SU1312694A1 - Бесконтактный датчик скорости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в качестве устройства дл  контрол  за перемещением исполнительных механизмов. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем обеспечени  измерени  линейной скорости. Бесконтактный датчик скорости содержит разомкнутые магнитопроводы I и 2 статора с обмотками 3 и 4 возбуждени  и с  кориыми обмотками 5 и 6. Ротор 7 выполнен цилиндрическим с двум  винтовыми нарезками 8 и 9 на его наружной поверхности, в зоне которых размещены разомкнутые магнитопроводы 1 и 2 статора. Указанные винтовые нарезки выполнены с равным шагом и числом заходов и с противоположными направлени ми хода резьбы, а ротор 7 установлен с возможностью вращени  и осевого перемещени  одновременно. Кажда  из  корных обмоток 5 и 6 подключена через один из выпр мителей 18 и 19 к сглаживающему фильтру 22 и 23 соответственно, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем 24 и с сумматором 25. Предла- гаемьЕй бесконтактный датчик скорости позвол ет одновременно качественно и количественно судить о частоте вращени  и линейной скорости перемещени  ротора, что расшир ет его функциональные возможности при контроле за перемещением исполнительных механизмов . 2 ил. С б (Л со со J:ib

Description

I

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к электрическим машинам малой мощности, и может быть использовано в программном управлени электроприводами в качестве устройства дл  непрерывного контрол  за перемещением исполнительных механизмов

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем обеспечени  измерени  линейной скорости.

На фиг.1 - показан предлагаемый датчик; на фиг.2 - принципиальна  электрическа  схема датчика.

Бесконтактный датчик скорости содержит синхронный генератор с разомкнутыми магнитопроводами 1 и 2 статора , на которых размещены обмотки 3 и А возбуждени  и  корные обмотки 5 и 6, ферромагнитный ротор 7 с винтовыми нарезками 8 и 9 с шагом t- и числом заходов Zp. Магнитопроводы 1 и 2 статора имеют полюсы 10, II и 12, 13 соответственно, на которых могут быть выполнены зубцы 1 и 15 с зубцовым делением, равным tp. Магнитопроводы 1 И 2 статора установлены с зазорами 16 и 17 относительно ферромагнитного ротора 7. Устройство содержит также выпр мители I8 и I9 с резисторами 20 и 21 нагрузки, сглаживающие фильтры 22 и 23, дифференциальный усилитель 2А и сумматор 25. Ротор 7 имеет возможность одновременного осевого и вращательного перемещени  относительно разомкнутых магнитопроводов I и 2 статора. Дл  увеличени  магнитной проводимости воздушных зазоров 16 и 17 профили винтовых нарезок 8 и 9 целесообразно выполнить четырехугольными.

Бесконтактный датчик скорости работает следующим образом.

При питании обмоток 3 и 4 возбуждени , соединенньпс между собой, например, согласно-последовательно (фиг.2), возникает магнитное поле, линии которого пронизывают одновременно разомкнутые магнитопроводы I и 2 статора, воздушные зазоры 16 и 17 и цилиндрический ферромагнитный ротор 7.

При одновременном вращении цилиндрического ферромагнитного ротора 7 с частотой вращени  п (об/мин) и осевом перемещении его с линейной скоростью V (м/с) происходит осевое перемещение профилей винтовых нарезок

0

69А2

8 и 9. При этом в воздушном зазоре под одним разомкнутым магнитопрово- дом статора за счет совпадени  направлений перемещени  профилей винтовой нарезки с направлением перемещени  самого ферромагнитного ротора углова  частота Ыд определ етс  суммой угловых частот и)ц u) u)« , а в воздушном зазоре под вторым разомкнутым магнитопроводом статора за счет противоположных одно относительно другого направлений перемещени , профилей винтовой нарезки и направлени  перемещени  самого ротора углова  частота и)„ определ етс  абсолютной по величине разностью угловых частот u)g / ш - w ( (модуль учитывает возможность двух случаев, когда ui 7/0)2 и когда ). где u)i , - углова  частота, полученна  только за счет вращени  цилиндрического ферромагнитного ротора 7; си 2Tifj - углова  частота, полученна  только за

е счет осевого перемещени  цилиндрического ферромагнитного ротора 7, причем

f П - f Y

1 60 2 tp где tp - шаг винтовых нарезок 8 и 9. При одновременном вращении и осевом перемещении ферромагнитного ротора 7 в направлени х, показанных, например, сплошными стрелками (фиг.1), первые гармоники магнитных потоков и в воздушных зазорах 16 и 17 соответственно под разомкнутыми магнитопроводами 1 и 2 статора пульсируют во времени с амплитудой ф относительно посто нной составл ющей ф по следующим законам:

Ф, Фо + Ф,пС05 C(u), )

f Фо - Фп,С08 /to,- u)2/t +oij,

где d - электрический угол сдвига

между разомкнутыми магнито- проводами I и 2.

В общем случае 2 л, так как к  корным обмоткам 5 и 6 подсоединены выпр мители 18 и 19 соответственно .

В результате изменени  указанных потоков во времени в  к ррных обмотках 5 и 6 индуцируютс  соответствующие ЭДС:

cJ4,

5 Uy - W -j- Ыф(ш,-Ьса2)з1п (и)

-I- U)2 )

dФ2 U - W -7- W ф /Lo -ujj/sin X

0

U) -Ы2 /t +oCj,

где W - число витков в каждой из  корных обмоток 5 и 6.

Посредством выпр млени  выпр мител ми 18 и 19 и сглаживани  фильтрами 22 и 23 на выходе последних при условии выделени  вьшр мител ми I8 и 19 одноименных пол рностей ЭДС в.  корных обмотках 5 и 6 усредненные напр жени  соответственно равны:

UscpeAM-c(to, )-27rc,(fi + f2 ;

ьсреди С1/ - 2/-2 -. - где с, - const посто нна , определ ема  конструктивными параметрами датчика, а именно напр жением питани  обмоток 3,и 4 возбуждени , числом их витков и величиной воздушных зазоров 16 и 17.

Если ff ,т.е.

60

на

выходе дифференциального усилител  24 посто нное напр жение пр мо пропорционально линейной скорости V ферромагнитного ротора 7 и равно 5 срелй Ufc )ж

г 4n k,

I

где k - коэффициент усилени  дифференциального усилител  24; k2 , const. В этом случае на выходе сумматора 25 посто нное напр жение пр мо npo-t порционально частоте вращени  ротора 7 и равно

k

UcvwM Uf cpeAн Ь среАн с, f где kj , const.

Если f fa то на выходе дифференциального усилител  24 выходное напр жение пр мо пропорционально частоте вращени  ферромагнитного ротора 7, а на выходе сумматора 25 - пр мо пропорционально линейной скорости ферромагнитного ротора 7 при перемещении его в осевом направлении. Это объ сн етс  тем, что второе слагаемое в этом случае определ етс  величиной (fj - f).

В

частном

..ьслучае ,

zpn

б5

когда tu, 0)2 в  корной обмотк

6 ЭДС равна нулю, поскольку пульсаций магнитной проводимости в воздушном зазоре 17 нет. Индуцированна  в  корной обмотке 5 ЭДС и ее частота пр мо пропорциональны одновременно двум

контролируемым параметрам - частоте вращени  ферромагнитного ротора и линейной скорости его осевого перемещени . На выходе дифференциального усилител  24 и сумматора 25 выходные посто нные напр жени  пропорциональны друг другу.

Если ы, 0, то в  корных обмотках 5 и 6 навод тс  равные по величине ЭДС, амплитуды и частоты которых пр мо пропорциональны линейной скорости V перемещени  ферромагнитного ротора

5

0

5

0

5

0

5

0

5

7. f.

В этом случае f, : f , но так как

Lj V f, , то в 6 индуцируютс 

1. - О, то на выходе дифференциального усилител  24 напр жени  равно нулю, а на выходе сумматора 25 напр жение пр мо пропорционально линейной скорости осевого перемещени  ферромагнитного ротора 7.

Если Ы2 0 т.е. f  корных обмотках 5 и равные по величине ЭДС,амплитуды и частоты первых гармоник которых пр мо пропорциональны частоте вращени  п ферромагнитного ротора 7.-В этом случае на выходе дифференциального усилител  24 напр жение равно нулю, а на выходе сумматора 25 - пр мо пропорционально частоте вращени  п ферромагнитного ротора 7.

Предлагаемый бесконтактный датчик скорости позвол ет качественно и количественно судить одновременно о частоте вращени  и линейной скорости осевого перемещени  ротора, что сви- детельствует о расширении его функциональных возможностей. При наличии лишь одного вида движени  - только вращенн  или только осевого перемещени  ротора в катушках  корных обмоток предлагаемого датчика индуцируетс  ЭДС, амплитуда и частота изменени  которой пр мо пропорциональна контролируемому параметру, а именно частоте вращени  или скорости осевого перемещени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Бесконтактный датчик скорости, содержащий синхронный генератор с первым разомкнутым магнитопроводом статора , на котором размещены обмотка возбуждени  и  корна  обмотка и цилиндрический ферромагнитный ротор с двум  винтовыми нарезками с равным шагом и числом заходов и с противоположными направлени ми хода резьбы.

   5

   одна из которых выполнена на наружной поверхности ротора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  и змерени  линейной скорости, он снабжен вторым маг- нитопрсводом статора, идентичным первому, двум  сглаживающими фильтрами и выпр мител ми, дифференциаль- laiM усилителем и сумматором, втора  винтова  нарезка ротора выполнена

   126946

   на его наружной поверхности, магни- топроводы статора установлены вдоль оси ротора, каждый из них размещен в зоне одной из винтовых нарезок, 5 ротор установлен с возможностью осевого перемещени , при этом кажда  из  корных обмоток подключена через один из вьтр мителей к сглаживающе фильтру, каждый из которых соединен с дифференциальным усилителем и с сумматором.

   fO

   /

   16

   СШ.

   75

   77

   Редактор И.Шулла

   Составитель Т.Калашникова

   Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

   Заказ 1978/54 Тираж 661Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие,г.Ужгород,ул.Проектна ,4

   Фиг/