RU4642U1

RU4642U1 - DC ELECTRIC MOTOR WITH ROTATION SENSOR

Info

Publication number: RU4642U1
Application number: RU96107082/20U
Authority: RU
Inventors: В.Т. Кафтанатий; А.Н. Филипцев; В.К. Ковалев; В.Г. Лутченко; А.Н. Дубляков
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Микро"
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-07-16

Abstract

1. Электродвигатель постоянного тока с датчиком частоты вращения, содержащим ротор с зубьями и модуль статора, расположенный на внешнем диаметре корпуса электродвигателя, отличающийся тем, что указанный модуль статора содержит постоянный магнит, катушку, расположенную на поверхности магнита, ось которой совпадает с осью намагничивания магнита, и два полюсных наконечника, на обращенной к ротору поверхности каждого из которых нанесены зубья, число которых Zудовлетворяет условию 1<Z≅ 10, а шаг указанных зубьев соответствует шагу зубьев ротора.2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что ось намагничивания магнита и ось катушки перпендикулярны длине зубьев полюсных наконечников.3. Электродвигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что модули статора расположены относительно друг друга под углом 180с возможностью перемещения их по внешнему диаметру корпуса электродвигателя в пределах не менее одного зубцового шага.1. A DC motor with a speed sensor containing a rotor with teeth and a stator module located on the outer diameter of the motor housing, characterized in that said stator module contains a permanent magnet, a coil located on the surface of the magnet, the axis of which coincides with the axis of magnetization of the magnet , and two pole pieces, on the surface of each of which faces are facing teeth, the number of which Z satisfies the condition 1 <Z≅ 10, and the pitch of these teeth corresponds to the pitch of the roto teeth A.2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the axis of magnetization of the magnet and the axis of the coil are perpendicular to the length of the teeth of the pole pieces. An electric motor according to claims 1 and 2, characterized in that the stator modules are arranged relative to each other at an angle of 180 ° with the possibility of moving them along the outer diameter of the motor housing within at least one tooth step.

Description

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДАТЧИКОМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯDC ELECTRIC MOTOR WITH ROTATION SENSOR

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

Известны конструкции электродвигателей с тахогенератором индукционного типа, в которых тахогенератор, выполняющий функцию датчика частоты вращения, расположен на конце вала электродвигателя, выступающем из его корпуса, и охвачен корпусом тахогенератора / 1 А При этом корпус тахогенератора крепится к корпусу электродвигателя. Такие электродвигатели имеют увеличенную аксиальную длину, что можно отнести к их недостаткам..There are known designs of electric motors with an induction-type tachogenerator in which a tachogenerator acting as a rotational speed sensor is located at the end of the motor shaft protruding from its housing and is enclosed by a tachogenerator housing / 1 A. In this case, the tachogenerator housing is attached to the electric motor housing. Such electric motors have an increased axial length, which can be attributed to their disadvantages.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция электродвигателя с датчиком частоты вращения / 2 /, который содержит ротор с зубьями и, по крайней мере, один модуль статора, расположенный на внешнем диаметре корпуса электродвигателя. Данная конструкция обеспечивает малую аксиальную длину электродвигателя. К недостаткам такой конструкции можно отнести существенную паразитную амплитудную модуляцию и малую амплитуду выходного напряжения датчика. Наличие этих недостатков делает необходимым усложнение схемы автоматического регулирования.Closest to the proposed is the design of an electric motor with a speed sensor / 2 /, which contains a rotor with teeth and at least one stator module located on the outer diameter of the motor housing. This design provides a small axial motor length. The disadvantages of this design include significant spurious amplitude modulation and low amplitude of the output voltage of the sensor. The presence of these disadvantages makes it necessary to complicate the automatic control circuit.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является уменьшение паразитной амплитудной модуляции, увеличение амплитуды выходного напряжения датчика частоты вращения электродвигателя и упрощение, вследствие этого, схемы автоматического регулирования и конструкции электронного блока управления, работающего совместно с электродвигателем.The problem to which the claimed utility model is directed is to reduce spurious amplitude modulation, increase the amplitude of the output voltage of the motor speed sensor and simplify, as a result, the automatic control circuitry and the design of the electronic control unit that works in conjunction with the electric motor.

