RU175874U1 - SHAFT POSITION SENSOR - Google Patents
SHAFT POSITION SENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU175874U1 RU175874U1 RU2016151862U RU2016151862U RU175874U1 RU 175874 U1 RU175874 U1 RU 175874U1 RU 2016151862 U RU2016151862 U RU 2016151862U RU 2016151862 U RU2016151862 U RU 2016151862U RU 175874 U1 RU175874 U1 RU 175874U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- rotor
- position sensor
- board
- sensor
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 101100345589 Mus musculus Mical1 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к элементам систем автоматического управления и представляет собой датчик для непрерывного определения положения вала в диапазоне 360°. Датчик положения вала может быть использован в системах управления синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, работающих в режимах малых скоростей и применяемых для управления подвижными конструктивными элементами грузоподъемных машин.The invention relates to elements of automatic control systems and is a sensor for continuous determination of the position of the shaft in the range of 360 °. The shaft position sensor can be used in control systems of permanent magnet synchronous motors operating in low speed modes and used to control the moving structural elements of hoisting machines.
Полезная модель направлена на упрощение конструктивного исполнения датчика положения вала, технологии его сборки и установки, повышение точности определения положения вала.The utility model is aimed at simplifying the design of the shaft position sensor, the technology of its assembly and installation, improving the accuracy of determining the position of the shaft.
Указанная цель достигается тем, что датчик положения вала содержит, по меньшей мере, два электрических преобразователя с линейной выходной характеристикой, разнесенных на определенное расстояние по отношению друг к другу, дополнительно на электронной плате размещены два аналоговых датчика Холла, программируемый микроконтроллер, схема согласования уровней и схема преобразователя напряжения. При этом датчики Холла расположены на расстоянии от 3,5 до 20 мм друг от друга, а плата установлена ортогонально оси вращения вала ротора на расстоянии от 2 до 10 мм от торца барабана ротора. Плата встраивается непосредственно в корпус синхронного электродвигателя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель относится к элементам систем автоматического управления и представляет собой датчик для непрерывного определения положения вала в диапазоне 360°. Датчик положения вала может быть использован в системах управления синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, работающих в режимах малых скоростей и применяемых для управления подвижными конструктивными элементами грузоподъемных машин.The invention relates to elements of automatic control systems and is a sensor for continuous determination of the position of the shaft in the range of 360 °. The shaft position sensor can be used in control systems of permanent magnet synchronous motors operating in low speed modes and used to control the moving structural elements of hoisting machines.
Известна конструкция управляемого привода лифта (патент РФ на полезную модель №48179 дата публикации 27.09.2005 г.), содержащего электродвигатель, блок управления лифтом, датчик положения ротора электродвигателя, ротор и статор которого жестко соединены с ротором и статором электродвигателя, управляющий инвертор, выход которого соединен с обмотками статора электродвигателя, первый управляющий вход подключен к выходу датчика положения ротора, а второй управляющий вход - к выходу блока управления лифтом, при этом электродвигатель выполнен синхронным и имеет 12 пар полюсов, ротор электродвигателя изготовлен из редкоземельного магнитного сплава и состоит из постоянных магнитов с индукцией 1,4-1,9 Тл, воздушный зазор между статором и активной областью ротора электродвигателя составляет 0,8-1,0 мм.A known design of a controlled elevator drive (RF patent for utility model No. 48179 published on September 27, 2005), comprising an electric motor, an elevator control unit, an electric motor rotor position sensor, the rotor and stator of which is rigidly connected to the electric motor rotor and stator, a control inverter, an output which is connected to the stator windings of the electric motor, the first control input is connected to the output of the rotor position sensor, and the second control input is connected to the output of the elevator control unit, while the electric motor is made it has 12 pairs of poles, the rotor of the electric motor is made of rare-earth magnetic alloy and consists of permanent magnets with an induction of 1.4-1.9 T, the air gap between the stator and the active region of the electric motor rotor is 0.8-1.0 mm.
Недостатком описанной конструкции являются увеличенные массогабаритные характеристики и низкий коэффициент полезного действия, связанный с механическими потерями.The disadvantage of the design described is the increased weight and size characteristics and low efficiency associated with mechanical losses.
