RU2044385C1

RU2044385C1 - Direct-current motor with speed transducer

Info

Publication number: RU2044385C1
Application number: RU92006841/07A
Authority: RU
Inventors: В.К. Ковалев; А.Н. Филипцев; В.Т. Кафтанатий; ков А.Н. Дубл; А.Н. Дубляков; В.В. Гайван
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Микро"
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: variable-speed DC motors primarily used in automatic-control systems. SUBSTANCE: motor has speed transducer incorporating optoelectric converter, light source, rotating element mounted on motor shaft and provided with uniformly spaced marks or teeth, optical lens with marks on its surface facing that of rotating element with marks or teeth in optical channel of optoelectric converter. EFFECT: improved design. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электродвигателям постоянного тока с регулируемой и стабилизируемой частотой вращения, которые используются преимущественно в системах автоматического регулирования и управления. The invention relates to DC motors with adjustable and stabilized speed, which are used mainly in automatic control and control systems.

Известен электродвигатель с тахогенератором. Тахогенератор монтируется в корпусе электродвигателя. Датчик частоты вращения тахогенератора расположен на конце вала электродвигателя, выступающем из его корпуса, и охвачен корпусом тахогенератора. Корпус тахогенератора крепится к корпусу электродвигателя с помощью запорных выступов. Known electric motor with a tachogenerator. The tachogenerator is mounted in the motor housing. The tachogenerator speed sensor is located on the end of the motor shaft protruding from its housing, and is covered by the tachogenerator housing. The tachogenerator housing is attached to the motor housing using locking tabs.

Недостатком электродвигателя является увеличение его габаритных размеров вследствие расположения датчика частоты вращения на конце вала электродвигателя. The disadvantage of the electric motor is an increase in its overall dimensions due to the location of the speed sensor at the end of the motor shaft.

Наиболее целесообразным в электродвигателях, имеющих ограничения по габаритам, является использование датчиков частоты вращения, не приводящих к увеличению габаритных размеров, например применение в электродвигателях постоянного тока системы регулирования частоты вращения на основе компактного импульсного генератора оптического типа. The most appropriate in motors with dimensional limitations is the use of speed sensors that do not lead to an increase in overall dimensions, for example, the use of a speed control system in DC electric motors based on a compact pulsed optical type generator.

Данный импульсный генератор включает в себя источник света, оптическую линзу, приемник света, неподвижный диск с прорезями и вращающийся диск с прорезями, расположенный на валу электродвигателя. This pulse generator includes a light source, an optical lens, a light receiver, a fixed disk with slots, and a rotating disk with slots located on the motor shaft.

Недостатком такого устройства являются сложность конструкции и большие габаритные размеры вследствие расположения источника света и приемника света с противоположных сторон вращающегося диска. The disadvantage of this device is the design complexity and large overall dimensions due to the location of the light source and the light receiver on opposite sides of the rotating disk.

Реализация предлагаемого изобретения позволяет устранить указанные недостатки. The implementation of the invention allows to eliminate these disadvantages.

В соответствии с изобретением представлен электродвигатель постоянного тока с датчиком частоты вращения, включающим оптоэлектрический преобразователь, установленный на валу электродвигателя вращающийся элемент с равномерно нанесенными метками или зубьями, оптическую линзу и неподвижный элемент с непрозрачными метками, расположенные в оптическом канале оптоэлектрического преобразователя, в котором указанный неподвижный элемент с метками выполнен за одно целое с линзой, при этом метки на оптической линзе нанесены на ее поверхность, обращенную к вращающемуся элементу. In accordance with the invention, there is provided a direct current electric motor with a rotational speed sensor including an optoelectric transducer, a rotating element with uniformly applied marks or teeth mounted on an electric motor shaft, an optical lens and a fixed element with opaque marks located in the optical channel of the optoelectric converter, in which said stationary an element with marks is made in one piece with the lens, while the marks on the optical lens are applied to its surface, facing the rotating element.

Указанные метки на оптический линзе могут быть выполнены в виде зубьев, поверхности вершин которых способны пропускать световой поток, а угол между боковыми поверхностями зубьев определен условием полного внутреннего отражения светового потока, направленного перпендикулярно образующей поверхности вершин зубьев. The indicated marks on the optical lens can be made in the form of teeth, the surfaces of the vertices of which are capable of transmitting light flux, and the angle between the lateral surfaces of the teeth is determined by the condition of total internal reflection of the light flux directed perpendicular to the generatrix of the tooth vertices.

