Датчик положения ротора (варианты)



Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)

Владельцы патента RU 2689787:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "Роскосмос" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения ротора электродвигателей различных типов и других поворотных устройств. Техническим результатом является повышение массо-габаритных показателей и надежности. Датчик положения ротора выполнен без магнитопроводов статора и ротора. Обмотки статора и ротора выполнены на печатных платах, при этом угол поворота ротора определяется с повышенной точностью с помощью электронной схемы обработки. Датчик положения ротора преобразует угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора. На статоре и роторе датчика размещены обмотки, сдвинутые между собой в пространстве. При вращении ротора с обмотки ротора, концы которой выведены на устройства токосъема, получают напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора. Для обеспечения высокой стабильности сдвига фаз трехфазное напряжение для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером, обмотки статора и ротора выполнены печатным способом. Обмотка статора выполнена трехфазной, а обмотка ротора - в виде двух фаз, соединенных последовательно. Цифровое значение угла поворота ротора определяется с повышенной точностью при помощи электронной схемы обработки, построенной на основе компаратора и микроконтроллера. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к датчикам положения ротора, и может быть использовано для определения углового положения ротора электродвигателей различных типов и других поворотных устройств.

Известен датчик положения ротора высоковольтного синхронного электродвигателя (Патент на полезную модель РФ № 139890, МПК H02K 29/10) содержащий подвижный диск с прорезями и неподвижный измерительный блок, на котором с одной стороны подвижного диска размещены светоизлучатели, а с другой стороны - светоприемники, образующие оптопары, отличающийся тем, что светоизлучатели выполнены в лазерном исполнении и размещены друг от друга на расстоянии 120±n⋅360 электрических градуса, где n=0, 1, 2, 3..., причем оптопары расположены по линии окружности, а подвижный диск выполнен разъемным со ступицей с внутренним диаметром, равным диаметру вала электродвигателя или соединительной муфты агрегата.

Недостатком аналога является наличие в его конструкции светоизлучателей и светоприемников, вследствие чего вышеупомянутый датчик положения ротора высоковольтного синхронного электродвигателя чувствителен к запыленности и обладает низкой надежностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению являются вращающиеся (поворотные) трансформаторы - электрические машины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора θ в напряжение, пропорциональное этому углу θ или его функциям (sin θ, cos θ и др.) [Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины - М.: Высшая школа, 1981. - 432 с., стр. 212-224]. На статоре и роторе размещают по две одинаковые однофазные распределенные обмотки, сдвинутые между собой в пространстве на 90°, магнитопроводы статора и ротора изготавливают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Одну из обмоток статора (или обе) присоединяют к сети переменного тока. При вращении ротора с обмоток ротора, начала и концы которых выведены на контактные кольца или спиральные пружины токосъема, получают напряжение, пропорциональное углу θ, sin θ или cos θ.

Недостатком прототипа является наличие магнитопроводов статора и ротора, обуславливающих существенные габариты и массу вращающихся (поворотных) трансформаторов.

Целью настоящего изобретения является разработка датчика положения ротора, обладающего минимальными габаритами, массой и моментом инерции ротора, повышенной надежностью, а электронная схема обеспечивает высокую стабильность сдвига фаз напряжения статора.

Техническим результатом настоящего изобретения является датчик, выполненный без магнитопроводов статора и ротора, где обмотки статора и ротора выполнены на печатных платах, при этом угол поворота ротора определяется с повышенной точностью с помощью электронной схемы обработки.

В отличие от прототипа для обеспечения высокой стабильности сдвига фаз трехфазное напряжение для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером. Обмотки статора и ротора выполнены в виде печатных плат. Обмотка статора трехфазная, обмотка ротора выполнена в виде двух фаз, соединенных последовательно. Цифровое значение угла поворота ротора определяется с повышенной точностью при помощи электронной схемы обработки, построенной на основе компаратора и микроконтроллера. Угол поворота измеряется между моментом времени, когда напряжение на обмотке ротора становится положительным и моментом времени, когда микроконтроллер начинает формирование положительного полупериода напряжения фазы обмотки статора.

