Индуктивный датчик положения ротора

(9) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Мф 425199, кл, б 08 С 9/04, 1972,2. Авторское свидетельство СССР377850, кл. 6 08 С 19/06, 1969 (прототип).(54)(57) 1. ИНДУКТИВНЬ(Й ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА, содержащий постоянный магнит, установленный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с.первым выводом первой обмотки трансформатора питания, а вторые - соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом первой обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой, а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпрямительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, второй вход выпрямительного моста соединен .с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом вто(51) Ь 08 С 9/04. 6 О 1 Р 3/487уЬ)ь рой обмотки трансформатора питания и первым выводом резистора, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения датчика, в него введены элемент задержки, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дросселя соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод - с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с шиной питания, выводы третьего диода соединенЫ с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, коллекторы второго и третьего транзисторов являются выходами индуктивного датчика.2. Датчик по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что элемент задержки выполнен в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса.3. Датчик по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что элемент задержки выполнен в виде управляемого дросселя на двух сердечниках с пря- моугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности на каждом сердечнике и соединенные между собой последовательно встречно, и общую для обоих сердечников обмотку управления, подключенную к источнику питания.40 Недостатком известного датчикаявляется невозможность его примеИзобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления вентиль- ными двигателями.Известен датчик положения ротора, 5 Фазовращатель, подключенный к генератору, квантующий генератор, Фазовый инвертор, переключающие устройства, фазовращатель через первое и второе переключающие устройства подключен к усилителю-ограничителю, а кванту-, ющий генератор подключен к первому переключающему устройству непосредственно, а к второму - через Фазовый инвертор Г 1.15Недостатком такого датчика является невозможность получения выходных сигналов с изменяемой обратно пропорционально частоте вращения ротора относительной длительностью.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является индуктивный датчик положения ротора, содержащий постоянный магнит, рас- положенный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводам одной обмотки трансФорматора питания, а вторые выводы соединены с первым выводом первой З 0 и второй обмоток согласующего трансФорматора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом одной обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего 35 трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямитель- ного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой и первым выводом первого резистора, а второй вывод - с эмиттером первого транзистора, вторым выводом первого резистора и вторым выходом выпрямительного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, а второй вход выпрямительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питания и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен со сглаживающим дросселем 21. нения в системах, требующих регулирования и стабилизацию скорости вращения вентильных двигателей,Цель изобретения - расширение области применения индуктивного датчика положения ротора.Поставленная цель достигается тем, что в индуктивный датчик положения ротора, содержащий постоянный магнит, установпенный на валу, вокруг которого расположены чувствительные элементы, первые выводы которых соединены с первым выводом первой обмотки трансформатора питания, а вторые - соответственно с первым выводом первой и второй обмоток согласующего трансформатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом первой обмотки трансформатора питания, выводы третьей обмотки согласующего трансформатора соединены соответственно с первым выходом выпрямительного моста и коллектором первого транзистора, первый вывод четвертой обмотки согласующего трансформатора соединен с базой, а второй - с эмиттером первого транзистора и вторым выходом выпрями - тельного моста, первый вход которого соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора питания, а второй вход выпрямительного моста соединен с первыми выводами сглаживающего дросселя и конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом второй обмотки трансформатора питания и первым выводом резистора, введены элемент задержки, второй и третий транзисторы, первый, второй и третий диоды, второй вывод сглаживающего дросселя соединен через элемент задержки с базой второго транзистора, вторым выводом резистора и первым выводом первого диода, второй вывод которого соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов и через второй диод - с базой третьего транзистора и первым выводом резистора, а эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с шиной питания, выводы третьего диода соединены с соответствующими выводами четвертой обмотки согласующего трансформатора, кол лекторы второго и третьего транзисторов являются выходами индуктивного датчика.1107143 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Элемент задержки выполнен в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса.Кроме того, элемент задержки выполнен в виде управляемого дросселя на двух сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, содержащего две рабочие обмотки, размещенные по отдельности на каждом сердечнике и соединение между собой последовательно встречно, и общую для обоих сердечников обмотку управления, подключенную к источнику питания.На фиг. 1 приведена электрическая схема индуктивного датчика положения ротора; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы датчика; на фиг. 3 - индуктивнь 1 й датчик положения ротора с элементом задержки в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса; на фиг. 4 - то же, с элементом задержки в виде управляемого дросселя на двух сердечниках; на фиг. 5 - механические характеристики вентильного двигателя, управляемого датчиком.Индуктивный датчик положения ротора содержит чувствительные элементы 1 и 2 (дроссели насыщения), подключенные к первичным обмоткам согласующего трансформатора 3, транзистор 4, выпрямительный мост 5, диод 6, трансформатор 7 питания с обмотками 8 и 9, конденсатор 10, сглаживающий дроссель 11, транзисторы 12 и 13, образующие коммутатор вентильного двигателя, диоды 14 и 15, элемент 16 задержки, резистор 17, постоянный магнит 18.Элемент 16 задержки может быть выполнен либо в виде дросселя насыщения, либо в виде управляемого дросселя 19 с рабочими обмотками 20 и 21 и обмоткой 22 управления и источника 23 питания.Индуктивный датчик положения ротора работает следующим образом.При наличии напряжения повышенной частоты на обмотках 8 и 9 трансформатора и при вращении вала датчика с угловой скоростью д постоянный магнит 18 поочередно намагничивает сердечники чувствительных элементов 1 и 2. В момент изменения состояний сердечников чувствительных элементов 1 и 2 происходит скачкообразное (релейное) изменение полярности напряжения 4 на выходе дросселя 11(фиг. 2,0, например, при Ф = О) . С этого момента начинается отсчет времени задержки 1(фиг. 2, К ), в течение которого элемент 16 задержки пропускает очень малый ток, и оба транзистора 12 и 13 будут выключены. По окончании времени 1 ь сопротивление элемента 16 задержки резко уменьшается, что ведет к скачкообразному увеличению тока 1,я в управляющей цепи транзисторов 12 и 13 (ф.г. 2 Ю)При этом один из транзисторов 12, 13 насыщается, а другой надежно запирается падением напряжения на диоде 15,14, шунтирующем его база-эмиттерный переход.При Ю 1 .=3 происходит изменение полярности напряжения Оср на выходе дросселя 11 (фиг. а). С этого момента снова начинается процесс формирования времени задержки, в течение которого ток 11 в управляющей цепи очень мал, и транзисторы 12 и 13 снова оказываются запертыми (фиг. 2 К; при 001)Ъ ). В дальнейшем при вращении вала датчика описанные процессы будут повторяться.Относительную длительность импульсов тока Ън в нагрузке датчика можно определить из выражения2 ЕО - 2 С Сь Ы Т Т Л где ц - длительность импульсов тока ь,;Т - период повторения сигналовДПР;1 з- время задержки.Из выражения (1) видно, что при увеличении угловой скорости Ы вращения вала датчика и при постоянном времени задержки будет уменьшаться относительная длительность ь импульсов тока ън в нагрузке датчика, т.е. ь и 60 в предлагаемом датчике связаны обратно пропорциональной зависимостью.