close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2525

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2525
(13)
C1
6
(51) H 02K 29/08,
(12)
G 01R 33/07
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ЯКОРЯ ПЛАНАРНОГО ШАГОВОГО
ДВИГАТЕЛЯ
(21) Номер заявки: 960176
(22) 16.04.1996
(46) 30.12.1998
(71) Заявитель: Трусов Н.К. (BY)
(72) Автор: Трусов Н.К. (BY)
(73) Патентообладатель: Общество
с
ограниченной
ответственностью "Рухсистем" (BY)
(57)
Датчик положения якоря планарного шагового двигателя, содержащий два П-образных магнитопровода,
шунтированных постоянным магнитом, при этом расстояния между сердечниками магнитопроводов удовлетворяют соотношениям
r1 = r2 = τz(р±1/2),
r12 = τz(q±l/4),
где r1, r2 - расстояние между сердечниками одного магнитопровода;
r12 - расстояние между вторым сердечником первого магнитопровода и первым сердечником второго
магнитопровода;
τz - период зубцов индуктора планарного шагового двигателя;
р, q - целые числа,
отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены из трех частей, между которыми установлены преобразователи Холла, а полюса сердечников магнитопроводов имеют группы зубцов, расположенных с периодом, отличающимся от периода зубцов индуктора планарного шагового двигателя на величину
τ
∆τ z = ± i z ,
3N
где ∆τ z - величина, на которую период зубцов на полюсах сердечников магнитопроводов
отличается от периода зубцов индуктора планарного шагового двигателя;
i=l,2,...,(N-l),N≥2;
N - количество зубцов в группе на полюсе сердечника магнитопровода.
(56)
1. Д.А.Бут. Бесконтактные электрические машины. -М: Высшая школа, 1990. -С.240-241.
2. Патент США № 3836835, МПК G05B 19/40, 1974 (прототип).
Фиг. 1
BY 2525 C1
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, используемым в планарном шаговом двигателе, и предназначено для выработки Sin и Cos электрических сигналов, однозначно определяющих положение
якоря относительно зубцовой структуры индуктора двигателя.
Известна конструкция фотоэлектрического датчика положения якоря двигателя [1]. Недостаток такого
датчика и других подобных - невозможность его использования в планарном шаговом двигателе при большом ходе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является индукционный тахометр
[2], состоящий из двух П-образных магнитопроводов, между которыми расположен постоянный магнит. На
сердечниках магнитопроводов расположены измерительные обмотки. Координаты расположения сердечников
магнитопроводов удовлетворяют уравнениям:
X1 = ατz;
X2 = βτz + τz/2;
X′1 = =γτz + τz /4;
X′2 = θτz + 3/4τz;
Здесь α, β, γ, θ - целые числа;
X1, Х2, X′1, X′2 - соответственно координаты расположения сердечников первого и второго магнитопроводов.
Недостаток использования такого тахометра в качестве датчика положения заключается в том, что выходной сигнал тахометра зависит как от положения, так и скорости движения. Кроме тока его выходной сигнал
имеет значительный коэффициент нелинейных искажений. Все это приводит к потере точности регистрации
положения якоря планарного шагового двигателя.
Предполагаемое изобретение решает задачу повышения точности определения датчиком положения якоря планарного шагового двигателя относительно индуктора.
Поставленная задача решается тем, что в датчике положения якоря планарного шагового двигателя, состоящем из двух П-образных магнитопроводов, шунтированных постоянным магнитом, причем расстояние между
сердечниками магнитопроводов удовлетворяют соотношениям
r1 = r2 = τz(p±1/2),
τ12 = τz(q±1/4),
где r1, г2 - расстояние между сердечниками одного магнитопровода;
r12 - расстояние между вторым сердечником первого магнитопровода и первым сердечником второго
магнитопровода;
τz - период зубцов индуктора планарного шагового двигателя;
p, q - целые числа.
Магнитопроводы выполнены из трех частей, между которыми установлены преобразователи Холла, а полюса сердечников магнитопроводов имеют группы зубцов, расположенных с периодом, отличающимся от периода зубцов индуктора планарного шагового двигателя на величину
∆τz = ±iτz/3N,
где ∆τz - величина, на которую период зубцов на полюсах сердечников магнитопроводов отличается от периода зубцов индуктора планарного шагового двигателя;
i = 1, 2,... (N-1), N ≥ 2;
N - количество зубцов в группе на полюсе сердечника магнитопровода.
На фиг. 1 представлена принципиальная конструкция датчика положения планарного шагового двигателя; на фиг. 2 - эквивалентная схема замещения датчика.
Датчик положения планарного шагового двигателя выполнен из двух П-образных магнитопроводов, состоящих из трех частей, с соответственно сердечниками 1, 2 и 1′, 2′. На полюсах сердечников 1, 2 и 1′, 2′
имеются группы зубцов, длина которых (перпендикулярно плоскости фиг.1) кратна τz. В воздушных зазорах
сердечников магнитопроводов расположены преобразователи 3 Холла. Датчик содержит также два последовательно включенных постоянных магнита 4, магнитный поток которых замыкается через ярмо 5.
