Индуктивный датчик положения

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повьшение надежности работы индуктивного датчика положения ротора электрической машины, например вентильного двигателя , относительно осей его статорных Обмоток. Датчик положения содержит постоянньй магнит 1, связываемый с ротором машины, и два замкнутых неподвижных магнитопровода 2 и 3, на участках с уменьшенным на 20-30% поперечным сечением которых размещены измерительные обмотки 4 и 5, образукнцие мостовую схему вместе с полуобмотками согласующего трансформатора 9, вторичная обмотка которого подключена к входу фазочувствительного усилителя-демодулятора 12, управляющего работой силовых транзисторов 21 и 22. При прохождении постоянного магнита 1 мимо магнитопроводов 2 и 3 происходит поочередное периодическое насыщение их участков, на которых расположены обмотки 4 и 5, что при- :водит к формированию модулированного по фазе и амплитуде напряжения, огибающая которого имеет увеличенную крутизну нарастания и спада, что делает датчик положения практически нечувствительным к колебаниям питакщё- го его напряжения переменного тока. 3 ил. G «

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4179578/25-28 (22) 12.01.87 (46) 07.08.88. Бюл. Ф 29 (72) В.В.Омельченко, В.М.Пожидаев, В.Д.Тепляков, В.А.Куделя, Г.Б.Михайлов, Е.А.Петров, В.В.Путников и В.Б.Уваров (53) 621.3)7.39:531.71 (088.8) (56) Овчинников И.Е., Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели. постоянного тока. — М.: Наука, 1979, с. 82-93.

Авторское свидетельство СССР

9 377850, кл. G 08 С 19/06, 1973. (54) ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение надежности работы индуктивного датчика положения ротора электрической машины, например вентильного двигателя, относительно осей его статорных Обмоток. Датчик положения содержит постоянный магнит 1, связываемый с ротором машины, и два замкнутых (50 4 G 01 В 7 30 /Н 02 К 29 12 неподвижных магнитопровода 2 и 3, на участках с уменьшенным на 20-30Х поперечным сечением которых размещены измерительные обмотки 4 и 5, образующие мостовую схему вместе с полуобмотками согласующего трансформатора 9, вторичная обмотка которого подключена к входу фазочувствительного усилителя-демодулятора 12, управляющего работой силовых транзисторов 21 и 22. При прохождении постоянного магнита 1 мимо магнитопроводов 2 и 3 происходит поочередное периодическое насыщение жс участков, на которых расположены обмотки 4 и 5, что приводит к формированию модулированного по фазе и амплитуде напряжения, огибающая которого имеет увеличенную крутизну нарастания и спада, что делает датчик положения практически нечувствительным к колебаниям питаяцего его напряжения переменного тока.

3 ил.

l 415050

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет определить угловое положение ротора электрнческой машины, например вентильного двигателя,. относительно осей его статорных обмоток.

Целью изобретения является повышение надежности. работы индуктивного датчика положения ротора электрической машины при колебаниях амплитуды питающего его напряжения за счет увеличения крутизны нарастания и спада огибающей модулированного по фазе и амплитуде напряжения на его выходе, -к торое после преобразования в раэнон и лярные импульсы напряжения использ ется для управления двумя силовыми т анзисторами, работающими в противофазе, и момент изменения фазы на

1 0 эл.град. напряжения на выходе котррых соответствует совпадению магнитной оси ротора и оси обмотки статора, На фиг.-1 приведена электрическая с ема индуктивного датчика; на фиг.2 одно из положений магнита относительно магнитопроводов датчика положения; на фиг.3 — диаграмма напряжения U (t)

Y на его выходе.

Индуктивный датчик положения роторр. электрической машины относительно осей ее статорных обмоток содержит постоянный магнит 1, предназначенный sr связи с ротором,.и два замкнутых о магнитопровода 2 и 3, установленных на статоре в плоскости, проходящей через ось соответствующей статорной обмотки машины, и смещенных один относительно другого на 180 эл.град.

