Бесконтактный датчик скорости вращения и положения ротора

Авторы патента:

Губарь Николай Сергеевич (RU)

Загривный Эдуард Анатольевич (RU)

Фоменко Александр Николаевич (RU)

Гаврилов Юрий Александрович (RU)

Иваник Владислав Владимирович (RU)

G01P3/48 - путем измерения частоты генерируемого тока или напряжения

Владельцы патента RU 2488122:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактным датчикам скорости вращения и положения ротора, и может быть использовано для определения скорости вращения и положения ротора электродвигателей различных типов. Устройство содержит неподвижный статор и подвижный ротор с постоянными магнитами. Статор выполнен в виде кольцевого магнитопровода с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением равным π, внутри которого соосно на подшипнике установлен магнитный ротор, выполненный явнополюсным с одной парой полюсов. При этом статор и ротор размещены в цилиндрическом корпусе. Технический результат заключается в упрощении конструкции и расширении возможностей устройства, в том числе получение удвоенного напряжения на выходе и гальваническую развязку. 7 ил.

Изобретение относится к измерительной электротехнике, в частности к бесконтактным датчикам скорости вращения и положения ротора, и предназначен для использования в электродвигателях различных типов для определения скорости вращения и положения ротора в резонансном электроприводе возвратно-вращательного движения.

Известен датчик измерения скорости (патент РФ №2150114, опубл. 27.05.2000), включающий корпус, установленные в нем ротор в виде многополюсного магнитного кольца, закрепленного на валу, и датчик магнитного поля, укрепленный в корпусе неподвижно с зазором относительно многополюсного магнитного кольца и отделенный от него герметичной перегородкой. Один конец вала ротора укреплен в корпусе на упорном подшипнике, функции опоры второго конца вала ротора выполняет привод спидометра коробки передач. Между приводом и многополюсным магнитным кольцом установлена пружина сжатия.

Недостатками данного устройства являются сложность изготовления и невозможность регулировки выходного напряжения.

Известен датчик скорости вращения (патент РФ №2190856, опубл. 10.10.2002).

Датчик скорости вращения включает кольцевой многополюсный магнит, расположенный на приводном валу, компаратор магнитной индукции с чувствительным к изменениям магнитного поля элементом, расположенным у внешней цилиндрической поверхности многополюсного магнита, и постоянный магнит, расположенный в области чувствительного элемента, который позволяет производить регулировку параметров, выходного сигнала датчика изменением величины индукции постоянного магнитного поля смещения в области чувствительного элемента перемещением постоянного магнита и/или его вращением вокруг своей оси.

Недостатками данного устройства является необходимость использования многополюсного магнита и компаратора магнитной индукции, что усложняет и удорожает конструкцию датчика.

Также известен датчик положения ротора электродвигателя (патент РФ №2357348, опубл. 27.05.2009), принимаемый за прототип. Датчик положения ротора ЭД содержит неподвижный статор, жестко соединенный со статором электрического двигателя, магниточувствительные элементы, в качестве которых используются, например, датчики Холла или магниторезисторы, ротор, выполненный из магнитоизолирующего материала и кинематически соединенный с ротором электрического двигателя, ферромагнитный диск с прорезями и два кольцевых постоянных магнита, намагниченные аксиально. В данной конструкции датчика используются два общих для всех чувствительных элементов постоянных магнита, жестко закрепленных на валу ротора вместе с магнитопроводящим диском. Поле постоянных магнитов распространяется до чувствительных элементов Холла через магнитопроводящий диск и воздушный зазор, в результате чего снижается чувствительность датчика к смещениям чувствительных элементов относительно магнитов, а также к неоднородности постоянных магнитов.

Недостатками приведенного датчика является необходимость соблюдения заданной точности при изготовлении магнитопроводящего диска с прорезями, а также сложности при замене магниточувствительных элементов, например датчиков Холла или магниторезисторов, расположенных на статоре датчика положения ротора ЭД.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и расширение возможностей устройства, в том числе получение удвоенного напряжения на выходе и гальваническую развязку.

Технический результат достигается тем, что бесконтактный датчик скорости вращения и положения ротора, содержащий неподвижный статор и подвижный ротор с постоянными магнитами, снабжен цилиндрическим корпусом с крышкой, в котором размещен статор, выполненный в виде магнитопровода с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением равным π, внутри которого соосно на подшипнике установлен магнитный ротор, выполненный явнополюсным с одной парой полюсов.

Цилиндрический корпус с крышкой обеспечивает защиту датчика от воздействия негативных внешних факторов.