Известна конструкция датчика угла поворота (патент РФ на полезную модель №152876 дата публикации 20.06.2015 г.), содержащего преобразователь угловых перемещений в электрический информационный сигнал, выполненный в виде абсолютного углового магнитного энкодера, питающую сеть, автономный источник питания, супервизор, первый вход которого подключен к питающей сети, и коммутатор, рабочие входы которого подключены к питающей сети и выходу автономного источника питания. Он снабжен микроконтроллером с запоминающим устройством и блоком операционных усилителей с низкоомными выходами, при этом магнитный энкодер выполнен на основе туннельного магниторезистивного эффекта, а микроконтроллер - с возможностью перехода в режим микропотребления при снижении значения напряжения питающей сети ниже допустимого значения, входы питания микроконтроллера, блока операционных усилителей и второй вход супервизора подключены к выходу коммутатора, а вход питания магнитного энкодера - к питающему выходу микроконтроллера, информационные выходы магнитного энкодера подключены к соответствующим входам блока операционных усилителей, информационные входы микроконтроллера подключены к низкоомным выходам блока операционных усилителей, управляющий вход - к сигнальному выходу супервизора, а выход - к линии связи датчика с регистрирующим прибором непосредственно или через согласующее устройство. Кроме того, микроконтроллер выполнен с возможностью формирования импульсного питания магнитного энкодера, запоминания адреса датчика, присваиваемого с помощью внешнего устройства по линии связи с регистрирующим прибором, установки выходного сигнала датчика в заданное значение при определенном фиксированном положении вала магнитного энкодера и с возможностью изменения направления отсчета относительно начала координат, формирования цифрового информационного сигнала для передачи в регистрирующий прибор как сигнал тревоги при снижении напряжения автономного источника питания ниже допустимого значения. Датчик дополнительно снабжен элементами для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи датчика с регистрирующим прибором.A known design of the rotation angle sensor (RF patent for utility model No. 152876, publication date 06/20/2015), containing the converter of angular displacements into an electric information signal made in the form of an absolute angular magnetic encoder, mains supply, autonomous power supply, supervisor, first input which is connected to the mains, and a switch, the working inputs of which are connected to the mains and the output of an autonomous power source. It is equipped with a microcontroller with a storage device and a block of operational amplifiers with low-impedance outputs, while the magnetic encoder is made on the basis of the tunnel magnetoresistive effect, and the microcontroller is capable of switching to microconsumption when the voltage of the mains voltage is lower than the permissible value, the power inputs of the microcontroller, operating unit amplifiers and the second input of the supervisor are connected to the output of the switch, and the power input of the magnetic encoder to the power output of the microcontroller , Information of the magnetic encoder outputs connected to respective inputs of the operational amplifiers unit, data inputs connected to the microcontroller unit outputs a low-impedance operational amplifiers, a control input - to the signal output of the supervisor, and an output - to a line sensor due to the recording device, either directly or through a matching device. In addition, the microcontroller is configured to generate pulsed power to the magnetic encoder, memorize the address of the sensor assigned using an external device via a communication line with a recording device, set the output signal of the sensor to a predetermined value at a certain fixed position of the shaft of the magnetic encoder and with the possibility of changing the reference direction relative to the origin, the formation of a digital information signal for transmission to the recording device as an alarm when lowering voltage of an autonomous power source is below the permissible value. The sensor is additionally equipped with elements for protection against reverse voltage, overvoltage, output short circuit and impulse noise along the power supply circuit and the sensor communication line with the recording device.
Недостатком описанной конструкции является сложность конструктивного исполнения датчика угла поворота и низкая точность определения положения вала.The disadvantage of this design is the complexity of the design of the angle sensor and the low accuracy of determining the position of the shaft.
Наиболее близкой, выбранной в качестве прототипа, является конструкция датчика углового положения (патент РФ на полезную модель №2540455 дата публикации 20.01.2014 г.), содержащего статор, ротор, соединяемый с валом. На статоре или роторе расположены постоянные магниты чередующейся полярности. Также датчик содержит магнитный контур для канализирования магнитной индукции, создаваемой магнитами, с обеспечением ее пропорциональности синусоидальной функции углового положения ротора. Магнитный контур представляет собой зубцовый контур и содержит по меньшей мере один измерительный модуль, содержащий три зубца на каждую пару магнитов, причем каждый из зубцов модуля содержит зазор, в котором размещен преобразователь. Датчик содержит, по меньшей мере, два электрических преобразователя с линейной выходной характеристикой, разнесенные по отношению один к другому на угол и расположенные в зазорах, предусмотренных в указанном контуре.The closest one selected as a prototype is the design of the angular position sensor (RF patent for utility model No. 2540455 published on 01/20/2014) containing a stator, a rotor connected to the shaft. Permanent magnets of alternating polarity are located on the stator or rotor. The sensor also contains a magnetic circuit for channeling the magnetic induction created by the magnets, ensuring its proportionality to the sinusoidal function of the angular position of the rotor. The magnetic circuit is a tooth circuit and contains at least one measuring module containing three teeth for each pair of magnets, each of the teeth of the module containing a gap in which the transducer is located. The sensor contains at least two electrical transducers with a linear output characteristic, spaced apart from each other by an angle and located in the gaps provided in the specified circuit.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции, повышенные масса и габаритные размеры датчика, а также необходимость механического крепления ротора и статора двигателя с ротором и статором датчика углового положения соответственно.The disadvantages of the prototype are the design complexity, increased weight and overall dimensions of the sensor, as well as the need for mechanical fastening of the rotor and stator of the motor with the rotor and stator of the angle sensor, respectively.