На фигурах показаны:

фиг. 1 - устройство статора (слева) и ротора (справа) датчика положения ротора (по вариантам 1 и 2),

фиг. 2 - структурная схема датчика положения ротора (по вариантам 1 и 2),

фиг. 3 - осциллограммы напряжения UA, UB, UC трехфазной обмотки статора и соответствующая им осциллограмма напряжения UDE обмотки ротора (по варианту 1),

фиг. 4 - осциллограммы напряжения UA, UB, UC трехфазной обмотки статора и соответствующая им осциллограмма напряжения UDE обмотки ротора (по варианту 2),

фиг. 5 - макет датчика положения ротора (по вариантам 1 и 2).

На статоре, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска 1, печатным способом нанесена трехфазная обмотка 2, у которой начала фаз обозначены буквами А, В, С, концы обозначены буквами x, у, z. На роторе, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска 3, печатным способом нанесена двухфазная обмотка 4, фазы которой соединены последовательно, а концы D и Е выведены на устройства токосъема, например, спиральные пружины. При этом диски статора 1 и ротора 3 расположены вблизи друг друга так, чтобы обеспечить наилучшую индуктивную связь обмоток статора и ротора. Цифровое значение угла ϕ поворота ротора определяется при помощи напряжения на обмотке ротора и электронной схемы обработки с повышенной точностью. Трехфазное напряжение 5 для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером 6, что обеспечивает высокую стабильность сдвига напряжений фаз. Если подать на обмотку статора 2, соединенную в звезду, трехфазное напряжение 5, начальная фаза напряжения 7, снимаемого с ротора, будет пропорциональна углу ϕ его поворота. При необходимости напряжение ротора может усиливаться и фильтроваться электронной схемой обработки.

Существует два варианта взаимного расположения осциллограмм UA и UDE:

1) UA отстает от UDE (фиг. 3),

2) UA опережает от UDE (фиг. 4).

В соответствии с этим существует два варианта определения угла ϕ.

Принцип работы датчика положения ротора по варианту 1 заключается в следующем. Угол ϕ определяется, измерив интервал времени отсчитываемый от пересечения нуля в положительном направлении напряжением 7 UDE на роторной обмотке до пересечения нуля в положительном направлении напряжением одной из фаз, например, UA. Для этого снимаемое с обмотки DE ротора напряжение 7 подается на компаратор 8, отрицательный (опорный) вход которого подключен к точке D обмотки ротора. Компаратор устанавливает выход в состояние логической единицы, как только напряжение 7 на обмотке ротора DE становится положительным. Выход компаратора подключен к входу микроконтроллера 6. Таймер микроконтроллера 6 начинает отсчет импульсов от поступления на вход логической единицы, т.е. от начала формирования положительного полупериода UDE, и прекращает отсчет импульсов при начале формирования микроконтроллером 6 положительного полупериода напряжения UA. Число импульсов, полученное на выходе таймера микроконтроллера 6, пропорционально угловому положению ротора ϕ.

Принцип работы датчика положения ротора по варианту 2 заключается в следующем. Угол ϕ определяют, измерив интервал времени отсчитываемый от пересечения нуля в положительном направлении напряжением одной из фаз, например, UA, до пересечения нуля в положительном направлении напряжением 7 UDE на роторной обмотке. Для этого таймер микроконтроллера 6 начинает отсчет импульсов от начала формирования микроконтроллером 6 положительного полупериода напряжения UA. Снимаемое с обмотки DE ротора напряжение 7 подается на компаратор 8, отрицательный (опорный) вход которого подключен к точке D обмотки ротора. Компаратор устанавливает выход в состояние логической единицы, как только напряжение 7 на обмотке ротора DE становится положительным. Выход компаратора подключен к входу микроконтроллера 6. При поступлении на вход микроконтроллера 6 логической единицы его таймер прекращает отсчет импульсов. Число импульсов, полученное на выходе таймера микроконтроллера 6, пропорционально угловому положению ротора ϕ.

Связь числа импульсов, полученных на выходе таймера микроконтроллера 6, с реальным углом поворота ротора ϕ определяют экспериментальным путем при тарировании датчика поворота ротора по вариантам 1 и 2.

Датчик положения ротора по вариантам 1 и 2 передает информацию об угле поворота ϕ после преобразования ее в десятичный формат по цифровому интерфейсу 9 на индикатор или систему сбора данных.

