Датчик положения ротора вентильного двигателя

О П И С А Н И Е74870ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(5 )М. Кл.Н 02 К 29/02 Н 02 К 24/00 с присоединением заявки Лф ВЬоударстоанньй комитет СССР(53) УДК 621.313, . 13.014.2:621. .382(088.8) па делам изобретении н открмтнйДата опубликования описания 17.07.80(72) А вторн изобретения Г. И. Каплун, В, Н, Курчанов и А. С. Михалев Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В. В. Куйбышева(54) ДАТЧИК ПОЛОКЕНИЯ РОТОРА ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для,расширения функциональных возможностейдатчика положения ротора (ДПР) вентильного двигателя (ВД),Известен реверсивный бесконтактныйтахогенератор постоянного тока, содержащий синхронный генератор, выход которого через выпрямитель подключен квходу реверсивного мостового каскада,1 Овход управления которого соединен с выходом логической схемы (ЛС). ВходыЛС соединены с чувствительными элементами (ЧЭ) ДПР синхронного генератора, В зависимости от порядка черет 5дования сигналов от чувствительныхэлементов ЛС вырабатывает управляющеевоздействие, изменяющее знак напряжения на выходе реверсивного мостового каскада Я. Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является тахогенератор, работающий совместно с 2бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ), в качестве датчика положения ротора синхронногогенератор используется ДПР двигателя, содержащий чувствительные элементы трансформаторного типа на статоре и магнитопроводные сигнальные секторы на роторе 21.Недостатками устройства являются низкая точность определения положения ротора и значительное запаздывание приопределении момента реверса двигатель. Эти недостатки обусловлены значительной дискретностью измерения угла поворота, . которая в наиболее распространенных ДПР трехфазных БДПТ составляет 30-60 .е .Бель изобретения - повышение точности определения положения ротора, уменьшение запаздывания при определении момента реверса двигателя, а также преобразование угла поворота в цифровой код.Указанная цель достигается тем, что в ДПР, содержащем две группы основных ЧЭ, укрепленных на статоре, сигнальные секторы на роторе и логическую схе3 7487 му определения направления вращения сигнальные секторы выполнены с зубцовой зоной, в результате чего при вращении ротора сигналы ЧЭ будут амплитудно-модулированными. На статоре датчи-5 - ка укреплен дополнительный ЧЭ, в состав логической схемы дополнительно введены два двухразрядных триггерных регистра, два блока формирования импульсов (БФИ), блок квайтования угла поворота 10 (БКУ), определяющий моменты, когда зубцы и межзубцовые впадины сменяют под чувствительными элементами друг друга, реверсивный счетчик (РС ), блок определения направления (БОН) и блок установки начала 15 отсчета (БУНО). Основные ЧЭ первой группы через первый БФИ подключены к входу первого триггера, основные ЧЭ второй группы через второй аналогичный БФИ подключены к входу второго триггера 20 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 выхода ми БФИ. Первый вытод БКУ соединен с входом разрешения записи второго регистра, второй выход БКУ - со счетнымвходом РС, вход установки направления счета которого соединен с выходом БОН. 30 Выходы БОН соединены с выходами триггеров первого и второго регистров, установочный вход РС соединен с выходомБУНО, входы которого подключены к основному и дополнительному ЧЭ Э 5На фиг. 1 показано расположение .чувствительных элементов и геометрия сигнальных секторов ДПР; на фиг, 2 - блоксхема устройстве; на фиг, 3 - временныедиаграммы работы датчика; на фиг. 4 - 0один из возможных вариантов функциональной схемы ДПР.Предложенный ДПР состоит из основных1-6 и дополнительного 7 ЧЭ, расположенных на статоре ДПР. Нечетные ЧЭ отстоят 5 друг от друга на 120 о, а четные ЧЭсмещены относительно нечетных на 30 .Угловой размер ЧЭ выбирается из соотношения о= 30/й, где о - нечетноечисло. Дополнительный ЧЭ 7 смещен отно.5 Осительно основного 6 на 60 - 0.О Сигнальные секторы 8 и 9 выполненыс зубцовыми зонами, причем зубцам сек-тора 8 соответствуют радиально симмет 55рично расположенные межзубцовые пазысектора 9. Угловой размер зубца и пазавыбран равным 2 с(. Выходы нечетныхосновных ЧЭ подключены к входам БФИ 10,01выходы 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 соединен с входом разрешения записи регистра 13, второй выход БКУ 14 - с счетным входом РС 15. Вход установки направления счета РС 15 подключен к вы ходу БОН 16, входы которого соединены с выходами регистров 12 и 13. Установочный вход счетчика 18 подключен. к выходу БУНО 17, входы которого соединены с выходом основного 6 и дополнительного 7 ЧЭ.Принцип работы описанного датчика состоит в следующем.Высокочастотные прямоугольные импульсы возбуждения (диаграмма 18 на фиг. 3) подаются на обмотки возбуждения всех ЧЗ, которые формируют импульсный сигнал на выходной обмотке, причем большей амплитуде импульса соответствует размещение зубца сигнального сектора под ЧЭ,На диаграммах 19 и 20 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 сигналовЧЭ, однако минимальный уровень модулированного 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. Сигналы с выходов ЧЭ 1-6 поступают на выходы БФИ 10 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 10 и 11 последовательно получаются комбинации сигналов ф 11" 01, "00", 10", "11", где первая цифра обозначает сигнал на выходе БФИ 10, вторая - на выходе БФИ 11. Порядок смены комбинаций позволяет однозначно определять направление вращения ротора датчика, ибо при движении против ча5 74870 Блок 16 онредепения направления вращения анализирует состояние обоих регистров и формирует сигнал о направлении вращения ротора ДПР, который задает режим счета реверсивного счетчика 15. Счетный импульс вырабатывается блоком 14 квантования 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 ЦЭ, по которым пороговые схемы 30 и 31 с элементом совпадения 32 формируют сигнал начала отсчета, затем блок 17 установки начала отсчета выключается.