Поставленная задача решается тем, что в электродвигателе постоянного тока с датчиком частоты вращения, содержащим ротор с зубьями и, по крайней мере, один модуль статора, расположенный на внешнем диаметре корпуса электродвигателя, указанный модуль статора содержит постоянный магнит, катушку, расположенную на поверхности магнита, ось которой совпадает с осью намагничивания магнита, два полюсных наконечника, на обращенной к ротору поверхности каждого из которых нанесены зубья, число которых ZcThe problem is solved in that in a DC motor with a speed sensor containing a rotor with teeth and at least one stator module located on the outer diameter of the motor housing, said stator module contains a permanent magnet, a coil located on the surface of the magnet, the axis of which coincides with the magnetization axis of the magnet, two pole pieces, on the surface of each of which faces the rotor facing the rotor, the number of which is Zc

удовлетворяет условию 1 Zc « 10, а шаг указанных зубьев соответствует шагу зубьев ротора.satisfies condition 1 Zc «10, and the pitch of these teeth corresponds to the pitch of the teeth of the rotor.

При этом ось намагничивания магнита и ось катушки перпендикулярны длине зубьев полюсных наконечников.In this case, the magnetization axis of the magnet and the axis of the coil are perpendicular to the length of the teeth of the pole pieces.

Ери установке второго модуля статора, они располагаются относительно друг друга под углом 180° с возможностью перемещения по внешнему диаметру корпуса электродвигателя в пределах не менее одного зубцового шага.When installing the second stator module, they are located relative to each other at an angle of 180 ° with the ability to move along the outer diameter of the motor housing within at least one tooth step.

Полезная модель электродвигателя постоянного тока с датчиком частоты вращения представлена на фиг. 1.A useful model of a DC motor with a speed sensor is shown in FIG. one.

На фиг. 2 представлена форма выходных напряжений датчика частоты вращения:In FIG. 2 shows the shape of the output voltage of the speed sensor:

2а - для одного модуля статора, 26 - для второго модуля статора, 2в - при последовательном включении модулей статора (суммарный сигнал).2a - for one stator module, 26 - for the second stator module, 2c - when the stator modules are switched on sequentially (total signal).

Конструктивно электродвигатель и датчик частоты вращения объединены. Описываемое устройство включает ротор 1 датчика частоты вращения, расположенный на якоре 2 электродвигателя, два модуля статора 3, 4 датчика частоты вращения, закрепленные на внешнем диаметре корпуса 5 электродвигателя. Каждый из модулей статора датчика частоты вращения содержит постоянный магнит б, катушку 7, полюсные наконечники 8, 9. На роторе 1 датчика выполнены зубья 10, а на полюсных наконечниках 8, 9 выполнены зубья 11, 12.Structurally, the electric motor and the speed sensor are combined. The described device includes a rotor 1 of the rotational speed sensor located at anchor 2 of the electric motor, two stator modules 3, 4 rotational speed sensors, mounted on the outer diameter of the motor housing 5. Each of the stator modules of the speed sensor contains a permanent magnet b, a coil 7, pole pieces 8, 9. On the rotor 1 of the sensor teeth 10 are made, and teeth 11, 12 are made on pole pieces 8, 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Постоянный магнит 6 создает в воздушном зазоре между зубьями 10 ротора 1 и зубьями 11, 12 полюсных наконечников 8, 9 магнитный поток, изменяющийся при вращении ротора 1 в соответствии с изменением магнитной проводимости воздушного зазора. В результате изменения .магнитного потока с частотой, пропорциональной частоте вращения электродвигателя и числу зубьев 10 на роторе 1, в катушке 7, в соответствии с законом электромагнитной индукции, наводится переменная ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков катушки 7 и индукции в зазоре между зубьями 10 ротора 1 и зубьями 11, 12 полюсных наконечников 8, 9 и которая является выходным напряжением датчика частоты вращения.The permanent magnet 6 creates in the air gap between the teeth 10 of the rotor 1 and the teeth 11, 12 of the pole pieces 8, 9 a magnetic flux that changes when the rotor 1 rotates in accordance with the change in the magnetic conductivity of the air gap. As a result of a change in the magnetic flux with a frequency proportional to the frequency of rotation of the electric motor and the number of teeth 10 on the rotor 1, in the coil 7, in accordance with the law of electromagnetic induction, a variable EMF is induced, the value of which is proportional to the number of turns of the coil 7 and the induction in the gap between the teeth 10 the rotor 1 and the teeth 11, 12 of the pole pieces 8, 9 and which is the output voltage of the speed sensor.