Задачей полезной модели является упрощение конструктивного исполнения датчика положения вала, технологии его сборки и установки, повышение точности определения положения вала.The objective of the utility model is to simplify the design of the shaft position sensor, its assembly and installation technology, and increase the accuracy of determining the shaft position.
Технический результат достигается тем, что датчик положения вала содержит, по меньшей мере, два электрических преобразователя с линейной выходной характеристикой, разнесенных на определенное расстояние по отношению друг к другу. Для определения углового положения вала использует магнитную индукцию от постоянных магнитов барабана ротора синхронного электродвигателя. При этом датчики Холла расположены на расстоянии от 3,5 до 20 мм друг от друга, а плата установлена ортогонально оси вращения вала ротора на расстоянии от 2 до 10 мм от торца барабана ротора. Плата встраивается непосредственно в корпус синхронного электродвигателя, а программируемый микроконтроллер расположен на плате.The technical result is achieved in that the shaft position sensor contains at least two electrical transducers with a linear output characteristic spaced a certain distance relative to each other. To determine the angular position of the shaft, it uses magnetic induction from the permanent magnets of the rotor drum of a synchronous electric motor. Moreover, the Hall sensors are located at a distance of 3.5 to 20 mm from each other, and the board is installed orthogonal to the axis of rotation of the rotor shaft at a distance of 2 to 10 mm from the end of the rotor drum. The board is built directly into the synchronous motor housing, and the programmable microcontroller is located on the board.
Положительный эффект достигается тем, что датчик положения вала выполнен в виде электронной платы и размещается внутри синхронного электродвигателя, при этом используются постоянные магниты ротора электродвигателя. Такое конструктивное решение позволяет осуществить индикацию положения вала электродвигателя, не изменяя его габаритных размеров, нет необходимости крепления датчика на валу электродвигателя. Применение двух датчиков Холла и микроконтроллера, размещенных на плате, позволило существенно повысить точность измерения и удобство обработки результатов измерения.A positive effect is achieved by the fact that the shaft position sensor is made in the form of an electronic board and is placed inside a synchronous electric motor, using permanent magnets of the rotor of the electric motor. Such a constructive solution allows indicating the position of the motor shaft without changing its overall dimensions; there is no need to mount the sensor on the motor shaft. The use of two Hall sensors and a microcontroller located on the board made it possible to significantly increase the measurement accuracy and the convenience of processing the measurement results.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен датчик положения вала в синхронном электродвигателе, на фиг. 2 - функциональная схема датчика положения вала, на фиг. 3 - график электрических аналоговых сигналов от датчиков Холла.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a shaft position sensor in a synchronous motor, FIG. 2 is a functional diagram of a shaft position sensor; FIG. 3 is a graph of electrical analog signals from Hall sensors.
Датчик положения вала 1 состоит из платы 2, имеющей форму полукольца, и интерфейсного кабеля 3. На плате 2 размешены два аналоговых датчика Холла 4, программируемый микроконтроллер 5, схема согласования уровней 6 и схема преобразователя напряжения 7. Датчики Холла 4 расположены на расстоянии от 3,5 до 20 мм друг от друга и передают электрические сигналы на программируемый микроконтроллер 5. Плата 2 расположена непосредственно в синхронном электродвигателе 8 под крышкой 9, огибая внешний радиус стакана 10, в котором установлен подшипник 11. Плата 2 установлена ортогонально оси вращения вала 12 ротора на расстоянии 2-10 мм от торца барабана 13 ротора, включающего не менее одной пары редкоземельных магнитов 14. Программируемый микроконтроллер 5 преобразует полученные электрические аналоговые сигналы от датчиков Холла 4 в значение угла поворота пары редкоземельных магнитов 14 относительно оси датчиков Холла 4 и передает информационный сигнал через схему согласования уровней 6 в блок управления 15 синхронного электродвигателя 8. Преобразователь напряжения 7 предназначен для питания всей электрической схемы. В схему преобразователя напряжения включены диоды 16, которые предназначены для защиты электрической схемы от подачи обратного напряжения.The
Рассмотрим работу датчика положения вала на примере синхронного электродвигателя ДС-56 (ООО «Сарапульский электрогенераторный завод»). Для реализации векторного управления и прикладных задач электропривода необходимо непрерывно определять текущее положение вала 12 ротора синхронного электродвигателя 8 относительно статора (на фиг. не обозначено). Барабан 13 ротора синхронного электродвигателя 8 содержит восемь пар постоянных редкоземельных магнитов 14 или восемь условных секторов, которые должен обработать датчик положения вала 1 для определения поворота на 360°. Один условный сектор измерительной системы соответствует 360 электрическим градусам. Барабан 13 ротора с постоянными магнитами 14 вращается под ортогонально расположенными датчиками Холла 4. Два датчика Холла 4 измеряют величину магнитной индукции, создаваемой магнитами ротора 14, и передают полученные электрические аналоговые сигналы, пропорциональные наведенной величине индукции, в программируемый микроконтроллер 5. Программируемый микроконтроллер 5 обрабатывает полученные электрические аналоговые сигналы с помощью встроенного программного обеспечения и определяет текущее угловое положение пары магнитов 14 ротора относительно оси датчиков Холла 4. Так как для векторного управления синхронным электродвигателем 8 требуется точное отслеживание и поддержание угла между магнитным потоком, образуемым обмотками статора и магнитным потоком постоянных магнитов 14 ротора, программируемый микроконтроллер 5 делит 360 электрических градусов на 18 дискретов, для которых определяет текущее угловое положение вала 12 ротора значением от 1 до 18. Программируемый микроконтроллер 5 передает вычисленное значение угла между магнитным потоком, образуемым обмотками статора и магнитным потоком постоянных магнитов 14 ротора, в виде пакета данных через схему согласования уровней 6 последовательного интерфейса в блок управления. Частота передачи пакетов данных 3,2 кГц. Скорость передачи пакета 115200 бит/с. Блок управления использует полученные значения для поддержания постоянного угла опережения между вращающимся магнитным полем статора и магнитами 14 ротора с помощью управляемой коммутации питания на обмотки электродвигателя 8. Полученные значения угла между магнитным потоком, образуемым обмотками статора и магнитным потоком постоянных магнитов 14 ротора, также могут использоваться для других задач электропривода, где необходимо знать точный угол поворота вала синхронного электродвигателя 8. Один оборот вала 12 ротора синхронного электродвигателя 8 состоит из восьми условных секторов, в которых датчик положения вала определяет угол с точность 1/18. То есть за один оборот можно получить 144 значения положения вала 12 ротора. Соответственно точность определения угла положения вала 12 ротора датчиком положения вала 1 составляет 2,5°.ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛАLet us consider the operation of the shaft position sensor using the example of a DS-56 synchronous electric motor (LLC Sarapul Electric Generator Plant). To implement vector control and applied tasks of the electric drive, it is necessary to continuously determine the current position of the
Полезная модель относится к элементам систем автоматического управления и представляет собой датчик для непрерывного определения положения вала в диапазоне 360°. Датчик положения вала может быть использован в системах управления синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, работающими в режимах малых скоростей и применяемых для управления подвижными конструктивными элементами грузоподъемных машин.The invention relates to elements of automatic control systems and is a sensor for continuous determination of the position of the shaft in the range of 360 °. The shaft position sensor can be used in control systems of synchronous motors with permanent magnets, operating in low speed modes and used to control the moving structural elements of hoisting machines.
Известна конструкция управляемого привода лифта (патент РФ на полезную модель №48179 дата публикации 27.09.2005 г.), содержащего электродвигатель, блок управления лифтом, датчик положения ротора электродвигателя, ротор и статор которого жестко соединены с ротором и статором электродвигателя, управляющий инвертор, выход которого соединен с обмотками статора электродвигателя, первый управляющий вход подключен к выходу датчика положения ротора, а второй управляющий вход - к выходу блока управления лифтом, при этом электродвигатель выполнен синхронным и имеет 12 пар полюсов, ротор электродвигателя изготовлен из редкоземельного магнитного сплава и состоит из постоянных магнитов с индукцией 1,4-1,9 Тл, воздушный зазор между статором и активной областью ротора электродвигателя составляет 0,8-1,0 мм.A known design of a controlled elevator drive (RF patent for utility model No. 48179 published on September 27, 2005), comprising an electric motor, an elevator control unit, an electric motor rotor position sensor, the rotor and stator of which is rigidly connected to the electric motor rotor and stator, a control inverter, an output which is connected to the stator windings of the electric motor, the first control input is connected to the output of the rotor position sensor, and the second control input is connected to the output of the elevator control unit, while the electric motor is made it has 12 pairs of poles, the rotor of the electric motor is made of rare-earth magnetic alloy and consists of permanent magnets with an induction of 1.4-1.9 T, the air gap between the stator and the active region of the electric motor rotor is 0.8-1.0 mm.
Недостатком описанной конструкции являются увеличенные массогабаритные характеристики и низкий коэффициент полезного действия, связанный с механическими потерями.The disadvantage of the design described is the increased weight and size characteristics and low efficiency associated with mechanical losses.
Известна конструкция датчика угла поворота (патент РФ на полезную модель №152876 дата публикации 20.06.2015 г.), содержащего преобразователь угловых перемещений в электрический информационный сигнал, выполненный в виде абсолютного углового магнитного энкодера, питающую сеть, автономный источник питания, супервизор, первый вход которого подключен к питающей сети, и коммутатор, рабочие входы которого подключены к питающей сети и выходу автономного источника питания. Он снабжен микроконтроллером с запоминающим устройством и блоком операционных усилителей с низкоомными выходами, при этом магнитный энкодер выполнен на основе туннельного магниторезистивного эффекта, а микроконтроллер - с возможностью перехода в режим микропотребления при снижении значения напряжения питающей сети ниже допустимого значения, входы питания микроконтроллера, блока операционных усилителей и второй вход супервизора подключены к выходу коммутатора, а вход питания магнитного энкодера - к питающему выходу микроконтроллера, информационные выходы магнитного энкодера подключены к соответствующим входам блока операционных усилителей, информационные входы микроконтроллера подключены к низкоомным выходам блока операционных усилителей, управляющий вход - к сигнальному выходу супервизора, а выход - к линии связи датчика с регистрирующим прибором непосредственно или через согласующее устройство. Кроме того, микроконтроллер выполнен с возможностью формирования импульсного питания магнитного энкодера, запоминания адреса датчика, присваиваемого с помощью внешнего устройства по линии связи с регистрирующим прибором, установки выходного сигнала датчика в заданное значение при определенном фиксированном положении вала магнитного энкодера и с возможностью изменения направления отсчета относительно начала координат, формирования цифрового информационного сигнала для передачи в регистрирующий прибор как сигнал тревоги при снижении напряжения автономного источника питания ниже допустимого значения. Датчик дополнительно снабжен элементами для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи датчика с регистрирующим прибором.A known design of the rotation angle sensor (RF patent for utility model No. 152876, publication date 06/20/2015), containing the converter of angular displacements into an electric information signal made in the form of an absolute angular magnetic encoder, mains supply, autonomous power supply, supervisor, first input which is connected to the mains, and a switch, the working inputs of which are connected to the mains and the output of an autonomous power source. It is equipped with a microcontroller with a storage device and a block of operational amplifiers with low-impedance outputs, while the magnetic encoder is made on the basis of the tunnel magnetoresistive effect, and the microcontroller is capable of switching to microconsumption when the voltage of the mains voltage is lower than the permissible value, the power inputs of the microcontroller, operating unit amplifiers and the second input of the supervisor are connected to the output of the switch, and the power input of the magnetic encoder to the power output of the microcontroller , Information of the magnetic encoder outputs connected to respective inputs of the operational amplifiers unit, data inputs connected to the microcontroller unit outputs a low-impedance operational amplifiers, a control input - to the signal output of the supervisor, and an output - to a line sensor due to the recording device, either directly or through a matching device. In addition, the microcontroller is configured to generate pulsed power to the magnetic encoder, memorize the address of the sensor assigned using an external device via a communication line with a recording device, set the output signal of the sensor to a predetermined value at a certain fixed position of the shaft of the magnetic encoder and with the possibility of changing the reference direction relative to the origin, the formation of a digital information signal for transmission to the recording device as an alarm when lowering voltage of an autonomous power source is below the permissible value. The sensor is additionally equipped with elements for protection against reverse voltage, overvoltage, output short circuit and impulse noise along the power supply circuit and the sensor communication line with the recording device.
