Индуктивный датчик положения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (И) А 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(53) 621.317,39:531.71 (088.8) (56) Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели. постоянного тока. - М.: Наука, 1979, с. 82-93.Авторское свидетельство СССР У 377850, кл. С 08 С 19/06 ф 1973(54) ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение надежности работы индуктивного датчика положения ротора электрической машины, например вентильного двигателя, относительно осей его статорных Обмоток. Датчик положения содержит постоянный магнит 1, связываемый с ротором машины, и два замкнутых(50 4 С 01 В 7 30 /Н 02 К 29 12 неподвижных магнитопровода 2 и 3, научастках с уменьшенным на 20-ЗОХ поперечным сечением которых размещеныизмерительные обмотки 4 и 5, образующие мостовую схему вместе с полуобмотками согласующего трансформатора 9, вторичная обмотка которого подключена к входу фазочувствительногоусилителя-демодулятора 12, управляющего работой силовых транзисторов 21и 22. При прохождении постоянногомагнита 1 мимо магнитопроводов 2 и 3происходит поочередное периодическоенасыщение юс участков, на которыхрасположены обмотки 4 и 5, что приводит к формированию модулированногопо фазе и амплитуде напряжения, огибающая которого имеет увеличеннуюкрутизну нарастания и спада, что делает датчик положения практически нечувствительным к колебаниям питаяцего его напряжения переменного тока.3 ил.Изобретение относится к измерительной технике и позволяет определить угловое положение ротора электрнческой машины, например вентильного двигателя,. относительно осей егостаторных обмоток.Целью изобретения является повышение надежности работы индуктивногодатчика положения ротора электрической машины при колебаниях амплитудыпитающего его напряжения за счет увелИчения крутизны нарастания и спадаогибающей модулированного по фазе иамплитуде напряжения на его выходе,-к торое после преобразования в раэнони лярные импульсы напряжения использ ется для управления двумя силовымит анзисторами, работающими в противофвзе, и момент изменения фазы на110 эл.град, напряжения на выходе котррых соответствует совпадению магнитной оси ротора и оси обмотки статрра,На фиг.1 приведена электрическаясема индуктивного датчика; на фиг.2одно из положений магнита относительно магнитопроводов датчика положения;на Фиг.3 - диаграмма напряжения ц (С)на его выходе.Индуктивный датчик положения ротора электрической машины относительноосей ее статорных обмоток содержитпостоянный магнит 1, предназначенныйфя связи с ротором,.и два замкнутыхомагнитопровода 2 и 3, установленныхна статоре в плоскости, проходящейчерез ось соответствующей статорнойобмотки машины, и смещенных один относительно другого на 180 эл.град.При использовании одного двухполюсного магнита 1 магнитопроводы 2 и 3 установлены диаметрально противоположно, как показано на фиг.1. На участках магнитопроводов, более удаленныхв радиальной плоскости относительнопродольной оси вращения магнитаразмещены измерительные обмотки 4 и5, соединенные между собой началом иконцом с одной стороны, причем точка 6 их соединения подключена к одному выводу источника питания переменного тока через развязывающий трансформатор 7, а противоположные выводыобеих обмоток 4 и 5 присоединены кгервичной обмотке согласующего трансФорматора 8, отвод от средней точкикоторой присоединен. к другому выводуисточника питания через указанныйтрансформатор 7. Таким образом, изме 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рительные обмотки 4 и 5 датчика образуют смежные плечи мостовой схемы, два других плеча которой образованы полуобмотками первичной обмотки согласующего трансформатора 8. Вторичные обмотки 9 и 10,этого трансформатора подключены на вход фазочувствительного усилителя-демодулятора 11, выполненного на диоде 12 и транзисторе 13, питание которого осуществляется от обмотки 14 трансформатора 7 через выпрямительный мост 15 и сглаживающий ЕС-фильтр 16, Нагрузкой усилителя-демодулятора являются, например, блокированные диодами 17 и 18 эмит- тер-базовые переходы силовых транзисторов 19 и 20,работающих в противо" фазе.Участки магнитопроводов 2 и 3, на которых размещены измерительные обмотки 4 и 5, выполнены с меньшим на 20- ЗОБ сечением, чем остальные участки этих магнитопроводов, что обеспечивает их периодическое насыщение при соответствующем положении магнита 1,Индуктивный датчик положения работает следующим образом.При подаче напряжения 0 . - от . трансформатора 8 на датчик в его измерительных обмотках 4 и 5 потекут токи, мгновенные значения которых определяются, при прочих равных условиях, магнитным состоянием участков магнитопроводов 2. и 3, на которых они раслоложены. В свою очередь магнитное состояние этих участков магнитопроводов зависит от величины и взаимного направления в них полей, созданных вращающимся постоянным магнитом 1 и токами, протекающими по обмоткам 4 и 5. При вращении постоянного магнита 1 сердечники 2 и 3 периодически и поочередно насыщаются, благодаря чему на обмотке 9 согласующего трансформатора 8 появляется высокочастотный сигнал Ц, модулированный по фазе и амплитуде (фиг.2). Частота огибающей модулированного сигнала равна частоте вращения ротора. При инвертировании фазы сигнала Б, которое происходит в момент времейи, когда один из магнитопроводов выходит из насыщения, а другой насьццает" ся под действием