1. Датчик положения ротора (вариант 1), преобразующий угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора, на статоре и роторе которого размещены обмотки, сдвинутые между собой в пространстве, при вращении ротора с обмотки ротора, концы которой выведены на устройства токосъема, получают напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора, отличающийся тем, что на статоре, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска, печатным способом нанесена трехфазная обмотка, на роторе, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска, печатным способом нанесена двухфазная обмотка, фазы которой соединены последовательно, цифровое значение угла поворота ротора определяется электронной схемой, построенной на основе компаратора и микроконтроллера, таймер микроконтроллера начинает отсчет импульсов от поступления на вход компаратора логической единицы, когда напряжение на обмотке ротора становится положительным и прекращает отсчет импульсов при начале генерирования положительного полупериода напряжения фазы А обмотки статора, число импульсов, подученное на выходе таймера микроконтроллера, пропорционально угловому положению ротора.

2. Датчик положения ротора по п. 1, отличающийся тем, что устройствами токосъема являются спиральные пружины.

3. Датчик положения ротора по п. 1, отличающийся тем, что напряжение, снимаемое с обмотки ротора пропорционально гармонической функции угла его поворота.

4. Датчик положения ротора по п. 1, отличающийся тем, что микроконтроллер начинает формирование положительного полупериода напряжения фазы А.

5. Датчик положения ротора по п. 1, отличающийся тем, что информацию об угле поворота ротора передают по цифровому интерфейсу на индикатор.

6. Датчик положения ротора по п. 1, отличающийся тем, что информацию об угле поворота передают по цифровому интерфейсу на систему сбора данных.

7. Датчик положения ротора (вариант 2), преобразующий угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора, на статоре и роторе которого размещены обмотки, сдвинутые между собой в пространстве, при вращении ротора с обмотки ротора, концы которой выведены на устройства токосъема, получают напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора, отличающийся тем, что на статоре, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска, печатным способом нанесена трехфазная обмотка, на роторе, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска, печатным способом нанесена двухфазная обмотка, фазы которой соединены последовательно, цифровое значение угла поворота ротора определяется электронной схемой, построенной на основе компаратора и микроконтроллера, при этом угол поворота отсчитывается от момента времени, когда микроконтроллер начинает формирование положительного полупериода напряжения фазы обмотки статора до момента времени, когда напряжение на обмотке ротора становится положительным.

8. Датчик положения ротора по п. 7, отличающийся тем, что устройствами токосъема являются спиральные пружины.

9. Датчик положения ротора по п. 7, отличающийся тем, что напряжение, снимаемое с обмотки ротора пропорционально гармонической функции угла его поворота.

10. Датчик положения ротора по п. 7, отличающийся тем, что микроконтроллер начинает формирование положительного полупериода напряжения фазы А.

11. Датчик положения ротора по п. 7, отличающийся тем, что информацию об угле поворота ротора передают по цифровому интерфейсу на индикатор.

12. Датчик положения ротора по п. 7, отличающийся тем, что информацию об угле поворота передают по цифровому интерфейсу на систему сбора данных.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления синхронными двигателями переменного тока. Техническим результатом является повышение кпд.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления реактивной электрической машиной без демпферной клетки. Способ определения частоты (f) ротора и/или угла (ϕ) ротора реактивной электрической машины (2), которая имеет статор со статорной обмоткой (10) и ротор с магнитно анизотропным роторным пакетом, осуществляют посредством приложения временной последовательности импульсов напряжения (Uk) к статорной обмотке (10), определения ответной последовательности импульсов протекающего в статорной обмотке (10) электрического тока (Ik), который возникает вследствие импульсов напряжения (Uk) и последовательно наводимого потока (Φk) вследствие магнитно анизотропного роторного пакета, при этом определение частоты (f) ротора и/или угла (ϕ) ротора осуществляют на основе измеряемой ответной последовательности импульсов электрического тока (Ik) с помощью оценочного блока (3).
Изобретение относится к ручному бытовому электрическому прибору. Технический результат заключается в создании ручного бытового прибора с более точной активизацией электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах управления положением двигателя. Техническим результатом является повышение точности обнаружения положения.