Недостатком описанной конструкции является сложность конструктивного исполнения датчика угла поворота и низкая точность определения положения вала.The disadvantage of this design is the complexity of the design of the angle sensor and the low accuracy of determining the position of the shaft.
Наиболее близкой, выбранной в качестве прототипа, является конструкция датчика углового положения (патент РФ на полезную модель №2540455 дата публикации 20.01.2014 г.), содержащего статор, ротор, соединяемый с валом. На статоре или роторе расположены постоянные магниты чередующейся полярности. Также датчик содержит магнитный контур для канализирования магнитной индукции, создаваемой магнитами, с обеспечением ее пропорциональности синусоидальной функции углового положения ротора. Магнитный контур представляет собой зубцовый контур и содержит по меньшей мере один измерительный модуль, содержащий три зубца на каждую пару магнитов, причем каждый из зубцов модуля содержит зазор, в котором размещен преобразователь. Датчик содержит, по меньшей мере, два электрических преобразователя с линейной выходной характеристикой, разнесенные по отношению один к другому на угол и расположенные в зазорах, предусмотренных в указанном контуре.The closest one selected as a prototype is the design of the angular position sensor (RF patent for utility model No. 2540455 published on 01/20/2014) containing a stator, a rotor connected to the shaft. Permanent magnets of alternating polarity are located on the stator or rotor. The sensor also contains a magnetic circuit for channeling the magnetic induction created by the magnets, ensuring its proportionality to the sinusoidal function of the angular position of the rotor. The magnetic circuit is a tooth circuit and contains at least one measuring module containing three teeth for each pair of magnets, each of the teeth of the module containing a gap in which the transducer is located. The sensor contains at least two electrical transducers with a linear output characteristic, spaced apart from each other by an angle and located in the gaps provided in the specified circuit.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции, повышенные масса и габаритные размеры датчика, а также необходимость механического крепления ротора и статора двигателя с ротором и статором датчика углового положения соответственно.The disadvantages of the prototype are the design complexity, increased weight and overall dimensions of the sensor, as well as the need for mechanical fastening of the rotor and stator of the motor with the rotor and stator of the angle sensor, respectively.
Задачей полезной модели является упрощение конструктивного исполнения датчика положения вала, технологии его сборки и установки, повышение точности определения положения вала.The objective of the utility model is to simplify the design of the shaft position sensor, its assembly and installation technology, and increase the accuracy of determining the shaft position.
Технический результат достигается тем, что датчик положения вала содержит, по меньшей мере, два электрических преобразователя с линейной выходной характеристикой, разнесенных на определенное расстояние по отношению друг к другу, дополнительно на электронной плате размещены два аналоговых датчика Холла, программируемый микроконтроллер, схема согласования уровней и схема преобразователя напряжения. При этом датчики Холла расположены на расстоянии от 3,5 до 20 мм друг от друга, а плата установлена ортогонально оси вращения вала ротора на расстоянии от 2 до 10 мм от торца барабана ротора. Плата встраивается непосредственно в корпус синхронного электродвигателя.The technical result is achieved by the fact that the shaft position sensor contains at least two electrical transducers with a linear output characteristic spaced a certain distance relative to each other, in addition to the electronic board there are two analog Hall sensors, a programmable microcontroller, a level matching circuit and voltage converter circuit. Moreover, the Hall sensors are located at a distance of 3.5 to 20 mm from each other, and the board is installed orthogonal to the axis of rotation of the rotor shaft at a distance of 2 to 10 mm from the end of the rotor drum. The board is built directly into the synchronous motor housing.
