Датчик положения ротора

Датчик положения конструктивно объединен с ЭМП. Он должен быть прост по конструкции, технологичен в изготовлении, надежен в работе. Для микродвигателей он должен иметь минимальные габариты. По температуре, влажности, вибрациям и другим условиям к ДПР предъявляются те же требования, что и к ЭМП. Датчик должен быть согласован с коммутатором по сопротивлениям. Схема коммутатора будет проще и надежнее, если датчик будет формировать сигналы заданной формы. В большинстве случаев этот сигнал должен иметь форму прямоугольных импульсов с большой кратностью максимального и минимального уровней, а также с большой крутизной фронтов. Это объясняется тем, что сигналы с выхода ДПР могут непосредственно управлять ключами ПК.

Как мы отмечали, ДПР состоит из двух элементов. Один из них сигнальный или управляющий связан с ротором и при достижении им определенного углового положения входит во взаимодействие с другим элементом – чувствительным, установленным на статоре. В чувствительном элементе происходит преобразование углового перемещения сигнального элемента в изменение какого-либо электрического или магнитного параметра.

Управляющий элемент может передавать информацию о своем перемещении различными видами энергии: лучевой; электрического и магнитного поля и др. В соответствии с этим осуществляют классификацию ДПР. Кроме того, датчики классифицируют по типу чувствительного элемента. Это могут быть фотоэлементы, гальваномагнитные, емкостные и индуктивные элементы. Дальнейшая классификация может проводиться: по виду выходного сигнала – дискретный, аналоговый; по роду тока – постоянный, переменный. Различают также датчики по информационной способности: статические – способные выдавать информацию при неподвижном роторе; и динамические – способные выдавать информацию только при вращающемся роторе. А также по виду информации: позиционные – позволяющие однозначно судить о положении ротора относительно статора; и последовательностные – требующие элемент памяти (счетчик) для дополнительной обработки сигнала.

Рис. 5.8. а) Схема и временная диаграмма работы; б) схема индуктивного ДПР

Для получения позиционной информации о положении ротора чаще всего принимают число сигнальных элементов ДПР равным числу пар полюсов, а число чувствительных элементов, равным числу секций ЭМП.

Рассмотрим конструкции некоторых наиболее распространенных типов ДПР.

Индуктивные ДПР из-за простоты изготовления и малой стоимости нашли широкое распространение уже в первых серийных ВД. В качестве чувствительных элементов в них часто используют дроссели или трансформаторы насыщения на ферритовых сердечниках, а в качестве сигнальных элементов постоянные магниты.

Конструктивно ротор ДПР выполнен так, что на первой половине оборота ротора магнитное поле сигнального элемента не достигает трансформатора, а на второй замыкается через сердечник трансформатора и насыщает его. При насыщении трансформатора коэффициент трансформации резко падает, на базу транзистора поступает практически нулевой сигнал и он оказывается закрытым, поэтому с коллектора транзистора снимаем выходной сигнал Uвых=Uп. Если трансформатор не насыщен, коэффициент трансформации имеет конечное значение, на базу транзистора поступает напряжение, отпирающее его, и с коллектора снимаем сигнал Uвых=0. Аналогично работает и схема с дросселем насыщения, но там под действием магнитного поля меняется индуктивное сопротивление дросселя. Электрическая схема трансформаторного ДПР и временная диаграмма, поясняющая его работу, представлены на рис. 5.8, где обозначено: Uв – напряжение возбуждения датчика; Uп – постоянное напряжение питания; α – угол поворота ротора ДПР.

Датчики с фотоэлектрическими элементами состоят из трех частей: источника излучения; фотоприемника; модулятора излучения. Источником излучения могут быть лампы накаливания, газоразрядные лампы, полупроводниковые излучатели и др. Фотоприемник является чувствительным элементом. В качестве его могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и т.п. Модулятор излучения связан с ротором ДПР и представляет собой непрозрачный для излучения экран с вырезами или окнами, являясь сигнальным элементом. Принцип действия таких датчиков очевиден и не нуждается в пояснении.

Наибольшее распространение в последнее время получили ДПР на основе гальваномагнитных элементов: датчиков Холла; магнитосопротивлений; магнитодиодов и др. Напомним, что датчик Холла представляет собой прямоугольную пластину или пленку из полупроводникового материала, которая имеет два токовых электрода, предназначенных для возбуждения датчика постоянным током и два холловских или выходных электрода. Конструктивно датчик может быть наклеен на подложку или помещен в корпус. При помещении датчика в магнитное поле, перпендикулярное его плоскости, на выходных электродах возникает э.д.с. Холла, знак которой зависит от направления поля, а величина от напряженности. Датчик Холла может быть помещен непосредственно в рабочий зазор ЭМП, тогда ДПР как конструктивный элемент двигателя, отсутствует. Иногда в один корпус помещают датчик и усилитель его сигналов, называя такое устройство магнитоуправляемым ключом. Тогда датчик, одновременно, может исполнять роль устройства коммутации обмотки.

Иногда для управления коммутацией обмотки, т.е. вместо ДПР, используется э.д.с. вращения секций ЭМП. Такая возможность появляется тогда, когда на МКИ не все секции оказываются подключенными к источнику питания. Подробнее такие схемы ВД будут рассмотрены ниже.

Дата добавления: 2015-08-05