Такйм образом, в предлагаемом устройстве удается несложными средствами рас ширить функциональные возможности датчика положения 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. Наряду с. тем, что предлагаемый ДПР позволяет повысить точность определения по-. ложения ротора, он также дает возмож ность исключить затраты на йзготовпение такого спожного элемента, как преобразователь углового положения в циф- ровой код, что новшаг надежность устройства в целом, Кроме того, применение интегральных микросхем дпя реализации функциональных блоков снижает общие затраты на изготовление. Датчик положения ротора вентиль- ного двигатепя, содержащий укрепленные на статоре две группы основных чувствительных элементов, сигнальные сыторы на роторе и логическую схему определения найравпения вращения, о ти и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью повышения точности определения положения ротора, уменьшения запазды-,совой стрелки последовательность имеетвид ф 11", ф 10 ф, фОО", ф 01 ф, "11 ф.Регистр 12 принимает и хранит значение вновь полученной комбинации на выходах БФИ, регистр 13 запоминает значение предыдущей. Запись информациив регистр 12 производится по сигналам, показанным на диаграмме 20 фиг.З,БКУ анализирует состояние регистра12 и БФИ 10 и 11, При несовпадении 1 Окомбинации на выходе регистра 12 ивыходах БФИ формируется сигнал записив регистр 13 информации из регистра 12и добавляется ипи вычитается единицаиз содержимого РС 15. Режим счета определяется значением сигнала на выходеБОН 16, который выбирается на основеанализа вновь поступившей комбинациицифр, записанной в регистр 12, и предыдущей комбинации, переписанной в .регистр 2 О13, При этом сигнал на счетный входРС 15 поступает после окончания про цессов перезаписи информации в регистрах,для чего работа БКУ синхронизированаимпульсами, показанными на диаграмме19 фиг. 3. Положение ротора ДПР, показанное на фиг. 1 пунктиром, при которомодновременно высокие уровни сигналовприсутствуют на выходах ЧЭ 6 и 7, является единственным, когда под ЧЭ 306 и 7 находится сигнальный сектор 8,имеющий на краях зубцы. В этом положении БУНО 17 формирует импульс, устанавливающий счетчик 15 в начальноесостояние, после чего БУНО должен 35быть отключен,В частном примере реализации предложенного датчика на уровне функциональной схемы (фиг. 4) сигналы нечетных40 основных ЧЭ поступают па 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 формирования 27 и 28 соот 45 ветственно, если он выше порога, показанного на диаграмме 21 фиг. 3 пунктирной линией, Схемы формирования сог пасуют уровни сигналов на выходах пороговых схем с требуемыми дпя работы50 логических элементов. При этом сигнал на выходах схем формирования появляется после подачи стробируюшего импульса (диаграмма 20 фиг. 3), вырабатываемого блоком питания и синхронизации (БПС) 29. Тот же строб подается на55 входы синхронизации триггеров регистра 12, однако выходные сигналы регистров могут измениться только после окончания 1 бстробирующего испупьса, Блок квантова-ния угла поворота сравнивает сигналы навыходах триггеров регистра 12 с сигналами, поступающими на входы триггеров, ии при несовпадении вьщает импульс навходы синхронизации триггеров регистра 13, разрешающий перезапись состояния регистра 12 в регистр 13. Формула изобретения7 74870 вания при определении момента ревер,са двигателя и преобразования угла поворота в цифровой код, сигнальные секторы выполнены с зубцовой зоной, на статореукреплен дополнительный чувствительный элемент, в состав логической схемы введены два двухразрядных триггерных регистра, два блока формирования импульсов, блок квантования угла поворота, реверсивный счетчик, блок определения 10 направления вращения, и блок установки начала отсчета, причем чувствительные элементы первой группы через первый блок формирования импульсов подключены к входу первого триггера, чувствительные 5 элементы второй группы через второй ана- логичный блок формирования импульсов подключены к входу второго триггера первого регистра, выходы триггеров первого регистра подключены к установоч 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 ре-гистра, второй выход блока квантованиясо счетным входом реверсивного счетчика, вход установки направления счетакоторого соединен с выходом блокаопределения направления вращения, входыкоторого соединены с выходами триггеров первого и второго регистров, установочный вход счетчика соединен с выходом блока установки начала отсчета,Входы котороГО подключены к Осноаномуи дополнительному чувствительным элементам.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Путников В. В. и др. Реверсивныебесконтактные тахогенераторы постоянного тока. М., Информэлектро, 1970,с. 18-21,Й. Отчет по научно-исследовательской работе. "Исследование вопросов применения бесконтактных двигателей постоянного тока в позиционных следящихсистемахф, Номер госрегистрации70 041208, Рязань, Рязанский радиотехнический институт, 1972, 38-44,ыжова щМЧ ЧЕЬф80/18Тираж 783БНИИПИ Государственного копо делам изобретений и от113035, Москва, Ж, Рауш Заказ Подписное митета СССР рытий скан наб., д. 4