Устройство для согласования числа пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока и датчика положения его ротора

 

Использование: при различном числе пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока и датчика положения его ротора , а также при различных относительных частотах вращения двигателя и датчика положения при изменении абсолютной частоты вращения двигателя. Сущность: в устройстве, содержащем делитель 3 периода импульсов, дешифратор 4 и счетчик 5 импульсов, делитель периода импульсов составлен из счетчика За периодического контроля частоты, двух преобразователей частота - напряжение Зб. Зв, компаратора Зг, задающего генератора Зд, резистивного делителя типа R-2R Зв. RS-триггера Зж, схемы И, что исключает необходимость подбора коэффициента счета счетчика 5. 2 ил.

((9) (I I) (s()5 Н 02 К 29/06

Комитет Российской Федерации по патентам и товарнымзнакам. и АЫ9й((1 ч,"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (1, fl (< . -. 1

К ПАТЕНТУ (21) 4929824/07 (22) 22.04.91 (46) 07.09.93. Бюл. hk 33-36 (72) Майбородин А.В., Монахов Б.С. (71) Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры (73) Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ

ЧИСЛА ПАР ПОЛЮСОВ БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА И

ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ ЕГО РОТОРА (57) Использование: при различном числе пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока и датчика положения его ро. тора, а также при различных относительных частотах вращения двигателя и датчика положения при изменении абсолютной частоты вращения двигателя. Сущность: в устройстве. содержащем делитель 3 периода импульсов, дешифратор 4 и счетчик 5 импульсов. делитель периода импульсов составлен из счетчика Зф периодического контроля частоты, двух преобразователей частота- напряжение 3в, 36, компаратора Зг, задающего генератора Зд. реэистивного делителя типа R-2R 36, RS-триггера 3, схемы

И, что исключает необходимость подбора коэффициента счета счетчика 5. 2 ил.

2000643

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным двигателям постоянного тока, и может быть использовано для согласования числа пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока и датчиков положения ротора при различном числе пар полюсов между ними, а также при различных относительных частотах вращения двигателя и датчика положения при изменении абсолютной частоты вращения двигателя.

Известно устройство согласования для бесконтактного двигателя постоянного тока, имеющего m nap полюсов, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), имеющий и пар полюсов, содержащее двигатель, СКВТ, генераторы. формирователи, делители частоты, схему сравнения, логические элементы, триггеры, схему задержки и фээосдеигающие цепи.

В этом устройстве обеспечивается согласование СКВТ, который имеет и пар полюсов, с двигателем, имеющим m пэр полюсов. Согласование обеспечивается за счет использования генератора с номинальной частотой xm/пса, где х — целое число: оф — частота возбуждения CKBT.

Недостатком этого устройства управления является необходимость иметь стабильный номинальной частоты генератор, частота которого должна быть изменена е случае применения CKBT с другим числом пэр полюсов. Это сужает функциональные воэможности устройст-а, Известно также устройство двухфазного двигателя с восьмиполюсным магнитом ротора (m - 8) и четырьмя катушками, в котором использованы деа (и - 2) датчика положения.

Недостатком устройства является большая неравномерность частоты вращения двигателя из-за малого числа полюсов магнита ротора и статора. С увеличением числа полюсов ротора увеличивается отношение

m/A, усложняются технология намагничивания магнита и электронное устройство согласования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство согласования для бесконтактного двигателя постоянного тока, содержащее 2m-полюсный двигатель и 2п-полюсный датчик положения ротора, коммутатор, подключенный к двигателю, формирователь, подключенный к делителю периода импульсов, дешифратор, триггеры, логические элементы. В этом устройстве обеспечивается согласование работы двигателя при соотношении между

1О

55 частотами вращения двигателя и датчика е

2 или 3 раза или при отношении числа пар полюсов двигателя к числу пар полюсов датчика m/è - 2 и 3. Согласование обеспечивается за счет синхронного с вращением ротора формирования последовательности импульсов управления обмотки, период которых соответственно в 2 или 3 раза меньше периода импульсов с датчика. Основными устройствами формирования являются делитель периода, счетчик и дешифратор.

Недостатком устройства является необходимость подбора коэффициентов деления периода делителя и счета счетчика при изменении отношения m/n или соотношения частоты двигателя и датчика; кроме того, при изменении частоты вращения двигателя изменяется период импульсов с датчика, при этом необходима дополнительная настройка делителя периода для обеспечения заданного отношения m/и периодов импульсов управления двигателем и с датчика.

Цель изобретения — расширение диапазона согласования при различных соотношениях частот вращения двигателя и датчика положения при изменении частоты вращения двигателя.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для согласования числа пар полюсое бесконтактного двигателя постоян- ного тока и датчика положения его ротора, содержащем счетчик импульсов, дешифратор, входы которого подключены к выходам счетчика импульсов, делитель периода импульсов и формирователь импульсов, входы которого предназначены для подключения выходов датчика положения ротора, а выход соединен с входом делителя периода импульсов, делитель периода импульсов состоит из счетчика периодического контроля частоты, двух преобразователей частота— напряжение, компаратора. задающего генератора, резистивного делителя типа R-2R, RS-триггера и схемы И, к первому входу которой подключен выход RS-триггера, к второму входу — выход задающего генератора и вход второго преобразователя частота — напряжение, а к выходу — вход первого преобразователя частота — напряжение, выход которого соединен с входом резистиеного делителя типа R-2R, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго преобразователя частота— напряжение, а выход является выходом делителя периода импульсов, выход последнего разряда счетчика периодического контроля скорости подключен к входу сброса в "0" первого преобразователя частота— напряжение, а его вход соединен с S-входом

2000643

RS-триггера. входом сброса в "0" второго преобразователя частота — напряжение и счетчика импульсов и образует основной вход делителя периода импульсов, к дополнительным входам которого, образованным дополнительными входами резистивного делителя типа R — 2R, подключены инверсные выходы счетчика импульсов, а дешифратор снабжен клеммами для подключения коммутатора двигателя.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков: счетчика периодического контроля частоты, двух преобразователей частота — напряжение, коммутатора, задающего генератора, резистивного делителя R-2R, триггера RS-типа, схемы И, а также связями между этими элементами.

Таким образом. заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что использование в 2m-полюсном двигателе

2п-полюсного датчика положения ротора, формирователя, дешифратора, делителя периода известно.

Однако при введении в устройство, указанных элементов и образования новых связей между ними в соответствии с формулой изобретения, в совокупности проявляются новые свойства, чт 1 позволяет расширить диапазон согласования устройства (автоматически поддерживается заданное соотношение частоты вращения ротора и частоты вращения датчика при изменении частоты вращения двигателя). Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию

"существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 даны соответственно блоксхема и диаграмма работы устройства для согласования числа пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока (например, с трехфазной обмоткой) и датчика положения его ротора.

Устройство для согласования числа пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока и датчика положения его ротора (см. фиг. 1) содержит датчик положения 1 с и парами полюсов, формирователь 2, входами соединенный с выходами датчика 1, выход формирователя подключен к входу делителя 3 периода импульсов. Входы дешифратора 4 подключены к выходам р.".зрядов счетчика 5 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом делителя 3 периода. Делитель 3 периода состоит из счетчика За периодического контроля частоты, счетный вход которого является входом делителя 3; двух преобразователей частота — напряжение 36 и 3>, компаратора Зр, выход которого является выходом делителя 3: эа5 дающего генератора Зд, резистивного делителя типа R-2R Зе, триггера RS-типа 3®, схемы И Зз. Причем выход счетчика За подключен к входу сброса в "0" преобразователя Зб и R-триггера входу 3®, выход триггера

10 Зж подключен к первому входу схемы И Зз, а второй ее вход подключен к выходу генеpampa Зд и входу преобразователя 3>. Выход схемы И соединен с входом преобразователя Зб. выход которого соеди15 нен с входом делителя Зе, его выход — с первым входом компаратора Зг, второй вход которого соединен с выходом второго преобразователя 3>. S-вход триггера Зж. выходы сброса в "0" преобразователя З и

20 счетчика 5 импульсов подключен к входу счетчика 3>. Выходы инверсных разрядов счетчиков 5 соединены с ключами управления делителя Зе. Выходы е1, е2, ез являются клеммами для подключения коммутатора

25 двигателя.

На фиг. 2 представлена диаграмма импульсов на выходе (а-е) элементов 1, 2, 4, 5, Зв и Зе (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим обра30 эоМ. Счетчик 3 формирует одиночный импульс с периодом следования пТ1, что определяет периодичность контроля частоты вращения двигателя, и — коэффициент счета счетчика 3. Преобразователи Зь и Зв

35 состоят иэ счетчика импульсов с последовательным переносом, каждый разряд (триггер) которого подключен к резистивной матрице типа R — 2R. На выходе матрицы такого преобразователя формируется напря40 Т1 жение 01 0о —, где Uo — вес матрицы, TB—

Тв период импульсов генератора Зд (Т, «Т1), Схема совпадения Зз и триггер Зж формируют одиночный импульс, заполненный им45 Т пульсами частотой - с периодом в следования пТ1. Импульсы а1-аз с периодом

Т и сдвинутые по фазе на 120 с выхода датчика 1 после дифференцирования и сло50 жения в формирователе 2 преобразуются в последовательность импульсов (б) с периодом Т/6, поступающих на вход делителя 3.