На фиг. 1 дано изображение электродвигателя в разрезе; на фиг.2 изображение оптической линзы датчика частоты вращения, вид спереди; на фиг.3 оптическая линза датчика частоты вращения, вид сверху; на фиг.4 электрическая схема включения оптрона; на фиг.5 график зависимости от напряжения на фототранзисторе оптрона U_ф от углового положения ротора датчика частоты вращения α
На фиг. 1-5 изображены ротор 1 датчика частоты вращения, ротор 2 электродвигателя, транзисторную оптопару 3 (оптрон), плату 4, статор 5 датчика частоты вращения, корпус 6 электродвигателя, линзу оптическую 7, зуб 8 оптической линзы, генератор 9 стабильного тока I, резистор 10; U_п постоянное напряжение питания; U_ф напряжение на фототранзисторе оптрона; U_ф.макс и U_ф.мин соответственно максимальное и минимальное напряжение на фототранзисторе оптрона. Конструктивно электродвигатель и датчик частоты вращения объединены, причем датчик частоты вращения состоит из ротора 1 датчика частоты вращения, выполненного в виде зубчатого кольца, расположенного на роторе электродвигателя 2, и оптрона 3, укрепленного на плате 4 статора 5 датчика частоты вращения. Статор 5 датчика частоты вращения закреплен на корпусе 6 электродвигателя. Между оптроном 3 и ротором 1 датчика частоты вращения в корпусе электродвигателя 6 установлена оптическая линза 7 с нарезанными на ней зубьями 8.In FIG. 1 shows a sectional view of an electric motor; figure 2 image of the optical lens of the speed sensor, front view; figure 3 optical lens of the speed sensor, top view; figure 4 is an electrical diagram of the inclusion of the optocoupler; figure 5 is a graph of the voltage depending on the phototransistor of the optocoupler U _f from the angular position of the rotor of the rotational speed sensor α
In FIG. Figures 1-5 show rotor 1 of the rotational speed sensor, rotor 2 of the electric motor, transistor optocoupler 3 (optocoupler), board 4, stator 5 of the rotational speed sensor, housing 6 of the electric motor, optical lens 7, tooth 8 of the optical lens, stable current generator 9, resistor I, resistor 10; U _p constant voltage; U _f voltage at the phototransistor optocoupler; U _f.max and U _f.min respectively the maximum and minimum voltage on the optocoupler phototransistor. Structurally, the electric motor and the speed sensor are combined, and the speed sensor consists of a rotor 1 of the speed sensor, made in the form of a gear ring located on the rotor of the electric motor 2, and an optocoupler 3, mounted on the board 4 of the stator 5 of the speed sensor. The stator 5 of the rotational speed sensor is mounted on the motor housing 6. Between the optocoupler 3 and the rotor 1 of the rotational speed sensor, an optical lens 7 is installed in the motor housing 6 with the teeth 8 cut thereon.

При этом, исходя из условия полного внутреннего отражения светового потока, необходимо, чтобы середина отрезка, соединяющего центры источника света и оптоэлектрического преобразователя, находилась на оси, проходящей через центр окружности оптической линзы, и была перпендикулярна образующей поверхности вершины зубьев. In this case, based on the condition of total internal reflection of the light flux, it is necessary that the middle of the segment connecting the centers of the light source and the optoelectric transducer be on the axis passing through the center of the circumference of the optical lens and be perpendicular to the generatrix of the tooth top.

Описываемый электродвигатель с датчиком частоты вращения работает следующим образом. Световой поток, излучаемый светодиодом оптрона 3, преломляется линзой 7 и проходит только через поверхности вершин зубьев 8 оптической линзы 7, так как боковые поверхности зубьев за счет использования эффекта полного внутреннего отражения являются непрозрачными. The described motor with a speed sensor operates as follows. The luminous flux emitted by the LED of the optocoupler 3 is refracted by the lens 7 and passes only through the surfaces of the vertices of the teeth 8 of the optical lens 7, since the lateral surfaces of the teeth are opaque due to the use of the effect of total internal reflection.