чтимальный (минимальный) путь прохождения магнитного потока и минимальные размеры модуля статора 3, 4 датчика частоты вращения.the optimal (minimum) path of passage of the magnetic flux and the minimum dimensions of the stator module 3, 4 of the rotational speed sensor.

Увеличение амплитуды выходного напряжения датчика частоты вращения достигается применением постоянного магнита 6, как источника МДС, и катушки 7, расположенной непосредственно на поверхности магнита 6, что ведет к увеличению ее потокосцепления с магнитным потоком, а также выполнением на полюсных наконечниках 8, 9 модуля статора числа зубьев более 1 и увеличения, вследствие этого, разности магнитной проводимости воздушного зазора между зубьями 10 ротора 1 и зубьями 11, 12 полюсных наконечников 8, 9, возникающей при вращении ротора 1.An increase in the amplitude of the output voltage of the speed sensor is achieved by using a permanent magnet 6 as a source of MDS and a coil 7 located directly on the surface of magnet 6, which leads to an increase in its flux linkage with magnetic flux, as well as the execution of a number of stator modules on pole tips 8, 9 teeth more than 1 and increase, as a result, the difference in the magnetic conductivity of the air gap between the teeth 10 of the rotor 1 and the teeth 11, 12 of the pole pieces 8, 9 that occurs when the rotor 1 is rotated.

Уменьшение паразитной амплитудной модуляции выходного напряжения датчика частоты вращения также достигается при выполнении на полюсных наконечниках 8, 9 модуля статора числа зубьев более 1. При этом магнитный поток проходит не через один, а через несколько зубьев 11, 12 полюсного наконечника 8, 9 (происходит интегрирование магнитного потока) и погрешность зубьев, неизбежно возникающая при их изготовлении и определяющая паразитную амплитудную модуляцию, резко уменьшается.A decrease in spurious amplitude modulation of the output voltage of the speed sensor is also achieved when the number of teeth on the stator module 8, 9 is more than 1. In this case, the magnetic flux passes not through one, but through several teeth 11, 12 of the pole tip 8, 9 (integration occurs magnetic flux) and the error of the teeth, which inevitably arises during their manufacture and determines the parasitic amplitude modulation, decreases sharply.

Выполнение полюсных наконечников 8, 9 модуля статора с числом зубьев более 10 нецелесообразно, т. к. ведет к большому увеличению габаритов самого модуля статора 3, 4 и электродвигателя в целом.The implementation of the pole pieces 8, 9 of the stator module with the number of teeth more than 10 is impractical, because it leads to a large increase in the dimensions of the stator module 3, 4 and the electric motor as a whole.

При необходимости еше большего увеличения амплитуды и уменьшения паразитной амплитудной модуляции выходного напряжения датчика частоты вращения производится установка второго модуля статора 4. При этом модули статора 3, 4 располагаются относительно друг друга под углом 180 и имеют возможность перемещения по внешнему диаметру корпуса электродвигателя в пределах не менее одного зубцового шага, что необходимо при проведении регулировочных работ для обеспечения синфазности (совпадения фаз) выходных напряжений модулей статора датчика частоты вращения. При последовательном включении катушек модулей статора датчика частоты вращения, фазы выходных напряжений которых совпадают, происходит их сложение.If it is necessary to increase the amplitude even more and reduce the parasitic amplitude modulation of the output voltage of the speed sensor, a second stator module 4 is installed. In this case, the stator modules 3, 4 are located relative to each other at an angle of 180 and have the ability to move along the outer diameter of the motor casing within at least one tooth step, which is necessary during adjustment work to ensure in-phase (phase matching) output voltages of the stator sensor modules oty rotation. When the coils of the stator modules of the speed sensor are sequentially turned on, the phases of the output voltages of which coincide, they are added.