Работа предлагаемого датчика заключается в следующем. На якоре планарного шагового двигателя закрепляют два идентичных датчика положения, ориентированных вдоль осей ОХ и OY. Так как преобразователь Холла является генераторным преобразователем, то амплитуда э.д.с. Холла определяется величиной
магнитной индукции, а не скоростью ее изменения во времени. Поэтому информационный сигнал предлагаемого датчика зависит только от его положения относительно индуктора шагового двигателя и не зависит
от скорости его перемещения. Уменьшение коэффициента нелинейных искажений поясним следующим. Режим работы сердечников магнитопроводов выбирается так, что нелинейностью материала магнитопроводов
2
BY 2525 C1
можно пренебречь. Основным фактором тогда, определяющим коэффициент нелинейных искажений, является нелинейность магнитной проводимости зубцовой структуры датчик-индуктор планарного шагового
двигателя.
Пусть
R1 = R0 + R′mCosX0 + R′′mCos2X0 + R′′′mCos3X0,
R2 = R0 - R′mCosX0 - R′′mCos2X0 - R′′′mCos3X0.
Тогда
R1’ = R0 - R′mSinX0 - R′′mCos2X0 + R′′′mSin3X0,
R2’ = R0 + R′mSinX0 - R′′mCos2X0 - R′′′mSin3X0.
Здесь R1, R2, R1’, R2’ - ñîîòветственно магнитные сопротивления воздушного зазора между полюсами сердечников
1, 2, 1′, 2′ магнитопроводов датчика и индуктором планарного шагового двигателя;
R0, R′m, R′′m, R′′′m - соответственно амплитуды нулевой, первой, второй и третьей гармоник магнитного
сопротивления.
X0 = 2πX/τz.
Тогда (см. эквивалентную схему замещения, фиг.2) суммарный магнитный поток, развиваемый постоянным магнитом равен (т.к. Rв >> R1, R2, R1’, R2’):
Ôm = Fm ⋅ 1/(Rm + Rв).
Здесь
Fm - м.д.с. постоянного магнита;
Rm - внутреннее магнитное сопротивление магнита;
Rв - магнитное сопротивление воздушных зазоров, в которых расположены преобразователи Холла.
В свою очередь
Ф1 = Фm ⋅ (Rв + R2)/2Rв,
Ф2 = Фm ⋅ (Rв + R1)/2Rв,
Ф1’ = Фm ⋅ (Rв + R2′)/2Rв,
Ф2’ = Фm ⋅ (Rв + R1′)/2Rв,
Где Ф1, Ф2, Ф1′,Ф2′ - соответственно магнитные потоки через полюса сердечников 1, 2 и 1′, 2′ первого и
второго магнитопроводов датчика. Поскольку амплитуда э.д.с. Холла еx = кФ, то е1 = кФ1; е2 = кФ2; е1’ =
кФ′1; е2’ = кФ′2; к = const. Информационными сигналами являются:
eΣ1 = e2 - e1 = кФm ⋅ (R1 - R2)/2Rв = кФm(R′mCosX0 + R′′′mCos3X0)/Rв,
(1)
eΣ2 = e2’ - e1’ = кФm(R′mSinX0 - R′′′mSin3X0)/Rв.
(2)
Как видно из выражений (1), (2) основной вклад в коэффициент нелинейных искажений вносит третья
гармоника. Для устранения (уменьшения) амплитуды третьей гармоники, воспользуемся тем, что магнитные
проводимости каждого отдельного зубца в группе на полюсе каждого сердечника суммируются. Тогда суммарная амплитуда третьей гармоники магнитной проводимости λ′′′m группы зубцов при их сдвиге на величину ∆τz
равна
λ′′′m = λ′′′mN{Cos[3⋅2πX/τz] + Cos[3 ⋅2π/τz(x±∆τz)] + Cos[3 ⋅2π/τz(x±2∆τz)] +... + Cos[3 ⋅ 2π/τz (x±(N-1)τz)]} =
(3)
λ′′′mN{Cos[3⋅2π/τz(x±((N-1)/2) ∆τz]Sin N ⋅ 3π∆τz/τz)}/Sin3 ⋅ π∆τz/τz}
Здесь λ′′′mN - амплитуда третьей гармоники магнитной проводимости каждого отдельного (N-го) зубца
на полюсе сердечника.
Для зубца, сдвинутого на 0,25 τz будет справедливо:
λ′′′m = λ′′′mN{Sin[3⋅2πX/τz] + Sin[3 ⋅2π/τz(x±∆τz)] + Sin[3 ⋅2π/τz(x±2∆τz)] +... + Sin[3 ⋅ 2π/τz (x±(N-1) ∆τz)]} =
(4)
λ′′′mN{Sin[3⋅2π/τz(x±((N-1)/2) ∆τz]Sin N ⋅ 3π∆τz/τz)}Sin3 ⋅ π∆τz/τz}
Из выражений (3) и (4) следует, что при
(5)
Sin N ⋅ 3π∆τz/τz = 0,
амплитуда третьей гармоники магнитной проводимости зубцов полюса сердечников равна нулю.
Из формулы (5) получаем
N 3π∆τz/τz = ± πi, или
∆τz = ± i τz /3N, i = 1,2,...(N-l).
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность определения положения якоря
планарного шагового двигателя потому что, во-первых, его информационный сигнал не зависит от скорости
перемещения, а во-вторых, имеет значительно меньший коэффициент нелинейных искажений. Датчик положения якоря планарного шагового двигателя вдоль оси OY работает аналогично рассмотренному датчику но
оси ОХ.
3
BY 2525 C1
Фиг. 2
Cоставитель С.В. Лазарчук
Редактор Т.А. Лущаковская
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
126 Кб
Теги
by2525, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа