×
31.05.2019
219.017.7040

Результат интеллектуальной деятельности: Датчик положения ротора (варианты)

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения ротора электродвигателей различных типов и других поворотных устройств. Техническим результатом является повышение массо-габаритных показателей и надежности. Датчик положения ротора выполнен без магнитопроводов статора и ротора. Обмотки статора и ротора выполнены на печатных платах, при этом угол поворота ротора определяется с повышенной точностью с помощью электронной схемы обработки. Датчик положения ротора преобразует угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора. На статоре и роторе датчика размещены обмотки, сдвинутые между собой в пространстве. При вращении ротора с обмотки ротора, концы которой выведены на устройства токосъема, получают напряжение, пропорциональное функции угла поворота ротора. Для обеспечения высокой стабильности сдвига фаз трехфазное напряжение для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером, обмотки статора и ротора выполнены печатным способом. Обмотка статора выполнена трехфазной, а обмотка ротора - в виде двух фаз, соединенных последовательно. Цифровое значение угла поворота ротора определяется с повышенной точностью при помощи электронной схемы обработки, построенной на основе компаратора и микроконтроллера. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к датчикам положения ротора, и может быть использовано для определения углового положения ротора электродвигателей различных типов и других поворотных устройств.

Известен датчик положения ротора высоковольтного синхронного электродвигателя (Патент на полезную модель РФ № 139890, МПК H02K 29/10) содержащий подвижный диск с прорезями и неподвижный измерительный блок, на котором с одной стороны подвижного диска размещены светоизлучатели, а с другой стороны - светоприемники, образующие оптопары, отличающийся тем, что светоизлучатели выполнены в лазерном исполнении и размещены друг от друга на расстоянии 120±n⋅360 электрических градуса, где n=0, 1, 2, 3..., причем оптопары расположены по линии окружности, а подвижный диск выполнен разъемным со ступицей с внутренним диаметром, равным диаметру вала электродвигателя или соединительной муфты агрегата.

Недостатком аналога является наличие в его конструкции светоизлучателей и светоприемников, вследствие чего вышеупомянутый датчик положения ротора высоковольтного синхронного электродвигателя чувствителен к запыленности и обладает низкой надежностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению являются вращающиеся (поворотные) трансформаторы - электрические машины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора θ в напряжение, пропорциональное этому углу θ или его функциям (sin θ, cos θ и др.) [Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины - М.: Высшая школа, 1981. - 432 с., стр. 212-224]. На статоре и роторе размещают по две одинаковые однофазные распределенные обмотки, сдвинутые между собой в пространстве на 90°, магнитопроводы статора и ротора изготавливают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. Одну из обмоток статора (или обе) присоединяют к сети переменного тока. При вращении ротора с обмоток ротора, начала и концы которых выведены на контактные кольца или спиральные пружины токосъема, получают напряжение, пропорциональное углу θ, sin θ или cos θ.

Недостатком прототипа является наличие магнитопроводов статора и ротора, обуславливающих существенные габариты и массу вращающихся (поворотных) трансформаторов.

Целью настоящего изобретения является разработка датчика положения ротора, обладающего минимальными габаритами, массой и моментом инерции ротора, повышенной надежностью, а электронная схема обеспечивает высокую стабильность сдвига фаз напряжения статора.

Техническим результатом настоящего изобретения является датчик, выполненный без магнитопроводов статора и ротора, где обмотки статора и ротора выполнены на печатных платах, при этом угол поворота ротора определяется с повышенной точностью с помощью электронной схемы обработки.

В отличие от прототипа для обеспечения высокой стабильности сдвига фаз трехфазное напряжение для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером. Обмотки статора и ротора выполнены в виде печатных плат. Обмотка статора трехфазная, обмотка ротора выполнена в виде двух фаз, соединенных последовательно. Цифровое значение угла поворота ротора определяется с повышенной точностью при помощи электронной схемы обработки, построенной на основе компаратора и микроконтроллера. Угол поворота измеряется между моментом времени, когда напряжение на обмотке ротора становится положительным и моментом времени, когда микроконтроллер начинает формирование положительного полупериода напряжения фазы обмотки статора.

На фигурах показаны:

фиг. 1 - устройство статора (слева) и ротора (справа) датчика положения ротора (по вариантам 1 и 2),

фиг. 2 - структурная схема датчика положения ротора (по вариантам 1 и 2),

фиг. 3 - осциллограммы напряжения UA, UB, UC трехфазной обмотки статора и соответствующая им осциллограмма напряжения UDE обмотки ротора (по варианту 1),

фиг. 4 - осциллограммы напряжения UA, UB, UC трехфазной обмотки статора и соответствующая им осциллограмма напряжения UDE обмотки ротора (по варианту 2),

фиг. 5 - макет датчика положения ротора (по вариантам 1 и 2).

На статоре, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска 1, печатным способом нанесена трехфазная обмотка 2, у которой начала фаз обозначены буквами А, В, С, концы обозначены буквами x, у, z. На роторе, выполненном в виде неэлектропроводного немагнитного диска 3, печатным способом нанесена двухфазная обмотка 4, фазы которой соединены последовательно, а концы D и Е выведены на устройства токосъема, например, спиральные пружины. При этом диски статора 1 и ротора 3 расположены вблизи друг друга так, чтобы обеспечить наилучшую индуктивную связь обмоток статора и ротора. Цифровое значение угла ϕ поворота ротора определяется при помощи напряжения на обмотке ротора и электронной схемы обработки с повышенной точностью. Трехфазное напряжение 5 для питания обмотки статора генерируется микроконтроллером 6, что обеспечивает высокую стабильность сдвига напряжений фаз. Если подать на обмотку статора 2, соединенную в звезду, трехфазное напряжение 5, начальная фаза напряжения 7, снимаемого с ротора, будет пропорциональна углу ϕ его поворота. При необходимости напряжение ротора может усиливаться и фильтроваться электронной схемой обработки.

Существует два варианта взаимного расположения осциллограмм UA и UDE:

1) UA отстает от UDE (фиг. 3),

2) UA опережает от UDE (фиг. 4).

В соответствии с этим существует два варианта определения угла ϕ.

Принцип работы датчика положения ротора по варианту 1 заключается в следующем. Угол ϕ определяется, измерив интервал времени отсчитываемый от пересечения нуля в положительном направлении напряжением 7 UDE на роторной обмотке до пересечения нуля в положительном направлении напряжением одной из фаз, например, UA. Для этого снимаемое с обмотки DE ротора напряжение 7 подается на компаратор 8, отрицательный (опорный) вход которого подключен к точке D обмотки ротора. Компаратор устанавливает выход в состояние логической единицы, как только напряжение 7 на обмотке ротора DE становится положительным. Выход компаратора подключен к входу микроконтроллера 6. Таймер микроконтроллера 6 начинает отсчет импульсов от поступления на вход логической единицы, т.е. от начала формирования положительного полупериода UDE, и прекращает отсчет импульсов при начале формирования микроконтроллером 6 положительного полупериода напряжения UA. Число импульсов, полученное на выходе таймера микроконтроллера 6, пропорционально угловому положению ротора ϕ.

Принцип работы датчика положения ротора по варианту 2 заключается в следующем. Угол ϕ определяют, измерив интервал времени отсчитываемый от пересечения нуля в положительном направлении напряжением одной из фаз, например, UA, до пересечения нуля в положительном направлении напряжением 7 UDE на роторной обмотке. Для этого таймер микроконтроллера 6 начинает отсчет импульсов от начала формирования микроконтроллером 6 положительного полупериода напряжения UA. Снимаемое с обмотки DE ротора напряжение 7 подается на компаратор 8, отрицательный (опорный) вход которого подключен к точке D обмотки ротора. Компаратор устанавливает выход в состояние логической единицы, как только напряжение 7 на обмотке ротора DE становится положительным. Выход компаратора подключен к входу микроконтроллера 6. При поступлении на вход микроконтроллера 6 логической единицы его таймер прекращает отсчет импульсов. Число импульсов, полученное на выходе таймера микроконтроллера 6, пропорционально угловому положению ротора ϕ.

Связь числа импульсов, полученных на выходе таймера микроконтроллера 6, с реальным углом поворота ротора ϕ определяют экспериментальным путем при тарировании датчика поворота ротора по вариантам 1 и 2.

Датчик положения ротора по вариантам 1 и 2 передает информацию об угле поворота ϕ после преобразования ее в десятичный формат по цифровому интерфейсу 9 на индикатор или систему сбора данных.


Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Датчик положения ротора (варианты)
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 120 items.
19.07.2018
№218.016.7294

Переходной отсек ракеты-носителя и его опорный шпангоут

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Переходной отсек содержит корпус с проставкой. Корпус содержит стыковочный и опорный шпангоут. Стыковочный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде таврообразного профиля с отогнутой внутрь отсека стенкой. Проставка содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661631
Дата охранного документа: 17.07.2018
24.07.2018
№218.016.7414

Способ построения радиолокационного изображения с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертурой

Настоящее изобретение относится к способам построения радиолокационных изображений (РЛИ) подстилающей поверхности в ходе дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) с помощью радаров с синтезированной апертурой (РСА). Достигаемый технический результат - повышение качества РЛИ в сравнении с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002661941
Дата охранного документа: 23.07.2018
09.08.2018
№218.016.792f

Способ бесконтактной ранней диагностики разгара камеры ракетного двигателя по напряжённости собственного магнитного поля продуктов сгорания

Изобретение относится к области аэрокосмической техники, в частности ракетно-космического двигателестроения. Одной из широко распространенных причин отказа жидкостных ракетных двигателей является прогар камеры, начало которого сопряжено с появлением множества заряженных твердых частиц в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663311
Дата охранного документа: 03.08.2018
09.08.2018
№218.016.7982

Устройство для измерения коэффициентов отражения и излучения материалов и покрытий

Изобретение относится к оптической измерительной технике. Устройство для измерения коэффициентов отражения и излучения материалов и покрытий состоит: из зеркального эллипсоида с отверстием, выполненным под углом 5-20° к его оси, предназначенным для ввода излучения на образец, плоскость которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663301
Дата охранного документа: 03.08.2018
10.08.2018
№218.016.7b40

Бортовой информационно-навигационный комплекс

Изобретение относится к области бортового информационно-навигационного оборудования космических аппаратов и предназначено для формирования и излучения навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС, формирования, излучения, приема данных и измерений по межспутниковой радиолинии, а также для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663680
Дата охранного документа: 08.08.2018
17.08.2018
№218.016.7c78

Устройство определения времени прихода оптического сигнала

Изобретение относится к области пассивной оптической локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех. Технический результат изобретения - повышение точности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663881
Дата охранного документа: 13.08.2018
19.08.2018
№218.016.7d09

Установка для исследования углеводородного ракетного топлива

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Установка содержит замкнутый гидравлический контур, включающий емкость с топливом, напорный насос с пневмоприводом, пневмогидравлический аккумулятор, установленный после насоса, теплоизолированный рабочий участок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664443
Дата охранного документа: 17.08.2018
29.08.2018
№218.016.8073

Способ ограничения засорения эксплуатируемых областей околоземного космического пространства

Изобретение относится к удалению объектов крупногабаритного космического мусора (ККМ) (напр., отработавших разгонных блоков) на орбиты с ограниченным временем их существования. Способ основан на качественном анализе долговременной эволюции орбит увода ККМ, учитывающем, в пошаговом режиме, такие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665156
Дата охранного документа: 28.08.2018
29.08.2018
№218.016.807f

Блок обработки информации

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к информационным системам. Технический результат заключается в повышении быстродействия за счет ускорения выполнения функций согласования данных, обеспечивающих отказоустойчивость, а также повышения надежности межмашинных обменов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665225
Дата охранного документа: 28.08.2018
29.08.2018
№218.016.80f3

Аппаратно-вычислительный комплекс виртуализации и управления ресурсами в среде облачных вычислений

Изобретение относится к области кибернетики, автоматики, вычислительной техники и связи. Технический результат – обеспечение повышения оперативности и гибкости планирования и распределения запрашиваемых ресурсов. Аппаратно-вычислительный комплекс виртуализации и управления ресурсами в среде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665246
Дата охранного документа: 28.08.2018
Showing 11-15 of 15 items.
29.04.2019
№219.017.44b8

Аппарат внутритрубного контроля и способ перемещения его в магистральном газопроводе с заданной равномерной скоростью

Изобретение относится к области техники неразрушающего контроля и используется для дефектоскопии магистральных газопроводов в процессе их эксплуатации. Аппарат внутритрубного контроля содержит гермоотсек, опирающийся на внутреннюю поверхность газопровода подпружиненными опорными элементами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002451867
Дата охранного документа: 27.05.2012
06.09.2019
№219.017.c7e5

Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерении магнитной индукции на поверхности постоянных магнитов. Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов содержит этапы, на которых осуществляют измерение магнитного поля системы с помощью датчика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699235
Дата охранного документа: 04.09.2019
10.04.2020
№220.018.13f3

Способ намагничивания и сборки кольца хальбаха ротора электромашины (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам. Технический результат состоит в повышении э.д.с. и удельной мощности при небольших величинах тока якоря электромашины за счет намагничивания и сборки кольца Хальбаха ротора по оптимальной схеме, обеспечивающей наибольшую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718537
Дата охранного документа: 08.04.2020
01.05.2020
№220.018.1aa2

Электромашина с ротором, созданным по схеме хальбаха

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение энергетических характеристик. Электромашина с ротором, созданным по схеме Хальбаха, содержит узел обмотки, состоящий из множества катушек, причем множество катушек расположены в форме кольца, и ротор, включающий в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720233
Дата охранного документа: 28.04.2020
12.04.2023
№223.018.47e0

Способ управления системой балансировки литий-ионной аккумуляторной батареи

Изобретение относится к области электротехники, в частности к зарядке или подзарядке аккумуляторных батарей. Согласно изобретению, в завершающей стадии заряда литий-ионной аккумуляторной батареи, в момент, когда напряжение на одной из ячеек достигает максимально допустимого значения, сохраняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002747530
Дата охранного документа: 06.05.2021
+ добавить свой РИД