При использовании одного двухполюсного магнита ° магнитопроводы 2 и 3 установлены диаметрально противоположно, как показано на фиг.1. На участках магнитопроводов, более удаленных в радиальной плоскости относительно продольной оси вращения магнита размещены измерительные обмотки 4 и

5, соединенные между собой началом и концом с одной стороны, причем точка 6 их соединения подключена к одному выводу источника питания переменного тока через развязывающий трансформатор 7, а противоположные выводы сбеих обмоток 4 и 5 присоединены к

råðâè÷íaé обмотке согласующего трансформатора 8, отвод от средней точки которой присоединен к другому выводу источника питания через указанный трансформатор 7. Таким образом, изме5 !

О

55 рительные обмотки 4 и 5 датчика образуют смежные плечи мостовой схемы, два других плеча которой образованы полуобмотками первичной обмотки согласующего трансформатора 8. Вторичные обмотки 9 и 10,этого трансформатора подключены на вход фазочувствительного усилителя-демодулятора 11, выполненного на диоде 12 и транзисторе

13, питание которого осуществляется от обмотки 14 трансформатора 7 через выпрямительный мост 15 и сглаживающий RC-фильтр 16. Нагрузкой усилителя-демодулятора являются, например, блокированные диодами 17 и 18 эмит-. тер-базовые переходы силовых транзисторов 19 и 20,работающих в противофазе.

Участки магнитопроводов 2 и 3, на которых размещены измерительные обмотки 4 и 5, выполнены с меньшим на 2030 сечением, чем остальные участки этих магнитопроводов, что обеспечивает их периодическое насыщение при соответствующем положении магнита 1.

Индуктивный датчик положения работает следующим образом.

При подаче напряжения U . .— от . трансформатора 8 на датчик в его измерительных обмотках 4 и 5 потекут токи, мгновенные значения которых определяются, при прочих равных условиях, магнитным состоянием участКоВ магнитопроводов 2. и 3, на которых они раслоложены. В свою очередь магнитное состояние этих участков магнитопроводов зависит от величины и взаимного направления в них полей, созданных вращающимся постоянным магнитом 1 и токами, протекающими по обмоткам 4 и 5. При вращении постоянного магнита 1 сердечники 2 и 3 периодически и поочередно насыщаются,, благодаря чему на обмотке 9 согласующего трансформатора 8 появляется высокочастотный сигнал U„ модулированный по фазе и амплитуде (фиг.2). Частота огибающей модулированного сигнала равна частоте вращения ротора.

При инвертировании фазы сигнала U> которое происходит в момент времейи, когда один из магнитопроводов выходит из насыщения, а другой насьццает" ся под действием поля вращающегося постоянного магнита 1, фазочувствительный усилитель-демодулятор 11 обеспечивает изменение полярности напряжения на выходе фильтра 16 и соответствующее ему изменение направле141 ния токов, протекающих пр входным цепям силовых транзисторов 19 и 20. Обмотка 10 положительной обратной связи способствует быстрому перемагничиванию сердечника трансформатора 9, благодаря чему существенно повышается крутизна фронтов выходного напряжения фазочувствительного усилителядемодулятора 11 и практически устраняется зона нечувствительности с нулевым уровнем сигнала, расположенная между импульсами разной полярности.

В результате отпадает необходимость в дополнительных источниках запирающих напряжений для надежного обеспе-, чения режима отсечки транзисторов 19 и 20 при отсутствии на их входах управляющего напряжекия.

Благодаря выполнению участков магнитопроводов 2 и 3, занятых обмотками,с меньшим на 20-30Х..ñå÷åíèåì, чем сечение их участков, находящихся ближе к магниту 1, крутизна фронтов огибающей напряжения U< становится значительно больше при одной полярности, чем при другой (фиг.3). Это . обеспечивает стабилизацию параметров положительных полупериодов напряжения удвоенной частоты (области положитель ных напряжений Uy, лежащие внутри "

"ромбов" на фиг.3) при изменении ве личины напряжения U в широких -: пит пределах.