Положительный эффект достигается тем, что датчик положения вала выполнен в виде электронной платы и размещается внутри синхронного электродвигателя, при этом используются постоянные магниты ротора электродвигателя. Такое конструктивное решение позволяет осуществить индикацию положения вала электродвигателя, не изменяя его габаритных размеров, нет необходимости крепления датчика на валу электродвигателя. Применение двух датчиков Холла и микроконтроллера, размещенных на плате, позволило существенно повысить точность измерения и удобство обработки результатов измерения.A positive effect is achieved by the fact that the shaft position sensor is made in the form of an electronic board and is placed inside a synchronous electric motor, using permanent magnets of the rotor of the electric motor. Such a constructive solution allows indicating the position of the motor shaft without changing its overall dimensions; there is no need to mount the sensor on the motor shaft. The use of two Hall sensors and a microcontroller located on the board made it possible to significantly increase the measurement accuracy and the convenience of processing the measurement results.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен датчик положения вала в синхронном электродвигателе, на фиг. 2 - функциональная схема датчика положения вала, на фиг. 3 - график электрических аналоговых сигналов от датчиков Холла.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a shaft position sensor in a synchronous motor, FIG. 2 is a functional diagram of a shaft position sensor; FIG. 3 is a graph of electrical analog signals from Hall sensors.
Датчик положения вала 1 состоит из платы 2, имеющей форму полукольца, и интерфейсного кабеля 3. На плате 2 размешены два аналоговых датчика Холла 4, программируемый микроконтроллер 5, схема согласования уровней 6 и схема преобразователя напряжения 7. Датчики Холла 4 расположены на расстоянии от 3,5 до 20 мм друг от друга и передают электрические сигналы на программируемый микроконтроллер 5. Плата 2 расположена непосредственно в синхронном электродвигателе 8 под крышкой 9, огибая внешний радиус стакана 10, в котором установлен подшипник 11. Плата 2 установлена ортогонально оси вращения вала 12 ротора на расстоянии 2-10 мм от торца барабана 13 ротора, включающего не менее одной пары редкоземельных магнитов 14. Программируемый микроконтроллер 5 преобразует полученные электрические аналоговые сигналы от датчиков Холла 4 в значение угла поворота пары редкоземельных магнитов 14 относительно оси датчиков Холла 4 и передает информационный сигнал через схему согласования уровней 6 в блок управления 15 синхронного электродвигателя 8. Преобразователь напряжения 7 предназначен для питания всей электрической схемы. В схему преобразователя напряжения включены диоды 16, которые предназначены для защиты электрической схемы от подачи обратного напряжения.The
Рассмотрим работу датчика положения вала на примере синхронного электродвигателя ДС-56 (ООО «Сарапульский электрогенераторный завод»). Для реализации векторного управления и прикладных задач электропривода необходимо непрерывно определять текущее положение вала 12 ротора синхронного электродвигателя 8 относительно статора (на фиг. не обозначено). Барабан 13 ротора синхронного электродвигателя 8 содержит восемь пар постоянных редкоземельных магнитов 14 или восемь условных секторов, которые должен обработать датчик положения вала 1 для определения поворота на 360°. Один условный сектор измерительной системы соответствует 360 электрическим градусам. Барабан 13 ротора с постоянными магнитами 14 вращается под ортогонально расположенными датчиками Холла 4. Два датчики Холла 4 измеряют величину магнитной индукции, создаваемой магнитами ротора 14 и передают полученные электрические аналоговые сигналы, пропорциональные наведенной величине индукции, в программируемый микроконтроллер 5. Программируемый микроконтроллер 5 обрабатывает полученные электрические аналоговые сигналы с помощью встроенного программного обеспечения и определяет текущее угловое положение пары магнитов 14 ротора относительно оси датчиков Холла 4. Так как для векторного управления синхронным электродвигателем 8 требуется точное отслеживание и поддержание угла между магнитным потоком, образуемым обмотками статора и магнитным потоком постоянных магнитов 14 ротора, программируемый микроконтроллер 5 делит 360 электрических градусов на 18 дискретов, для которых определяет текущее угловое положение вала 12 ротора значением от 1 до 18. Программируемый микроконтроллер 5 передает вычисленное значение угла между магнитным потоком, образуемым обмотками статора и магнитным потоком постоянных магнитов 14 ротора, в виде пакета данных через схему согласования уровней 6 последовательного интерфейса в блок управления. Частота передачи пакетов данных 3,2 кГц. Скорость передачи пакета 115200 бит/с. Блок управления использует полученные значения для поддержания постоянного угла опережения между вращающимся магнитным полем статора и магнитами 14 ротора с помощью управляемой коммутации питания на обмотки электродвигателя 8. Полученные значения угла между магнитным