Датчик положения ротора для вентильного электродвигателя

и ьнтмв тюхня Союз Советскмх Соцналнстнческмх Республик(23) ПриоритетОпубликовано 151280, Бюллетень )чо л бДата опубликования описания 151280(5)М, Кл. Н 02 К 29/00 Н 02 К 2 д/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА ДЛЯ ВЕНТИПЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в бесконтактных ,электродвигателях с электронной ком мутацией-вентильных электродвигателях (ВД).Известны бесконтактные датчики положения ротора (ДПР), выходное напряжение которых имеет пилообраз ную Форму в функции угла поворота ротора 1).Недостатками известных датчиков являются сложность конструкции магнитопровода статора датчика Т- или 15 П-образного типа и увеличенные габариты в осевом направлении двухфазного датчика по сравнению с однофаэным.для ВД с позиционной модуляцией 20 фазных напряжений требуются ДПР, выходное напряжение иоторых изменяется по синусоидальному закону в функции угла поворота ротора. В качестве ДПР таких двигателей используются 25 бесконтактные СКВТ (21.Недостатком их является сложность конструкции, наличие обмоток на роторе и торцового трансформатора для подведения к ним питаНия, что, в 30 свою очередь, увеличивает габаритные размеры ДПР.Наиболее близок к предлагаемому потехнической сущности и достигаемомурезультату индукционныйдатчик микросинного типа содержащий ротор ввидесектора иэ магнитоиягкого материалаи зубчатый статор, на зубцах которого расположены последовательно соединенные секции чередующейся полярности обмотки возбуждения и двухфазная выходная обмотка, секции которой соединены встречно. Дуга сектораротора составляет Я/р угловых радиан,где р - число пар полюсов датчика, соответствующее периодичности выходного напряжения в функции угла поворота ротора 3.Однако известный датчик имеет ограниченные функциональные возможностив связи с невозможностью получениятребуемой форлю выходного напряжения в функции угла поворота ротора и,в частности, синусоидальной и пилообразной формыЦель изобретения - расширение функциональных возможностей путемполучения требуемой формы выходного напряжения в функции угла поворота ротора.укаэанная цель достигается тем, мотки максимальное (Фиг. 2). Пгдчто в известном датчике положения ро- повороте ротора 5 датчика на уголтора, содержащем ротор в виде секто- (45 ф-) выходное напряжение первойр нэ магнитомягкого материала и зуб- фазы выходной обмотки неизменно, такчатый статор, на зубцах которого рас- как магнитная проводимость для магположены последовательно соединенныенитных потоков зубцов б - 11 не иэмесекции чередующейся полярности обмот- нилась. Положение ротора 5 датчикаки возбуждения и двухфазная выходная при повороте на угол (45 - ф ) соотообмотка, зубчатый стгтор выполнен с ветствует позиции П 2 на фиг. 3. ПриЧисдом зубцов яа полюс и Фазу, боль- дальнейшем повороте ротора 5 датчишим единицы, двухфазная выходная ка магнитнаяпроводимость для магнитобмотка выполнена в виде встречно ных потоков зубцов б и 7 изменяется,включенных групп секций, соединен- так как площадь перекрытия их сектоных между собой последовательно в ром ротора 5 датчика уменьшается. Припределах полюсного деления датчика, этом уменьшается ЭДС в секциях первойа сектор ротора Выполнен с полюсной фазы выходной обмотки, расположенныхдугой, равной от 90 до 180 эл, град 5 на зубцах 6 и 7, в то время как веН Ф 1 показана конструктивная личина ЭДС в секциях выходной обмота иг.10 исхема предлагаемого датчика; на ки, расположенных на зубцах 9, иФиг, 2 - внд выходного напряжения 11, остается прежней,Это приводит к .одно иэ ай э Фаз выходной обмотки в функ- уменьшению выходного напряжения в5 атчицни угла пову л поворота ротора на Фиг, 3 - Щ Функции угла поворота ротора датчииг 21. Уменьчетыре положения ротора датчика, соот- ка (участок П 2-ПЗ на Фиг, . мветствующие точкам П 1 П 4 на кривой шение выходного напряжения по укапряжения Фиг 2 на фиг.4- эанной причине происходит при повония П 2кривые Выходного напряжения при разных роте ротора 5 датчика от положенияугловых размерах сигнального сектора. 2 на уго. . . дт. е. до положения ПЗУстройство содержит зубчатый ста- на фи-. 3. При дальнейшем поворотетор 1, обмотку 2 возбуждения, первую ротора 5 датчика до положения П 4 нафиг. 3 наряду с уменьшением ЭДС вгруппе секций, расположенных назубцах б, 7 и 8, происходит увелиэубцы - статора.Секции а, в, с первой фазы выход- чение ЭДС в группе секций, рас30полоной обмотки соединены последовательно, женных на зубцах 9, 10 и , вклвт, е. так, что трансформаторные ЭДС, ченных встречно с секциями, распоиндуктированные в них, складывавтся. ложенными на зубца х б 7 и 8. ЭтоАналогично соединены секции а , в , с вызывает увеличение крутизны выходтой же Фазы. Группы секций (а,в,с) и И ного напряжения (участок ПЗ-П 4 на(а , в , с) соединены между собой фиг, 4). При повороте ректора 5 датвстречно т. е, так, что трансформа- чика на угол 90 эл. град. от полоторные ЭДС, индуктированные в них,встржения П 1 (положение П на фмагнитная проводимость воздушногСекции второй фазы выходной обмот О зазора под зубцамики соединены аналогично и расположе одинакова, а выходное напряжениены на зубцах статора со сдвигом первой фазы датчика равно нулю. Придальнейшем повороте ротора 5 датчикациям первой фазы. На Фиг. 1 в ка- форма выходного напряжения имеет вид,честве примера показан датчик положе з как на фиг.ния ротора, зубчатый статор которого Напряжение ро фние вто й фазы 4 выходнойимеет число зубцов на полюс и фазу, обмотки имее Ую фоет так же форму, но сдвинуто на угол 90 эл. град. относительно выходного напряжения первой фазыравное трем.Датчик положения ротора работает3 выходной обмотки,следующим образом. фф Участки П 2-ПЗ и ПЗ-П 4 (фиг. 2) сПРи подаче пеРеменного напрЯжениЯ Различной крутизной выходного напряна обмотку 2 возбуждения в зУбчатОМ жЕннЯ пОЛУчаютсЯ благодаря выполнениюстаторе 1 возникают магнитные пож" зубчатого статора с числом зубцов,ки, которые индуктируют трансформана полюс и фазу большим единицы, выторные ЭДС в секциях двухфазной вы-5 и нению двухфазной выходной об тходной Обмотки, амплитуда которых Оп ки в виде встречно включенных группвеличиной магнитной ПРОВО секций соединенных междудимости для соответствующего магнитно- л довательно в пределах полюсного дего потока. В зубцах статора 1, напро- ления датчика, выполнению сектоРа Ротив которых находится сектор ротора тора датчика с полюсной дугой, мень 5 датчика, магнитные потоки большеф 40 шей 180 эл. град.чем в остальных зубцах. СоответстПри этом следует учесть, что подвенно отличаются и трансформаторные полюсным делением. датчика поннмаетЭДС в секциях выхОДнОй ОбмОтки ся величиналожении П 1 (фиг, 3) ротора 5 датчика ся велфнапряжение первой фазы выходной об" дС 2 Ргле О - ли,1 метр растчкн статора датчика,р - число пар полисов (для датчика :а Фиг, 1 р - 1)или С2 Рв зубцоных делениях,где 2 - число зубцов статора датчика,а участок зубцоной зоны, в пределахкоторого секции одной из групп двухфазной ныходной обмотки соединены последовательно, равен4 т.1 Ъ 2 ри О где в - число фаз выходной обмоткидатчика (в = 2).На фиг. 4 показано, как изменя 5Ьтся форма выходного напряжения однойиз фаз выходной обмотки датчика полокения ротора при изменении углаКривая 12 соответствует: О, полюсная дуга ротора равна 180 зл.град. фКривая 13 соответствует 0 ( ( с 45 О,полюсная дуга ротора больше 90 и меньше 180 эл. град. Кривая 14 соответствует р = 45 , полюсная дуга ротораравна 90 эл. град. 25Как видно из фиг. 4 при полиснойдуге сектора ротора, равной 90 эл.град,выходное напряжение датчика положения ротора имеет пилообразную форму.В результате гармонического анали- Зоза кривой выходного напряжения дляразличных угловустановлено, чтоминимальное содержание высших гармоник в кривой выходного напряженияимеет место при полюсной дуге сектора ротора, равной 120 эл. град т. е.при30 . учитывая, что в реальной конструкции датчика будут иметьместо краевые эффекты, изломы кривойвыходного напряжения н точках П 2 иПЗ (фиг, 2) будут сглажены, а выходное напряжение датчика в функции угла поворота ротора будет практически синусоидальным, что подтверждается результатами испытаний макетногообразца ДПР.Следует отметить, что указаннаяцель изобретения достигается не только при выполнении сектора с дугой,меньшей 180 зл. град. (т. е. 120 й90 эл. град.), но и при выполнении 5 Осектора с дугой, большей 180 эл. град.(т. е. 240 и 270 эл. град.). Но длятакой конструкции, датчика положенияротора увеличение дуги сектора ротора больше 180 эл. град. приводит кувеличению потребляемого обмоткойвозбуждения тока, что нежелательно сточки зрения энергетических показателей ВД, де используется такой ДПР.Поэтому целесообразно использоватьконструкцию ДПР с ротором, полюсная 60дуга сектора которого меньше 180 эл.град,Использовании датчиков положения ротора для ВД позволяет упростить технологию изготовления БДПТ за счет использования железа для статора датчика такой же геометрии, как и для татора синхронного двигателя, что исключает необходимость дополнительного штампа для вырубки листов пакета статора датчика положения ротора, а также дополнительных оправок при сборке пакетов, уменьшает стоимость БДПТ по сравнению с БДПТ, которые используют в качестне ДПР бесконтактные СКВТ, повышает унификацию узлов БДПТ с дискретной коммутацией и БДПТ с позиционной модуляцией фазных напряжений за счет использования для тех и других ДПР, отличающихся друг от друга лишь геометрическими размерами сектора ротора датчика.формула изобретенияДатчик положения ротора для вентильного электродвигателя, содержащий ротор в виде сектора из магнитомягкого материала и зубчатый статор, на зубцах которого расположены последовательно соединенные секции чередующейся поля ности обмотки возбуждения и двухфазная выходная обмотка, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем получения требуемой формы выходного напряжения н функции угла поворота .ротора, зубчатый статор выполнен с числом зубцов на полюс и фазу большим единицы, двухфазная выходная обмотка выполнена в виде встречно включенных групп секций, соединенных между собой последовательно в пределах полюсного деления датчика, а угловой размер полюсной дуги сектора ротора находится в диапазоне от 90 до 180 эл. град.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Пульер Ю. М. Индукционныезлектромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следящихсистем. М., "Машиностроение", 1964,с. 230 - 232, фиг. 7. 24, 7, 25.2. Прозоров В. А. Протопопов Л.И.и Слесарев А. В. Управляемый бесконтактный двигатель постоянного тока.-Сб. "Бесконтактные управляетеэлектрические двигатели и полупроводниковые устройства", Л., ВНИИэлектромаш, 1974, с, 3 10.3 Пульер Ю М Индукционные злектромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следящих систем.М., Машиностроение", 1964, с. 186788291 Составитель А. Санталоо .Техред А.Ач едактор В ома оррек 8370/65 Тирак 783ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий3035, Москва, Е, Раушская наб., д. 4/5 а дписное ППП "Патентф, г. Узгород, ул. Проектная