Данный эффект обусловлен тем, что магнитные потоки подмагничивания и возбуждения на одних участках каждого магнитопровода совпадают по направлению, а на других — направлены встречно, При смене полярности напряжения 11„„ места согласного (встречного) действия магнитных потоков перемещаются на противоположные части . магнитопроводов датчика.

Очевидно, что быстрее насьпцаются те участки магнитопроводов, в которых потоки возбуждения и подмагничивания совпадают по направлению. После насыщения такого участка скорость нарастания тока в измерительной обмотке датчика определяется остаточной индуктивностью обмотки в насьпценном состоянии соответствунпцего магнито" провода. При неодинаковом сечении участков магнитопроводов датчик обладает свойством изменять величину остаточной индуктивности при насьпценик различных участков его магнитопроводов.

Так, например, остаточная икдуктивность обмотки 4 (5) при насыщении участка магнитопровода, занятого обмоткой, значительно меньше, чем остаточная индуктивность той же обмотки при насыщении участка магнитопровода, расположенного ближе к оси вращения магнита 1.

Это объясняется тем, что в первом случае насыщенная часть сердечника не охвачена измерительной обмоткой, и величина остаточной индуктивности этой обмотки, в основном, определяется сечением насьпценного участка и относительной магнитной проницаемостью насыщенного участка, тогда как во втором случае она определяется относительной магниткой проницгемостью разомкнутого ненасьпценного сердечника, охваченного обмоткой, так как насьпценный участок, примыкающий к магниту 1, можно заменить эквивалентным воздушным зазором о

25 Различие.индуктивности насьпценной обмотки в разные полупериоды напряJ же кия питания датчика обуславливает в эти интервалы времени неодинаковую скорость нарастания тока в измери-З0 тельной обмотке после насыщения соответствующего участка магнитопровода„ а следовательно, и неодинаковую крутизну огибающей выходного напряжения U на обмотке 9 в разные полуУ периоды (фиг.3).

Для обеспечения большей эффективности работы усилителя-демодулятора

ДПР необходимо обмотку .9 трансформатора 8 так.подключить к входу тран: зистора 13, чтобы он насыщался в те полупериоды напряжения U„, при которых его огибающая имеет большую крутизну (положительные полупериоды на; пряжения 11 на осциллограмме (фиг.3).

Так как в эти моменты времени крутизна изменекия огибающей напряжения U+ намного больше, чем в отрицатепьный период, то условия работы транзистора 13 демодулятора 11 будут мало кри тичны к изменению питающего датчик напряжения U в широких пределах

50 лит происходящего при эксплуатации датчика ° Это обеспечивает высокое качество выходных сигналов датчика и высокую его надежность в условиях нестабильности питающего напряжения.

Формула и з о б р е т е н и я

Индуктивный датчик положения ротора электрической машины, содержащий

5 14 постоянный магнит, предназначенный для связи с ротором, два закрепленных на статоре замкнутых магнитопровФда, установленные со смещением один относительно,другого на.

180 эл.град, измерительные обмотки, размещенные на участках магнитопров6дов, радиально более удаленных от продольной оси вращения магнита, чем остальные его участки, начало одной и мерительной обмотки соединено с концом другой и точка их соединения предназначена для подключения к одному выводу источника питания перенного тока, согласующей трансформ тор, к первичной обмотке которого ! присоединены противоположные выводы

15050 обеих из мерительных обмоток, а отвод от средней точки предназначен для подключения к другому выводу источника питания, и фазочувствительный усилитель-демодулятор, к входу которого подключена вторичная обмотка согласующего трансформатора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це10 лью повышения надежности работы датчика путем увеличения крутизны нарастания и спада огибающей модулированного по фазе и амплитуде напряжения на его выходе, участки магнитонроводов, на которых размещены измерительные обмотки, выполнены с меньшим на

20-307. сечением, чем остальные участки этих магнитопроводов. !