На выходе преобразователя 3> формируется ступенчато пилообразное напряжение

55 (в) 01 0о Т1/Т, пропорциональное периоду

Т1(частоте вращения двигателя), На выходе преобразователя 36 также формируется напряжение 01и запоминается на время -nT1.

Это напряжение U1 поступает на резистив2000643 ный делитель типа R — 2R (3e) с переменным

U1 весом Uot- ——

K где К = m/n — отношение числа полюсов двигателя и датчика (в нашем случае К = 3), Деление периода Т на равные части осуществляется компаратором Зг, счетчиком 5, преобразователями 36 и 38. На первый вход компаратора подается напряжение (в), а на второй — напряжение (г) с выхода делителя

Зе. управляемого счетчиком 5. В исходном состоянии счетчик устанавливается импульсом (б). при котором на втором входе компаратора устанавливается напряжение U >/К и как только напряжение (в) на первом входе компаратора достигнет амплитуды U>/К, срабатывает компаратор и переводит счетчик 5 в следующее состояние, при котором на выходе (Зе) устанавливается напряжение

U>/Ê. Далее процесс повторяется. В результате период Т делится на К частей. Уменьшение частоты вращения двигателя вызывает увеличение периода с Т> до Тр и напряжения с Ui до Uz (на фиг. 2 показано пунктиром). В момент контроля частоты с преобразователя 36 напряжение Uz поступает на делитель З, при этом увеличивается вес (напряжение младшего разряда делителя) с U>/Ê до 0 /К и период Тг опять будет делиться на К частей, т.е. при изменении частоты вращения двигателя коэффициент деления делителя 3 поддерживается постоянным автоматически. Кроме того, измеряя напряжение U > на преобразователе 36, можно определить частоту вращения двигателя и изменение фазы сигналов ai — аз, å1-ез.

Работа устройства. Счетчики 5 и 3> и преобразователи 3 .и 36 выполнены на интегральных схемах К155ИЕ7, К155ЛАЗ.

К572ПА2, компаратор — на 140УД1А, дешифратор 4 и схема И (Зе) — на К155ИДЗ, К155ЛАЗ соответственно, генератор Зд и триггер 3 к — на K155RA3. формирователь 2 — на 140УД1А, число пар полюсов — 9, датчика 0-3. При изменении частоты вращения с

1000 до 4500 мин устройство синхронизации надежно обеспечивало работу двигателя.

Выполнение делителя 3 периода импульсов по указанной блок-схеме позволяет расширить диапазон согласования устройства согласования, расширить его функциональные возможности.

3а счет использования схемы периодического контроля скорости, а также схемы автоматической коррекции веса резистивного делителя 3е обеспечивается заданное

55 соотношение К полюсов или частот вращения двигателя и датчика при изменении частоты вращения двигателя. Не требуется подбирать коэффициенты счета счетчика 5 при изменении соотношения К, так как элементы 3r, 3е и 5 образуют преобразователь напряжение — число импульсов. Число импульсов эа период Т задается переключением разрядов реэистивной матрицы Зе.

Преобразователь 36 обеспечивает периодический контроль частоты вращения и сдвиг фаэ импульсов а>-аз, e> — ез.

Формула изобретения

Устройство для согласования числа пар полюсов бесконтактного двигателя постоянного тока и датчика положения его ротора, содержащее счетчик импульсов, дешифратор, входы которого подключены к прямым выходам счетчика импульсов, делитель периода импульсов и формирователь импульсов. входы которого предназначены для подключения выходов датчика положения ротора, а выход соединен с входом делителя периода импульсов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона согласования, делитель периода импульсов составлен из счетчика периодического контроля скорости, двух преобразователей частота — напряжение, компаратора, задающего генератора, рези- стивного делителя типа R — 2R-RS-триггера и схемы И, к первому входу которой подключен выход RS-триггера, к второму входу— выход задающего генератора и вход второго преобразователя частота — напряжение, а к выходу — вход первого преобразователя частота — напряжение, выход которого соединен с входом резистивного делителя типа

R 2R, выходом подключенного к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго преобразователя частота — напряжение, а выход является выходом делителя периода импульсов, выход последнего разряда счетчика периодического контроля скорости подключен к входу сброса в "0" первого преобразователя частота — напряжение, а его вход соединен с S-входом RS-триггера, входом сброса в "0" второго преобразователя частота -напряжение и счетчика импульсов и образует основной вход делителя периода импульсов, к дополнительным входам которого, образованным дополнительными входами резистивного делителя типа R-2R, подключены инверсные выходы счетчика импульсов, а дешифратор снабжен клеммами для подключения коммутатора двигателя.

2000643

Фиг.2

Составитель Г.Забалуев

Техред М.Моргентал

Корректор А .Козориз °

Редактор А.Купрякова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Заказ 3081

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101