При вращении ротора 1 состояние датчика частоты вращения периодически изменяется между двумя экстремальными состояниями, первое из которых соответствует расположению напротив вершин зубьев оптической линзы 7 поверхностей ротора 1 датчика частоты вращения, отражающих световой поток, а второе поверхностей ротора 1 датчика частоты вращения, поглощающих световой поток. В первом состоянии световой поток, отраженный от поверхностей ротора 1 датчика частоты вращения, возвращается через поверхности вершин зубьев 8 и концентрируется с помощью линзы 7 на фототранзисторе оптрона 3, который в этом случае имеет максимальную проводимость между эмиттером и коллектором. Во втором состоянии световой поток поглощается поверхностью ротора 1, вследствие чего световой поток, попадающий на фототранзистор, а следовательно, и проводимость фототранзистора, минимальны. When the rotor 1 rotates, the state of the speed sensor periodically changes between two extreme states, the first of which corresponds to the location opposite the tooth tips of the optical lens 7 of the surfaces of the rotor 1 of the speed sensor that reflect the light flux, and the second of the surfaces of the rotor 1 of the speed sensor that absorb the light flux. In the first state, the light flux reflected from the surfaces of the rotor 1 of the rotational speed sensor is returned through the surfaces of the tops of the teeth 8 and is concentrated using a lens 7 on a phototransistor of the optocoupler 3, which in this case has maximum conductivity between the emitter and the collector. In the second state, the light flux is absorbed by the surface of the rotor 1, as a result of which the light flux incident on the phototransistor, and hence the conductivity of the phototransistor, is minimal.

Таким образом, ротор 1 датчика частоты вращения осуществляет модуляцию светового потока оптрона 3. Thus, the rotor 1 of the speed sensor modulates the light flux of the optocoupler 3.

На фиг. 4 представлен пример электрической схемы включения оптрона для получения электрических сигналов, соответствующих модуляции светового потока оптрона; на фиг.5 форма напряжения на выходе оптрона. In FIG. 4 shows an example of an optocoupler circuitry for receiving electrical signals corresponding to modulation of the light flux of an optocoupler; figure 5 form of voltage at the output of the optocoupler.

Максимальное напряжение U_ф.макс соответствует минимальной проводимости фототранзистора, а минимальное напряжение U_ф.мин максимальной его проводимости. При этом частота напряжения на выходе оптрона F=n˙z, где n частота вращения ротора датчика частоты вращения; z число меток (зубьев) ротора датчика частоты вращения.The maximum voltage U _f.max corresponds to the minimum conductivity of the phototransistor, and the minimum voltage U _f.min to its maximum conductivity. In this case, the voltage frequency at the output of the optocoupler F = n˙z, where n is the rotational speed of the rotor of the rotational speed sensor; z the number of marks (teeth) of the rotor of the speed sensor.

Использование оптической линзы с нанесенными на ее поверхности метками позволяет уменьшить габаритные размеры и упростить конструкцию электродвигателя. Кроме того, в случае, если указанные метки выполнены в виде зубьев, уменьшается потребляемый ток датчика частоты вращения и более эффективно используется световой поток по сравнению с прототипом. The use of an optical lens with marks applied on its surface makes it possible to reduce overall dimensions and simplify the design of the electric motor. In addition, if these labels are made in the form of teeth, the current consumption of the speed sensor is reduced and the luminous flux is more efficiently used compared to the prototype.

Claims

1. A DC motor with a rotational speed sensor, including an optoelectric converter, a light source mounted on a motor shaft, a rotating element with uniformly applied marks or teeth, an optical lens and a fixed element with marks located opposite the marks of a rotating element in the optical optical channel the fact that the fixed element with the marks is made in one piece with the optical lens, while the marks on the optical lens are applied to it surface, facing the surface of the rotating member with markings or teeth.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the surface of the optical lens facing the rotating element is made in the form of teeth, the surfaces of the vertices of which are capable of transmitting the light flux, the light source, the optoelectric transducer and the optical lens are located on one side of the rotating element, and the middle of the segment connecting the centers of the light sources and the optoelectric transducer is located on the axis passing through the center of the circumference of the optical lens and perpendicular to the forming surface of the vertices of the memory b EB.