Конструктивное исполнение магнитопровода статора с двумя полуобмотками с полюсным делением π позволяет получать различные напряжения на выходе в зависимости от схемы их соединения (последовательно или параллельно), а также иметь два гальванически развязанных источника управляющего напряжения в зависимости от количества используемых обмоток.

Магнитный ротор с постоянными магнитами, выполненный явнополюсным с одной парой полюсов, обеспечивает создание электромагнитного поля для работы устройства.

Датчик поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема бесконтактного датчика скорости вращения и положения ротора, на фиг.2 показана форма выходного напряжения с бесконтактного датчика, на фиг.3 представлен бесконтактный датчик без крышки, на фиг.4 представлен бесконтактный датчик в сборке, на фиг.5 представлен магнитопровод с двумя кольцевыми полуобмотками, на фиг.6 представлены варианты исполнения явнополюсных роторов с постоянными магнитами для бесконтактного датчика, на фиг.7 представлены способы подключения обмоток статора бесконтактного датчика в зависимости от предъявляемых требований.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 4, установленные в корпусе 1 кольцевой магнитопровод 2 с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением, равным π, и магнитный явнополюсный ротор с постоянными магнитами с одной парой полюсов 3, подшипник скольжения 5 и зазор между статором и ротором 6. Магнитный явнополюсный ротор 3 датчика размещают на валу электродвигателя с совмещением продольных осей симметрии роторов датчика и электродвигателя.

Бесконтактный датчик имеет 6 выведенных концов: "A-X","B-Y", "C-Z", где рабочие обмотки "А-Х" и "B-Y" - выводы полуобмоток по оси X, а "C-Z" - выводы полуобмоток по оси Y. На фиг.7 "*" обозначается начало обмотки. При подключении обмотки, как показано на фиг.7 а) формируется напряжение, равное напряжению каждой из полуобмоток, при этом повышается надежность. При реализации схемы фиг.7 б) получается удвоенное напряжение на выходе. Гармонически развязанные обмотки получаются при подключении по схеме фиг.7 с).

При работе датчика возникает электромагнитное поле между магнитопроводом 2 с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением, равным π, и магнитным явнополюсным ротором с одной парой полюсов 3. На выходе датчика получаем напряжение, которое регулируется путем изменения схемы соединения обмоток. При остановке вращения роторов электродвигателя и датчика скорости вращения и положения ротора сигнал на выходе будет равен нулю.

Бесконтактный датчик скорости вращения и положения ротора может быть использован при реализации замкнутых систем управления электроприводами возвратно-вращательного движения, применяемых в буровых комплексах для обеспечения незатухающих резонансных автоколебаний для реализации способа возбуждения и регулирования авторезонансных колебаний в электроприводе возвратно-вращательного движения (патент РФ №2410826 С1). Размах колебаний ротора электропривода возвратно-вращательного движения, при котором может быть использован бесконтактный датчик скорости вращения и положения ротора, достигает 180°.

Кроме того, датчик может быть использован при разводке систем автоматизированного электропривода с неуравновешенным ротором, обеспечивая формирование сигналов положения ротора (фиг.7а) на выходах 4,1-3,2) и амплитудного значения скорости на каждом обороте (фиг.7 выводы 5, 6).

На фиг.2 представлена осциллограмма, на которой показана форма напряжения от бесконтактного датчика скорости вращения и положения ротора U_ДС, амплитудное значение которого равно U_ДС=4В. При этом пересечение кривой выходного напряжения оси времени соответствует постановке ротора явнополюсного электродвигателя в крайнее положение.

Таким образом, при упрощении конструкции возможности датчика расширяются.

Бесконтактный датчик скорости вращения и положения ротора, содержащий неподвижный статор и подвижный ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что статор выполнен в виде кольцевого магнитопровода с двумя кольцевыми полуобмотками с полюсным делением, равным π, внутри которого соосно на подшипнике установлен магнитный ротор, выполненный явнополюсным с одной парой полюсов, при этом статор и ротор размещены в цилиндрическом корпусе с крышкой.

Способ измерения параметров углового движения контролируемых объектов // 2466411

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений и скоростей объектов в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.

Устройство для измерения параметров углового движения объектов // 2465605

Способ определения скорости вращения погружных асинхронных электродвигателей // 2463612

Изобретение относится к технике измерения параметров электрических машин. .

Бесконтактный датчик углового положения // 2462724

Изобретение относится к приборостроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано в системах автоматического управления, где требуется бесконтактное измерение угла поворота вращающегося объекта, например вала.

Емкостный датчик для измерения параметров углового движения объектов // 2445633

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений летательных аппаратов, автомобилей и других объектов в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.