поля вращающегося постоянного магнита 1, фазочувствительный усилитель-демодулятор 11 обеспечивает изменение полярности напряжения на выходе Фильтра 16 и соответствующее ему изменение направле ния токов, протекающих пр входным цепям силовых транзисторов 19 и 20, Обмотка 10 положительной обратной связи способствует быстрому перемагничиванию сердечника трансформатора 9, благодаря чему существенно повышает- ся крутизна фронтов выходного напряжения фазочувствительного усилителя- демодулятора 11 и практически устраняется зона нечувствительности с нулевым уровнем сигнала, расположенная между импульсами разной полярности. В результате отпадает необходимость в дополнительных источниках запирающих напряжений для надежного обеспе-, чения режима отсечки транзисторов 19 и 20 при отсутствии на их входах управляющего напряжекия.Благодаря выполнению участков маг" нитопроводов 2 и 3, занятых обмотка" ми,с меньшим на 20-307 сечением, чем сечение их участков, находящихся ближе к магниту 1, крутизна Фронтов огибающей напряжения 11 у становится значительно больше при одной полярности, чем при другой (фиг,3). Это . обеспечивает стабилизацию параметров положительных полупериодов напряжения удвоенной частоты (области положитель ных напряжений Пу, лежащие внутри " "ромбов" на фиг,З) при изменении величины напряжения Б в широких .питпределах.Данный эффект обусловлен тем, что магнитные потоки подмагничивания и возбуждения на одних участках каждого магнитопровода совпадают по направлению, а на других - направлены встречно, При смене полярности напряжения 11 места согласного (встречного) действия магнитных потоков перемещаются на противоположные части магнитопроводов датчика.Очевидно, что быстрее насьпцаются те участки магнитопроводов, в которых потоки возбуждения и подмагничивания совпадают по направлению. После насыщения такого участка скорость нарастания тока в измерителЬной обмотке датчика определяется остаточной индуктивностью обмотки в насьпценном состоянии соответствунпцего магнито" провода. При неодинаковом сечении участков магнитопроводов датчик обладает свойством изменять величину остаточной индуктивности при насьпцении различных участков его магнитопроводов. 50504Так, например, остаточная икдуктивность обмотки 4 (5) при насыщенииучастка магнитопровода, занятого обмоткой, значительно меньше, чем остаточная индуктивность той же обмоткипри насыщении участка магнитопровода,расположенного ближе к оси вращениямагнита 1.Это объясняется тем, что в первомслучае насыщенная часть сердечникане охвачена измерительной обмоткой,и величина остаточной индуктивностиэтой обмотки, в основном, определяется сечением насьпценного участка иотносительной магнитной.проницаемос"тью насыщенного участка, тогда какво втором случае она определяетсяотносительной магниткой проницаемостью разомкнутого ненасьпценного сердечника, охваченного обмоткой, таккак насьпценный участок, примыкающийк магниту 1, можно заменить эквивалентным воздушным зазором 8 25 Различие индуктивности насьпценнойобмотки в разные полупериоды напряжекия питания датчика обуславливаетв эти интервалы времени неодинаковуюскорость нарастания тока в измери-З 0 тельной обмотке после насыщения соответствующего участка магнитопроводаа следовательно, и неодинаковую крутизну огибающей выходного напряжения У на обмотке 9 в разные полуУпериоды (фиг.З).35Для обеспечения большей эффективности работы усилителя-демодулятораДПР необходимо обмотку 9 трансформатора 8 так.подключить к входу транзистора 13, чтобы он насыщался в теполупериоды напряжения Б, при которых его огибающая имеет большую крутизну (положительные полупериоды на;пряжения 11 на осциллограмме ( фиг.3).Так как в эти моменты времени крутизна изменекия огибающей напряжения О.намного больше, чем в отрицатепьныйпериод, то условия работы транзистора 13 демодулятора 11 будут мало кри тичны к изменению питающего датчикнапряжения 11 в широких пределах 50оитРпроисходящего при эксплуатации датчикаЭто обеспечивает высокое качество выходных сигналов датчика и высокую его надежность в условиях нестабильности питающего напряжения.Формула и з о б р е т е н и яИндуктивный датчик положения ротора электрической машины, содержащий5 14 постоянный магнит, предназначенный ддя связи с ротором, два закрепленных на статоре замкнутых магнитопровФда, установленные со смещением один относительно ,другого на 130 эл,град, измерительные обмотки, размещенные на участках магнитопров 6 дов, радиально более удаленных от продольной оси вращения магнита, чем остальные его участки, начало одной имерительной обмотки соединено с концом другой и точка их соединения предназначена для подключения к однбму выводу источника питания перенного тока, согласующей трансформ тор, к первичной обмотке которогоприсоединены противоположные выводы 15050обеих измерительных обмоток, а отвод от средней точки предназначендля подключения.к другому выводу источника питания, и фазочувствительный усилитель-демодулятор, к входукоторого подключена вторичная обмотка согласующего трансформатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с це лью повьппения надежности работы датчика путем увеличения крутизны нарастания и спада огибающей модулированного по Фазе и амплитуде напряженияна его выходе, участки магнитонроводов, на которых размещены измерительные обмотки, выполнены с меньшимна20-307. сечением, чем остальные участки этих магнитопроводов,