Изобретение относится к области управления транспортным средством на электротяге. Транспортное средство выполняет первое ШИМ регулирование для генерирования первого ШИМ-сигнала для множества переключающих элементов, чтобы переключать множество переключающих элементов путем сравнения команд напряжения фаз на основе команды управления крутящим моментом с напряжением несущей частоты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в исполнительных системах различных механизмов на базе бесконтактных электродвигателей постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих системах регулирования. Техническим результатом является повышение плавности вращения платформы (и нагрузки) и расширение полосы пропускания привода.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах. Техническим результатом является повышение плавности вращения нагрузки и расширение полосы пропускания электропривода.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в управляемых электрических двигателях, в частности для формирования управляющих сигналов в системе с двухфазным вентильным двигателем.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах. Технический результат заключается в улучшении технических характеристик исполнительного агрегата и привода в целом, а именно в повышении момента двигателя и крутизны генератора; компенсации четных гармоник в токе статора двигателя, в выходном напряжении генератора и в выходных сигналах датчика положения; улучшении формы тока в двигателе; снижении пульсации момента двигателя и выходного напряжения датчика скорости, а также в уменьшении взаимоиндуктивной связи обмоток двигателя и генератора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах. Технический результат заключается в улучшении технических характеристик исполнительного агрегата и привода в целом, а именно в повышении момента двигателя и крутизны генератора; компенсации четных гармоник в токе статора двигателя, в выходном напряжении генератора и в выходных сигналах датчика положения; улучшении формы тока в двигателе; снижении пульсации момента двигателя и выходного напряжения датчика скорости, а также в уменьшении взаимоиндуктивной связи обмоток двигателя и генератора.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении монтажа ротора, в частности, посредством посадки с натягом, причем должна быть придана достаточная устойчивость.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам управления электродвигателем. Устройство приведения в действие электродвигателя содержит ротор, первое ярмо статора с первой магнитной частью и катушкой возбуждения, второе ярмо статора со второй магнитной частью и катушкой возбуждения, узел обнаружения с четырьмя обнаруживающими элементами для обнаружения положений ротора и контроллер управления переключением катушек возбуждения магнитных частей электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам постоянного тока и предназначено для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока высокого качества, а также для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращения с регулируемой частотой вращения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в стеклоочистителе. Технический результат - уменьшение габаритов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводных и генераторных установках. Техническим результатом является повышение эффективности электромеханического преобразования энергии в вентильно-индукторной электрической машине за счет снижения магнитных потерь в магнитопроводе.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для настройки вентильных электродвигателей. Техническим результатом является обеспечение угловой стабильности момента двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многопоточной бесступенчатой электромеханической трансмиссии. Технический результат заключается в создании электрической машины с принудительным жидкостным охлаждением, обладающей высокими энергетическими показателями, с низким уровнем шума.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве подвеса ротора электрических машин. Технический результат: повышение срока службы, энергоэффективности системы.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Предлагаемый аксиальный бесконтактный двигатель-генератор содержит корпус и ротор, на котором установлены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальные вращающиеся магнитопроводы возбудителя и основного генератора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к микромашинам типа сельсинов. Технический результат - повышение точности синхронной передачи поступательного движения контролируемого объекта, с получением высокоточного выходного управляющего сигнала в более широком диапазоне линейных перемещений контролируемого объекта.

Изобретение относится к области электротехники и измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения ротора электродвигателей различных типов и других поворотных устройств. Техническим результатом является повышение массо-габаритных показателей и надежности. Датчик положения ротора выполнен без магнитопроводов статора и ротора. Обмотки статора и ротора выполнены на печатных платах, при этом угол поворота ротора определяется с повышенной точностью с помощью электронной схемы обработки. Датчик положения ротора преобразует угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора. На статоре и роторе датчика размещены обмотки, сдвинутые между собой в пространстве. При вращении ротора с обмотки ротора, концы которой выведены на устройства токосъема, получают напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора. Для обеспечения высокой стабильности сдвига фаз трехфазное напряжение для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером, обмотки статора и ротора выполнены печатным способом. Обмотка статора выполнена трехфазной, а обмотка ротора - в виде двух фаз, соединенных последовательно. Цифровое значение угла поворота ротора определяется с повышенной точностью при помощи электронной схемы обработки, построенной на основе компаратора и микроконтроллера. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх