Бесконтактный датчик скорости

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в качестве устройства для контроля за перемещением исполнительных механизмов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения линейной скорости. Бесконтактный датчик скорости содержит разомкнутые магнитопроводы I и 2 статора с обмотками 3 и 4 возбуждения и с якориыми обмотками 5 и 6. Ротор 7 выполнен цилиндрическим с двумя винтовыми нарезками 8 и 9 на его наружной поверхности, в зоне которых размещены разомкнутые магнитопроводы 1 и 2 статора. Указанные винтовые нарезки выполнены с равным шагом и числом заходов и с противоположными направлениями хода резьбы, а ротор 7 установлен с возможностью вращения и осевого перемещения одновременно. Каждая из якорных обмоток 5 и 6 подключена через один из выпрямителей 18 и 19 к сглаживающему фильтру 22 и 23 соответственно, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем 24 и с сумматором 25. ПредлагаемьЕй бесконтактный датчик скорости позволяет одновременно качественно и количественно судить о частоте вращения и линейной скорости перемещения ротора, что расширяет его функциональные возможности при контроле за перемещением исполнительных механизмов . 2 ил. С б (Л со со J:ib

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО(ЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (Н) А1 (5!)4 Н 2 19 24 р(ф ) (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3845707/31-07 (22) 7.01.85 (46) 23.05.87. Бюл. Ф 19 (71) Рижский политехнический институт им. A.ß.Ïåëüøå (72) Я.П.Грейвулис и С.С.Петров (53) 621.313.322(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1 1169093, кл. Н 02 К 19/06, 1984. (54) БЕСКОНТАКТНЬЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в качестве устройства для контроля за перемещением исполнительных механизмов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения линейной скорости. Бесконтактный датчик скорости содержит разомкнутые магнитопроводы 1 и 2 статора с обмотками 3 и 4 возбуждения и с якорными обмотками 5 и 6. Ротор 7 выполнен цилиндрическим с двумя винтовыми нарезками 8 и 9 на его наружной поверхности, в зоне которых размещены разомкнутые магнитопроводы 1 и 2 статора. Указанные винтовые нарезки выполнены с равным шагом и числом заходов и с противоположными направлениями хода резьбы, а ротор 7 установлен с возможностью вращения и осевого перемешения одновременно.

Каждая из якорных обмоток 5 и 6 подключена через один из выпрямителей

18 и 19 к сглаживающему фильтру 22 и 23 соответственно, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем 24 и с сумматором 25. Предла- а е гаемый бесконтактный датчик скорости позволяет одновременно качественно и количественно судить о частоте вращения и линейной скорости перемещения ротора, что расширяет его функциональные возможности при контроле за перемещением исполнительных механизмов. 2 ил.

13126

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в программном управлении электроприводами в качестве устрой- .5 ства для непрерывного контроля за перемещением исполнительных механизмов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения линейной скорости.

На фиг.l — показан предлагаемый датчик; на фиг.2 — принципиальная электрическая схема датчика.

Бесконтактный датчик скорости содержит синхронный генератор с разомкнутыми магнитопроводами 1 и 2 статора, на которых размещены обмотки

3 и 4 возбуждения и якорные обмотки

5 и 6, ферромагнитный ротор 7 с винго товыми нарезками 8 и 9 с шагом tP u числом заходов г . Магнитопроводы 1 и 2 статора имеют полюсы IO, 11 и

12, 13 соответственно, на которых мо- 5 гут быть выполнены зубцы 14 и 15 с зубцовым делением, равным tP. Магнитопроводы 1 и 2 статора установлены с зазорами 16 и 17 относительно ферромагнитного ротора 7. Устройство содержит также выпрямители 18 и 19 с резисторами 20 и 21 нагрузки, сглаживающие фильтры 22 и 23, дифференциальный усилитель 24 и сумматор 25.

Ротор 7 имеет возможность одновременного осевого н вращательного перемещения относительно разомкнутых магнитопроводов I и 2 статора. Для увеличения магнитной проводимости воэдушньж зазоров 16 17 профили винтовых нарезок 8 и 9 целесообразно

40 выполнить четырехугольными.

Бесконтактный датчик скорости работает следующим образом.

При питании обмоток 3 и 4 возбуждения, соединенных между собой, например, согласно-последовательно (фиг.2), возникает магнитное поле, линии которого пронизывают одновременно разомкнутые магнитопроводы и 2 статора, воздушные зазоры 16 и

17 и цилиндрический ферромагнитный ротор 7.

При одновременном вращении цилиндрического ферромагнитного ротора 7 с частотой вращения и (об/мин) и осе55 вом перемещении его с линейной скоростью Ч (м/с) происходит осевое перемещение профилей винтовых нарезок

94 2

8 и 9. При этом в воздушном зазоре под одним разомкнутым магнитопроводом статора эа счет совпадения направлений перемещения профилей винтовой нарезки с направлением перемещения самого ферромагнитного ротора угловая частота ы определяется суммой угловых частот дс, = ы + w2, а в

1 воздушном зазоре под вторым разомкнутым магнитопроводом статора эа счет противоположных одно относительно другого направлений перемещения, профилей винтовой нарезки и направления перемещения самого ротора угловая частота < определяется абсолютной по величине разностью угловых частот

ы =(ы„ — v ((модуль учитывает возМожность двух случаев, когда wg 7iulg и когда wÄcи ), где с!, = 2pf, — угловая частота, полученная только за счет вращения цилиндрического ферромагнитного ротора 7; < г = 2Tifg — угловая частота, полученная только за счет осевого перемещения цилиндрического ферромагнитного ротора 7, причем

2 оn Ч

f =-- а

60 г

P где tP — шаг винтовых нарезок 8 и 9.

