражениями (б),(7),(8),(9) информацию обугловбм положении, частоте и направлении вращения ротора. Всегда,втом числе и при 1= 0, можно обеспечить достаточно высокую частоту поступления укаэанной инФормации, выб 65рав соответствующую величину О)НеДостатком устройств а являетс я"то, что при снижении частоты вращения снижается также частота Р, несущая информацию об угловом положении и частоте вращения, что снижает информационную способность дат"чика. Кроме того, датчик не дает информацию о направлении вращения, чтотакже ограничивает его информационную способность и следовательно возможности его применения (например,в системах фазовой автоподстройкичастоты вращения электродвигателей),Цель изобретения - расширение области применения путем увеличенияинформационной способности.Это достигается тем, что в датчике углового положения ротора, со дерхжащем- расположенные на статорес Фиксированным угловым сдвигом трансформаторы с двумя группами обмоток,установленными с зазором между ни"мй, в"котором расположены профилированный ротор из токопроводящегоматериала, обмотки одной группы соединены между собой последовательно.На фиг.1 показано предлагаемоеустройство; на фиг.2 - электрическаясхема датчика положения ротора; нафнг.З - схема включения датчика.Датчик положения ротора содержитстатор 1, расположенные на статореравномерно по окружности трансфор"маторы 2 с воздушными обмотками 3и 4. На валу 5 закреплен профилированный ротор б из токопроводящегоматериала, входящий в воздушные зазоры трансформаторов. Геометрический контур профиля ротора определяетс я з ав ис имос тьюГ-"Я =соф Осо 8 рЧ (2)где г - радиус-вектор;а,а, - постоянные коэффициенты;Р - полярный угол -аргумент;р - коэффициент преобразованиягеометрического угла в электрический (целое число);С целью повышения точноСти выходного сигнала путем уменьшения нелинейных искажений контур ротора выполнен в соответствии с зависимостьюг 1 =, ф 7 асоакрр,х Кх 2где К - целые числа.Находящиеся по одну иэ сторон воэушных зазоров обмотки 4 включеныоме)кду собой, йоследовательнак показано на схеме включениядФгчика (см. Фиг.З), на обмотки Зщ -трансформаторов 2 подается Фазноенапряжение, определяемое выражениемЪ,п = ЦРМоф 2% )п=1,2,в;где п - номер фазыю - количество Фазм - частота сигнала. В обмотке 4 наводится ЭДС, про порциональная связи с обмоткой 3. Эта связь ослабляется токопроводящим ротором б, который играет роль экрана. При вращении ротора б связь между обмотками 4 и 3 изменяется обратно пропорционально глубине погружения ротора в воздушный зазор между обмотками. Таким образом, при геометрическом контуре профиля ротора, определяемом выражением (2), ЭДС, наводимые в обмотках 4, с учетом выражения (4) определяются выра" жением Ох х(РЕ)-ОД 1 ИсоьрР 2% - "ххсо 8(Ы +гЛ "," ),Таким образом обеспечив ается высокая информационная способность предлагаемого датчика.Выделить,информацию можно известными способами путем совместной обработки выходного сигнала (6) и опор ного сигнала созцфЕсли по причине нелинейностей, проявляющйхоя в реальной конструкции при проФиле ротора, определяемом выражением (2), высшие гармоники нарушают линейность фазовой характеристики (7), то повысить ее линейность можно, откорректировав форму ротора в соответствии с выражением (3) . При этом в фазовую характеристику датчика вводятся гар-, моники, которые равны но амплитуде и противоположны по Фазе гармоникам, вызывающим нелинейность Фазовой характеристики. Проходит взаимная компенсация указанных гармоник и тем самым обеспечивается высокая линейность Фазовой характеристики. Практически это всегда можно обеспечить при и (5, О(0,1 ц (см. выражения 2 и 3) . Таким образом, без каких либо конструктивных усложнений обЕспечивается высокая точность датчика.Указанные соединения обмоток трансформаторов и форма ротора выгбдно отличают предлагаемый датчик поло жения ротора от известных, так как увеличквают информационную способность датчика.при сохранении простоты устройства. Выходной сигнал такого датчика несет большой объем информации на высокой частоте, не зависящей от скорости вращения, что позволяет значительно расширить сферуприменения датчика, а также упроститьряд устройств автоматизированногоэлектропривода, повысить их эффективность и качество. Датчик углового положения ротора,например, для частотноуправляемогобесконтактного двигателя постоянноготока, содержащий расположенные настаторе с Фиксированным угловым сдвигом трансформаторы с двумя группамиобмоток, установленными с зазороммежду ними, в котором расположеныпрофилированный ротор из токопрово"дяцего,материала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью рас"ширения области применения путемувеличения информационной способности, обмотки, одной группы соединеныпоследовательно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японии М 48-41 322,кл. 55 А 42, 19732. Патент ФРГ 9 1.214,770,кл. 21 Й 39, 1 966.3. Патент франции Р 2239796,",кл. Н 02 К 24/00,1975.Я Тираж 783 Подписное филиал ППП Патентф,г. Ужгород, ул Проектная