Устройство для определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя с резистивно-емкостными модулями в виде решетчатых обкладок на якоре и индукторе

(51) 5 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ. ЕДИЕВ, АВЯОШТ ЯНАРТ ЮСООМб ВУ САРАЯТЧЕ МЕТНОО, РСМ,СОЙРЕВЕИСЕ МЛЮСН, ОЙЕ, 6 - 8, 1989.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯПОЛОЖЕНИЯ ЯКОРЯ ИНДУКТОРНОГОШАГОВОГО ЭЛ Е КТ РОД В И ГАТЕЛЯ С РЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНЫМИ МОДУЛЯМИ В ВИДЕ РЕШЕТЧАТЫХ ОБКЛАДОК НА ЯКОРЕ И ИНДУКТОРЕ(57) Использование; автоматизированные технологические и другие промышленные установки. Сущность: на якоре расположены чувствительные элементы датчика положения - резистивно-емкостной модуль 3 с четным числом элементов, на которые подают сигнал от высокочастотного источника напряжения 6, С емкостных элементов напряжение подают на фазовращатели 7, 8, 9, 10. Сигналы с четных и нечетных фазовращателей сравнивают в устройствах сравнения 11 и 12 и преобразуют синхронными детекторами 13, 14 и фильтрами 15, 16. На выходе получают сигналы вида 01=-Азп Ои 02=Асов О,З ил.ние точности определения положения индукторного шагового электродвигателя.Поставленная цель достигается тем, чтов устройстве определения положения якоряиндукторного шагового электродвигателя срезистивно-емкостными модулями в виде 50 решетчатых обкладок на якоре и индукторе, содержащем высокочастотный источник напряжения с подключенными к его выходу резистивно-емкостными модулями, емкостные элементы реэистивно-емкостных модулей соединены с входами четного числа фазовращателей, выходы которых соединены попарно с входами вычитателей,.соединенных выходами через синхронные детекторы с входами фильтров, выходы коИзобретение относится к электротехнике, в частности к шаговым электродвигателям поступательного перемещения, и может найти применение в автоматизированных технологических и других промышленных установках.Известны устройства для определения положения якоря шагового электродвигателя с использованием чувствительного элемента датчика положения якоря, размещаемого непосредственно на якоре двигателя,Недостатками известных устройств является сложность обработки информации с чувствительного элемента, связанная с использованием оптических элементов и светопроводов, светокоммутации и интерполяции измерительных сигналов. Кроме того, рассматриваемым устройствам присуща невысокая точность, определяемаяфлюктуацией сигнала чувствительного элемента датчика,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройствоопределения положения якоря индукторного шагового электродвигателя, содержащее резистивно-емкостные модули в виде решетчатых обкладок на якоре и индукторе и высокочастотный источник напряжения, питающий указанные резистивно-емкостныемодули, сигнал с емкостных элементов которых используется для получения информации.Недостатком этого устройства являетсято, что используются емкостные элементысо сложной конфигурацией обкладок, что затрудняет их использование в длинно- мерных линейных и плоскопараллельных перемещениях. При этом усложняется емкостной элемент резистивно-емкостногомодуля и существенно снижается точность определения положения якоря электродвигателя,Целью изобретения является повыше 5 10 15203040 торых являются выходами устройства, а кроме того, вторые входы фазовращателей и синхронных детекторов соединены с генератором высокочастотного напряжения.Анализ информационного фонда показал, что выявленная совокупность признаков, согласно которой производят измерение положения якоря индукторного шагового электродвигателя, позволяет приобрести новые качественные характеристики, и в известных технических решениях в, полном обьеме не встречается.На основании изложенного можно считать, что заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".Конкретный общественно-полезный результат, достигаемый заявляемой совокупностью признаков, заключается в повышении точности программного движения якоря электродвигателя, что позволит увеличить производительность и прецизионность оборудования,На фиг, 1 приведена упрощенная конструкция индукторного шагового электродвигателя, на фиг. 2 - упрощенная конструкция емкостного элемента с решетчатыми обкладками; на фиг. 3 - функциональная схема устройства для определения положения якоря шагового электродвигателя.Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения положения якоря шагового электродвигателя, содержит" якорь 1 и индуктор 2, На якоре расположенй чувствительные элементы датчика положе ния - резистивно-емкостной модуль 3. Зубцы индуктора Шагового электродвигателя 2 с величиной зубцового деления т служат обкладками емкостного элемента, а обкладки емкостного элемента, связанные с якорем, выполнены в виде решетки, расположены параллельно зубцам индуктора и имеют взаимные сдвиги; 5 а относительно зубцов индуктора - нулевой, 56 - 3/4 к, 5 в - 1/2 т, 5 г - 1/4 сУстройство определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя функционирует следующим образом.Сигнал от высокочастотного источника напряжения 6 нефиг, 3) подается на резистивно-емкостной модуль, с емкостных элементов которого напряжение подают на фазовращатели 7-10,Выходной сигнал с каждого 1-го фазовращателя 7, 8, 9, 10) в общем виде может быть записан в виде01 фОехе(2) О-О.х з 1 п (в г+ р) При определении положения якоря индукторного шагового электродвигателя ис пользуются четыре емкостных элемента 5 а, 56, 5 в и 5 г, емкость которых определяется зависимостями 25(3) 2 С вЯЗ 1 пе где Со и См - постоянная и переменная составляющие величины емкости злемен- .30 тов резистивно-емкостного модуля;х и О- соответственно мгновенное положение якоря электродвигателя относительне индуктора в метрических единицах и электрических радианах, 35Сравнивая (вычитая) сигналы с выходов фазовращателей 7 и 8, 9 и.10 с помощью устройств сравнения (вычитания) 11 и 12, получим соответственно высокочастотные сигналы Ов 1 и Ов 2: 40 40 ех вЯ СмпРи 1 + РВ 2 С 2 я 082:(4) и (3) получим: Из выражений (2)Р 1,2 - 2 агсгд в Я(Со -Ъ,4 - 2 агсгд в Я(Со + з 1 п 0); соз 6). 01=-АЗ 1 пд и 02 Асоз При подаче на вход резистивно-емкостного модуля синусоидального сигнала 0 Овхз 1 п в г, где Оех и в - соответственно амплитуда и круговая частота переменного напряжения, фазовый сдвиг сигнала на выходе 1-го фазовращателя будет определяться из выражения где В и С - соответственно активное сопротивление и емкость 1-го элемента резистивно-емкостного модуля (1=1, 2, 3, 4), при этом выходной сигнал 1-го фазовращателя имеет вид; С 1,2=Со Смз 1 п 2 Жх/Х;С 3,4=Со ф Смсоз 2 тх/т,2 и х/т=.О,Оог-02=0 х(з 1 п(в г+ у 1)- - з 1 п(в г+ а=20 хсоз(в г+ ,й.+а) З 1 п й.+Лй Аналогично получаем и длФ+ Ов 2 2 Овх (соз в г + д-=.2 х З 1 п2 Из зависимостей (2) и (3) получим необходимые выражения суммы и разности сдвигов фаз, используя зависимости: Так как СмСо, то можно приближенносчитать-. ;дф- й;,После преобразований высокочастотные напряжения выражаются зависимостями вида Ов 1=соз (в + ф)А з 1 п Й 082=соз (в г+ф)А соз О,Полученные напряжения представляют собой высокочастотные сигналы с круговой частотой в, с постоянным фазовым сдвигом ф и амплитудной модуляцией, причем амплитудная модуляция осуществляется синускосинусными функциями фактического положения якоря двигателя,Дальнейшее формирование сигналов осуществляют синхронными детекторами 13 и 14, управляемыми от генератора высокочастотного напряжения 6, и фильтрами 15 и 16, на выходах которых 17 и 18 получают сигналы вида1750020 Фиг оставитель Н, Кольцоехред М,Моргентал орректор И. Шмако ктор О, Стен каэ 32758 ЙИИОИ Г Подписноениям и открытиям при ГКНТ СССРая наб., 4/5 Тираждарственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, Рауш роМзводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагар Достижение положительного эффекта определяется тем, что с помощью предлагаемого технического решения достигается повышение точности программного движения якоря электродвигателя и в среднем на 30-35% (по сравнению с прототипом). формула изобретения Устройство для определения положения якоря индукторного шагового электродвигателя с резистивно-емкостными модулями в виде решетчатых обкладок на якоре и индукторе, содержащее высокочастотный источник напряжения с подключенными к его выходу резистивно-емкостными модулями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения положения индукторного шагового электродвигателя, резистивно-емкостные модули составлены из четного количества элементов и введены фазовращатели по количеству элементов резистивно-емкостных модулей, 5 элементы сравнения, синхронные детекторы и фильтры, количество которых в два раза меньше количества фазовращателей, первые входы фазовращателей соединены с выходами резистивно-емкостного моду ля, вторые входы - с выходом высокочастотного источника напряжения, а выходы попарно соединены с входами элементов сравнения, выходы которых подключены к первым входами синхронных детекторов, к 15 вторым входам которых подсоединен выходвысокочастотного источника напряжения, а к выходам синхронных детекторов подключены фильтры, выходы которых являются выходами устройства,20