При одновременном вращении и осевом перемещении ферромагнитного ротора 7 в направлениях, показанных, например, сплошными стрелками (фиг.1), первые гармоники магнитных потоков ф„ и фг в воздушных зазорах 16 и

l7 соответственно под разомкнутыми магнитопроводами 1 и 2 статора пульсируют во времени с амплитудой ф относительно постоянной составляющей ф по следующим законам:

Ф, = Фо + Ф соз ((w +

В общем случае 0 (Ы (2 я, так как к якорным обмоткам 5 и 6 подсоединены выпрямители 18 и 19 соответственно.

В результате изменения указанных потоков во времени в якорных обмотках 5 и 6 индуцируются соответствующие ЭДС:

dg>, "5 — " "фт(a "" 2)"" (о1+

+ u>g)tj; с!Фг

W Wф /Lo /sinx

6 ъ 1 — с

1312694

" / "> wz /t + ь1 где W — число витков в каждой из якорных обмоток 5 и 6.

Посредством выпрямления выпрямителями 18 и 19 и сглаживания фильт- 5 рами 22 и 23 на выходе последних при условии выделения выпрямителями 18 и

19 одноименных полярностей ЭДС в якорных обмотках 5 и 6 усредненные напряжения соответственно равны:

У среди С1 (Ьо, + W2 ) 2 С, (f + f );

c /Aw l4Jg / 2sc /f 1 /в где с, — const постоянная, определяемая конструктивными параметрами датчика, а именно

15 напряжением питания обмоток

З,и 4 возбуждения, числом их витков и величиной воздушных зазоров 16 и 17.

V г1п

Если f c f т.е. — (- - на

2 1 t 60

P выходе дифференциального усилителя

24 постоянное напряжение прямо пропорционально линейной скорости Ч ферромагнитного ротора 7 и равно

UAy k1(U5 средй 1 6 средн ) х

Ч

4ii k„c, f z =kz f < =К -1 где kq — коэффициент усиления дифференциального усилителя 24;

k 4к1с,с, = const.

В этом случае на выходе сумматора

25 постоянное напряжение прямо про порционально частоте вращения ротора З5

7 и равно

z n

1 сумм Ug среде+ ь средн " f1 360 где k3 47ес, =const.

Если f (f, то на выходе дифференциального усилителя 24 выходное напряжение прямо пропорционально частоте вращения ферромагнитного ротора

7, а на выходе сумматора 25 — прямо пропорционально линейной скорости ферромагнитного ротора 7 при переме, щении его в осевом направлении. Это объясняется тем, что второе слагаемое в этом случае определяется величиной (à — f,).

В частном случае, когда w и, V zpn

Е, = Е, -- 6--, в якоРной обмотке

6 ЭДС равна нулю, поскольку пульсаций магнитной проводимости в воздушном зазоре 17 нет. Индуцированная в якорной обмотке 5 ЭДС и ее частота прямо пропорциональны одновременно двум контролируемым параметрам — частоте вращения ферромагнитного ротора и линейной скорости его осевого перемещения. На выходе дифференциального усилителя 24 и сумматора 25 выходные постоянные напряжения пропорциональны друг другу.

Если ы, О, то в якорных обмотках

5 и 6 наводятся равные по величине

ЭДС, амплитуды и частоты которых прямо пропорциональны линейной скорости

Ч перемещения ферромагнитного ротора

7. В этом случае f, c Е, но так как

= О, то на выходе дифференциального усилителя 24 напряжения равно нулю, а на выходе сумматора 25 напряжение прямо пропорционально линейной скорости осевого перемещения ферромагнитного ротора 7.

Если ы2= О, т.е Й2 якорных обмотках 5 и 6 индуцируются равные по величине ЭДС,амплитуды и частоты первых гармоник которых прямо пропорциональны частоте вращения и ферромагнитного ротора 7. В этом случае на выходе дифференциального усилителя 24 напряжение равно нулю, а на выходе сумматора 25 — прямо пропорционально частоте вращения и ферромагнитного ротора 7.

Предлагаемый бесконтактный датчик скорости позволяет качественно и количественно судить одновременно о частоте вращения и линейной скорости осевого перемещения ротора, что свидетельствует о расширении его функциональных воэможностей. При наличии лишь одного вида движения — только вращения или только осевого перемещения ротора в катушках якорных обмоток предлагаемого датчика индуцируется ЭДС, амплитуда и частота изменения которой прямо пропорциональна контролируемому параметру, а именно частоте вращения или скорости осевого перемещения.

Формула изобретения

Бесконтактньй датчик скорости, содержащий синхронный генератор с первым разомкнутым магнитопроводом статора, на котором размещены обмотка возбуждения и якорная обмотка и цилиндрический ферромагнитный ротор с двумя винтовыми нарезками с равным шагом и числом заходов и с противоположными направлениями хода резьбы, 1312694

8 7

Составитель Т.Калашникова

Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Редактор И.Шулла

Заказ 1978/54 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 одна из которых выполнена на наружной поверхности ротора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения измерения линейной скорости, он снабжен вторым магнитопроводом статора, идентичным первому, двумя сглаживающими фильтрами и выпрямителями, дифференциальным усилителем и сумматором, вторая винтовая нарезка ротора выполнена на его наружной поверхности, магнитопроводы статора установлены вдоль оси ротора, каждый иэ них размещен в зоне одной иэ винтовых нарезок, 5 ротор установлен с возможностью осевого перемещения, при этом каждая из якорных обмоток подключена через один из выпрямителей к сглаживающему фильтру, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем и с сумматором.