потоком, образуемым обмотками статора и магнитным потоком постоянных магнитов 14 ротора, также могут использоваться для других задач электропривода, где необходимо знать точный угол поворота вала синхронного электродвигателя 8. Один оборот вала 12 ротора синхронного электродвигателя 8 состоит из восьми условных секторов, в которых датчик положения вала определяет угол с точность 1/18. То есть за один оборот можно получить 144 значения положения вала 12 ротора. Соответственно точность определения угла положения вала 12 ротора датчиком положения вала 1 составляет 2,5°.Let us consider the operation of the shaft position sensor using the example of a DS-56 synchronous electric motor (LLC Sarapul Electric Generator Plant). To implement vector control and applied tasks of the electric drive, it is necessary to continuously determine the current position of the
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151862U RU175874U1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | SHAFT POSITION SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016151862U RU175874U1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | SHAFT POSITION SENSOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU175874U1 true RU175874U1 (en) | 2017-12-21 |
Family
ID=63853499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016151862U RU175874U1 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | SHAFT POSITION SENSOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU175874U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780547C1 (en) * | 2022-01-10 | 2022-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" | Rotation angle sensor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6830015B2 (en) * | 2001-12-18 | 2004-12-14 | Ducati Energia S.P.A. | Method and electronic apparatus for reversing the rotation of an engine |
| RU2317522C2 (en) * | 2006-01-30 | 2008-02-20 | Курский государственный технический университет КурскГТУ | Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360° |
| US8193748B2 (en) * | 2008-10-10 | 2012-06-05 | Smi Holdings, Inc. | Integrated brushless DC motor and controller |
| RU2540455C2 (en) * | 2009-11-09 | 2015-02-10 | Сагем Дефенс Секьюрите | Sensor of angular position and unit comprising rotary system and such sensor |
-
2016
- 2016-12-27 RU RU2016151862U patent/RU175874U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6830015B2 (en) * | 2001-12-18 | 2004-12-14 | Ducati Energia S.P.A. | Method and electronic apparatus for reversing the rotation of an engine |
| RU2317522C2 (en) * | 2006-01-30 | 2008-02-20 | Курский государственный технический университет КурскГТУ | Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360° |
| US8193748B2 (en) * | 2008-10-10 | 2012-06-05 | Smi Holdings, Inc. | Integrated brushless DC motor and controller |
| RU2540455C2 (en) * | 2009-11-09 | 2015-02-10 | Сагем Дефенс Секьюрите | Sensor of angular position and unit comprising rotary system and such sensor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780547C1 (en) * | 2022-01-10 | 2022-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" | Rotation angle sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2480475B1 (en) | Hoisting machine and elevator system | |
| TW201336222A (en) | Absolute place recording device for motors | |
| EP3101787A1 (en) | Resolver device, motor, and actuator | |
| EP2824825B1 (en) | Method and apparatus for determining position for a permanent magnet elevator motor | |
| US10594235B2 (en) | Axial flux motor with built-in optical encoder | |
| US7023203B2 (en) | Absolute magnetic encoder | |
| CN101789672A (en) | Magnetic encoder for electric door motor | |
| RU2012122360A (en) | ANGULAR SENSOR AND ASSEMBLY CONTAINING A ROTATING SYSTEM AND SUCH SENSOR | |
| RU175874U1 (en) | SHAFT POSITION SENSOR | |
| JP2005172720A (en) | Motor encoder | |
| JP2012194086A (en) | Three-phase brushless motor | |
| CN116685826A (en) | Motor assembly, motor position detection method and device and movable platform | |
| JP6715373B2 (en) | Electric cleansing force detection system and force detection method | |
| JP6563610B2 (en) | Speed detection device | |
| CN115102333A (en) | Motor and automated guided vehicle | |
| CN210954743U (en) | Swinging device and electric equipment | |
| EP2337216A3 (en) | Dual purpose permanent magnets for a speed sensor and a generator | |
| UA14925U (en) | Diagnostics system for an alternating-current motor | |
| CN109323646B (en) | Position sensor system applied to linear motor vector control | |
| Nemec et al. | Design of an electronic odometer for DC motors | |
| ES2930154T3 (en) | Inductive Angle of Rotation Sensor | |
| US10644574B2 (en) | Optical sensor and method for estimating positions of rotors in a motor and the motor comprising the optical sensor | |
| CN211481101U (en) | Permanent magnet motor comprising angle detection device | |
| ES2285231T3 (en) | ELECTRIC SUBMARINE DRIVE MOTOR WITH DETECTION OF THE ROTATION ANGLE AND OF THE HIGH AVAILABILITY ROTATION SPEED. | |
| KR102199971B1 (en) | Torque measuring apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20171231 |