Емкостный датчик для измерения параметров углового движения объектов // 2442991

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Датчик частоты вращения ротора газотурбинного авиадвигателя // 2428699

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электронных системах автоматического управления и контроля для измерения частоты вращения ротора газотурбинного авиадвигателя.

Устройство для определения частоты вращения // 2397495

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения частоты вращения различных деталей и узлов. .

Устройство для определения частоты вращения вращающейся детали машины с избыточными датчиками и схемами оценки // 2350968

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля частоты вращения рабочего колеса турбины. .

Способ измерения параметров углового движения контролируемых объектов // 2491555

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений

Датчик угловой скорости и угловых перемещений и способ его работы // 2495437

Изобретение относится к измерительным приборам, выполняющим измерения с помощью оптических и электрических средств, и может быть использовано для контроля угловой скорости вращения, угловых перемещений и поворота механизмов. Датчик содержит автономный источник электропитания, преобразователь напряжения и датчик оборотов. Датчик оснащен программируемой логической интегральной схемой (ПЛИС) с запрограммированными алгоритмом диагностики узлов датчика и алгоритмом управления и модулятором питания, связанным с датчиком оборотов. Способ работы датчика характеризуется тем, что в ПЛИС генерируют первично модулированный сигнал, который подают в модулятор питания. Модулированное сигналом из ПЛИС напряжение подают в датчик оборотов и первично модулированное напряжение преобразуют в первично модулированный световой поток, который вторично модулируют, пропуская его через щели барабана, приводимого во вращение объектом измерения. Прошедший через щели вторично модулированный световой поток преобразуют фотоприемником во вторично модулированный электрический сигнал, который подают в ПЛИС, где по заданному алгоритму производят расчет угловой скорости и угловых перемещений. Изобретение позволяет снизить энергопотребление и повысить разрешающую способность датчика. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство передачи данных скорости // 2497131

Изобретение относится к устройству передачи данных скорости в автомобиле с измерительной головкой 3 для регистрации движения, соответствующий измеряемый сигнал которой подается как в блок 5 управления прикладной системой, так и в блок 4 управления защитой. Измеряемый сигнал обрабатывается блоком 5 управления прикладной системой, а обработанные данные в реальном масштабе времени передаются в сравнивающий блок устройства управления, причем измеряемый сигнал обрабатывается в блоке 4 управления защитой, и обработанные данные зашифровываются в кодирующем блоке, а зашифрованные данные записываются в блоке памяти. Содержимое блока памяти через определенные интервалы времени передается в устройство управления. Устройство управления содержит декодирующий блок для расшифровки полученного содержимого памяти и передачи расшифрованного содержимого памяти в сравнивающий блок устройства управления, в котором расшифрованное содержимое памяти сравнивается с данными блока 5 управления прикладной системой, и при отклонении выдается предупредительный сигнал. Все элементы измерительной головки 3 и блока 4 управления защитой, содержащего кодирующий блок и блок памяти, установлены в одном едином блоке 1 интегральной схемы. Изобретение повышает надежность устройства. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Индукционный датчик частоты вращения // 2505822

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения частоты вращения валов двигателей в условиях широкого изменения рабочих температур. Технический результат заключается в повышении чувствительности преобразования, точности измерения частоты вращения и уменьшении габаритно-массовых параметров. Технический результат достигается благодаря тому, что индукционный датчик частоты вращения содержит индуктор-модулятор 1 из ферромагнитного материала, постоянный магнит 2, сердечник 3 с гиперболической образующей из ферромагнитного материала, выполненный в виде усеченного конуса, основание которого обращено к торцу магнита 2, обмотку 4 из двух секций, выполненную в виде двух гальванически развязанных секций на сердечнике 3, корпус 5 из диамагнитного материала. 1 ил.

Способ измерения параметров углового движения объектов // 2516207

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений объектов в бесплатформенных инерциальных навигационных системах. Способ заключается в измерении параметров углового движения объектов путем циклического измерения приращения угла поворота инерционного тела относительно корпуса в заданном временном интервале. При этом инерционное тело выполняют из пьезоэлектрического материала в виде диска или диска с центральным отверстием, с двух сторон которого выполняют две кольцевые проточки, развязывающие центральную и периферийную часть инерционного тела. Инерционное тело помещают в жидкую среду и возбуждают механические колебания в нем под действием приложенного к инерционному телу переменного электрического поля. Технический результат заключается в повышении точности измерения, технологичности измерения и увеличении срока службы. 12 ил.