Транзисторы 12 и 13 используются для подачи напряжения питания на секции вентильного двигателя (не показаны), и описанное свойство датчика уменьшать относительную длительность импульсов обратно пропорционально частоте вращения ротора будет вызывать стабилизацию частоты вращения двигателя. Действительно,при увеличении частоты вращения двигателя,например,из-за уменьшения на 1107143грузки на его валу относительнаядлительность сигналов датчика уменьшится. Это приведет к уменьшениюотносительного времени открытиятранзисторов 12 и 13, среднего тока 5и электромагнитного момента двигателя (фиг. 2 Д ). Частота вращениядвигателя начнет уменьшаться до значения, при котором наступит равенство электромагнитного .момента и момента сопротивления на его валу.При случайном уменьшении частоты вращения двигателя относительная длительность сигналов датчика увеличится, а значит увеличится средний токи электромагнитный момент двигателя.Его частота вращения начнет возрастать до тех пор, пока не наступитравенство электромагнитного моментаи момента сопротивления на валу.Элемент 16 задержки можно выполнить, например, в виде дросселя насыщения с прямоугольной петлей гистерезиса (фиг.3).В момент изменения полярности напряжения (например, при й) = О)начинается процесс перемагничиваниясердечника дросселя элемента 16. Таккак ток намагничивания ненасыщенногодросселя элемента 16 очень мал, то 30оба транзистора 12 и 13 буду; выключены в течение всего времени Меремагничивания, определенного конструктивными параметрами дросселя элемента 16,По окончании процесса перемагничивания дросселя элемента 16 его индуктивность резко уменьшается, что ведет к скачкообразному увеличению тока ъц в управляющей цепи транзисторов12 и 13, и один из них открывается. 40С момента Ы=Л начинается процессперемагничивания сердечника дросселяэлемента 16 в обратном направлениипо сравнению с предыдущим случаем,Ток ъ в управляющей цепи транзисторов 12 и 13 снова резко уменьшается,и они запираются. Далее при вращении вала датчика процессы повторяются.Для изменения крутизны зависимости относительной длительности импульсов от частоты вращения ротора элемент 16 задержки можно выполнить управляемым, например, в виде управляемого дросселя 19 на двух сердечниках(фиг. 4),55При отсутствии тока подмагничивания в обмотке 22 управления дросселя 19 процесс формирования временизадержкианалогичен случаю с элементом 16 задержки в виде неуправляемого дросселя. При этом оба сердечника дросселя 19 перемагничиваютсяодновременно и время задержкиравно времени перемагничивания сердечников.При протекании тока подмагничивания по обмотке 22 управления в каждыйполупериод напряжения Ц,р первым насыщается сердечник дросселя 19, вкотором магнитные потоки, создаваемые рабочей обмоткой и обмоткой управления, совпадают. Индуктивноесопротивление его резко падает. Таккак второй сердечник в этот моментеще не насыщен, то напряжение Оприкладывается к его рабочей обмотке.Поэтому, хотя второй сердечник ещене 1 гостиг насыщения, эквивалентноесопротивление его рабочей обмотки20 или 21 оказывается очень малым,и напряжение Ос практически полностью подается на вход транзистора12 или 13, Так как рабочие обмотки20 и 21 дросселя 19 соединены междусобой встречно, то в следующий полупериод процессы протекают аналогично, отличие состоит лишь в том, чтосердечники меняются ролями.Время Ь в этом случае определяется, кроме конструктивных параметров дросселя 19, величиной тока подмагничивания в обмотке 22 управления, так как от величины постоянноготока в этой обмотке зависят пределыизменения индукции в сердечниках, аследовательно, и время их перемагничивания.Таким образом, время задержки 1можно регулировать путем изменениятока подмагничивания в обмотке 22управления дросселя.Это обеспечивает простое изменение в широких пределах уровней стабилизированных частот вращения ротора вентильного двигателя, управляемого предлагаемым датчиком. Экспериментально снятые механическиехарактеристики вентильного двигателя, управляемого предлагаемым датчиком, приведены на фиг. 5.Таким образом, изобретение позволяет расширить область примененияиндуктивного датчика по сравнениюс известными датчиками, посколькуданный датчик может быть использованв системах, требующих регулированияи/или стабилизации скорости вращениявентильных двигателей,1107143 П,об/мин 7 Ю ИО О Тираж 569 ПодписнГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д. 4 каз 5762/35ВНИИП,1303 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель А.Сидоренко едактор С.Пекарь Техрех М Гергель Корректор ИЛулл