Расположение модулей статора 3, 4 под углом 180°является более целесообразным, чем под каким-либо другим углом, т. к. обеспечивает уменьшение паразитной амплитудной модуляции суммарного выходного напряжения датчика частоты вращения в условиях воздействия вибрации, поскольку уменьшение зазора под одним модулем статора компенсируется увеличением зазора под другим модулем и, соответственно, увеличение амплитуды выходного напряжения одного модуля статор компенсируется уменьшением амплитуды выходного напряжения другого модуля, что показано на фиг. 2 пунктирной линией.The location of the stator modules 3, 4 at an angle of 180 ° is more appropriate than at any other angle, since it provides a reduction in spurious amplitude modulation of the total output voltage of the speed sensor under vibration conditions, since the decrease in the gap under one stator module is compensated an increase in the gap under the other module and, accordingly, an increase in the amplitude of the output voltage of one module, the stator is compensated by a decrease in the amplitude of the output voltage of another module, which shows of FIG. 2 dashed line.

К преимуществам предлагаемой полезной модели по сравнению с традиционно используемыми электродвигателями с датчиком частоты вращения можно отнести:The advantages of the proposed utility model in comparison with traditionally used electric motors with a speed sensor include:

-малую аксиальную длину электродвигателя;- small axial length of the electric motor;

-упрощение схемы автоматического регулирования и конструкции электронного блока управления, работающего совместно с электродвигателем;- simplification of the automatic control circuit and design of the electronic control unit, working in conjunction with the electric motor;

-повышенную помехозащищенность сигнала датчика частоты вращения и повышение, вследствие этого, надежности работы электродвигателя в целом;-increased noise immunity of the speed sensor signal and increase, as a result, the reliability of the motor as a whole;

-обеспечение работоспособности систем автоматического регулирования в условиях вибрационных воздействий.- ensuring the operability of automatic control systems in conditions of vibrational influences.

Директор sft зз| НЛП . Дутченко Y л v / Й/ Чч Ч ч 3 К Director sft zz | NLP Dutchenko Y l v / Y / Hh H h 3 K

Источники информацииSources of information

1.Кафтанатий R Т., Филипцев А. Е1. Kaftanatiy R T., Filiptsev A. E

Микроминиатюрные магнитоэлектрические тахогенераторы индукторного типа повышенной частоты как датчики частоты вращения в системах управления малогабаритными электроприводами // Научно-практический вестник Энергия, Воронеж, 1993, №4(14), 40 сMicrominiature magnetoelectric tachogenerators of an inductor type of increased frequency as speed sensors in control systems for small-sized electric drives // Scientific and Practical Bulletin Energy, Voronezh, 1993, No. 4 (14), 40 s

2.Лутченко В. Г., Кафтанатий В. Т., Филипцев А. Е , Ковалев В. К.2. Lutchenko V.G., Kaftanatiy V.T., Filiptsev A.E., Kovalev V.K.

Новый прецизионный нивкоскоростной электродвигатель постоянного тока для прямого привода лентопротяжного механизма аппаратуры магнитной записи // Электротехн. пр-во. Баучно-техн. достижения и передовой опыт, 1991, Вып. 2(38), с. 5-6.New precision low-speed direct current electric motor for direct drive of the tape drive mechanism of magnetic recording equipment // Electrotechn. pr-in. Bauchno-tech. Achievements and Best Practices, 1991, vol. 2 (38), p. 5-6.

Claims

1. A DC motor with a speed sensor containing a rotor with teeth and a stator module located on the outer diameter of the motor housing, characterized in that said stator module contains a permanent magnet, a coil located on the surface of the magnet, the axis of which coincides with the axis of magnetization of the magnet and the two pole pieces on the rotor facing surface of each of which are applied the teeth, the number of Z _c which satisfies the condition 1 <Z _c ≅ 10, and the pitch of said teeth corresponding to tooth pitch p torus.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the axis of magnetization of the magnet and the axis of the coil are perpendicular to the length of the teeth of the pole pieces.

3. The electric motor according to claims 1 and 2, characterized in that the stator modules are located relative to each other at an angle of 180 ^o with the possibility of moving them along the outer diameter of the motor housing within at least one tooth step.