Способ обнаружения вращения и направления вращения ротора // 2517825

Изобретение относится к способу обнаружения вращения и направления вращения ротора. На роторе (1) позиционирован по меньшей мере один демпфирующий элемент (D), причем на небольшом расстоянии от ротора (1) и демпфирующего элемента (D) установлены два датчика (S1, S2) на расстоянии друг от друга. Датчики (S1, S2) образуют колебательные контуры, демпфируемые в большей или меньшей степени в зависимости от положения демпфирующего элемента (D). После проведения нормирования осуществляют измерения путем отслеживания последовательных положений угла поворота, для чего текущее время затухания датчиков (S1, S2) измеряется в такт частоте взятия отсчетов, а затем к измеренному времени затухания датчиков (S1, S2) применяются правила нормирования. Затем из этих величин образуется вектор, который заносится в систему координат. После этого определяется текущий векторный угол и сравнивается с величиной соответствующего предшествующего векторного угла. В результате сравнения делается вывод о том, вращается ли ротор (1) и выполнено ли это вращение в прямом или обратном направлении. В результате повторения измерений в такт частоте взятия отсчетов вращательные движения ротора (1) регистрируются с большой точностью. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Датчик скорости // 2521716

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как датчик скорости для расходомеров жидких и газообразных сред, а также для автоматического контроля вращения, углового перемещения механизмов и машин. Сущность изобретения заключается в том, что датчик скорости содержит немагнитный корпус, чувствительный элемент, размещенный в последнем и состоящий из вращающихся ферромагнитных лопастей, установленных на оси, индуктивные измерительные катушки, расположенные на корпусе в плоскости вращения ферромагнитных лопастей, при этом на корпусе выполнены кольцевые пазы, имеющие в поперечном сечении корпуса форму равностороннего многоугольника, причем вершины многоугольника одного паза смещены относительно вершин многоугольника другого паза вокруг оси чувствительного элемента, а индуктивные измерительные катушки размещены соответственно в указанных кольцевых пазах. Технический результат - повышение точности и надежности измерений, а также расширение диапазона измерений в областях низких и высоких скоростей. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

Бесконтактный радиоволновый способ измерения частоты вращения // 2560757

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой бесконтактный радиоволновый способ измерения частоты вращения и может быть использовано для высокоточного определения частоты вращения. При реализации способа в сторону объекта вращения по нормали к его оси вращения излучают электромагнитные волны с фиксированной частотой, принимают отраженные электромагнитные волны и измеряют закон изменения разности фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн φ1(t). Одновременно на таком же расстоянии от оси вращения объекта по нормали к ней и под углом α относительно направления первого излучения излучают электромагнитные волны той же частоты, принимают отраженные электромагнитные волны и измеряют закон изменения разности фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн φ2(t). Частоту вращения объекта определяют по временной задержке максимума корреляционной функции между φ1(t) и φ2(t) и углу α. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения. 2 ил.

Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения частоты вращения // 2567443

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения частоты вращения. Бесконтактное радиоволновое устройство измерения частоты вращения, содержащее генератор электромагнитных волн фиксированной частоты, направленный ответвитель, циркулятор, приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к его оси вращения, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя с генератором, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно генератор через вспомогательный волновод направленного ответвителя и антенна через циркулятор. Кроме того, устройство содержит второй генератор электромагнитных волн с той же фиксированной частотой, второй направленный ответвитель, второй циркулятор, вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к оси вращения на том же расстоянии от оси вращения и в той же плоскости, но под углом α к направлению излучения первой антенной, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя со вторым генератором, второй смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно второй генератор через вспомогательный волновод второго направленного ответвителя и вторая антенна через второй циркулятор, вычислительный блок, входы которого соединены с выходами первого и второго смесителей. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 2 ил.

Способ определения угловой скорости вращения объекта, стабилизированного вращением // 2577175

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения угловой скорости вращения объекта, стабилизированного вращением. Способ определения угловой скорости вращения объекта, стабилизированного вращением (ОСВ, заключается в том, что наблюдают изменение во времени физического параметра, функционально связанного с изменением углового положения ОСВ, определяют период вращения объекта, по которому вычисляют угловую скорость вращения объекта. Во время наблюдения изменения величины физического параметра фиксируют множество текущих значений выходного сигнала измерителя физических параметров на интервале времени порядка полутора периодов. На зафиксированном множестве строят функцию регрессии из условия достижения минимума среднеквадратического отклонения невязки между значениями функции регрессии и множеством зафиксированных значений наблюдаемого физического параметра. За период вращения ОСВ принимают период изменения функции регрессии. Технический результат - высокоточное определение угловой скорости вращения ОСВ при малом времени наблюдения, порядка полутора периодов. 1 табл.