Датчик положения якоря линейного шагового двигателя

01 33/07 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ЯКОРЯ ЛИНЕЙНОГО ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ(57) 1. Датчик положения якоря линейного шагового двигателя, содержащий П-образный магнитопровод и постоянный магнит, выполненный в виде плоской прямоугольной пластины и расположенный на внутренней стороне магнитопровода, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен из магнитомягкого материала, а на нижнем полюсе постоянного магнита установлены по меньшей мере четыре преобразователя Холла, при этом расстояния от грани магнита, перпендикулярной направлению движения, до преобразователей выбраны из соотношений х 1,2,2,4 34,4 где х 1, х 2, х 3, х 4 - расстояния от грани магнита, перпендикулярной направлению движения, до преобразователей Холла, , , - целые числа- период расположения зубцов на индукторе линейного шагового двигателя 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что размеры магнита и магнитопровода выбраны из условия м,м,м,м,где м, м - длина и ширина постоянного магнита 1 мп, мп - длина и ширина полюса магнитопровода 2427 1 3. Датчик по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен из редкоземельного материала, параметры которого соответствуют условиюМ н еМ е М где м - высота постоянного магнита Нсвм, Вм - коэрцитивная сила и остаточная магнитная индукция постоянного магнита- рабочий зазор 0 - магнитная постоянная. Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, используемым в линейном шаговом двигателе (ЛШД), и предназначено для выработкииэлектрических сигналов, однозначно определяющих положение якоря ЛШД относительно зубцовой структуры индуктора (статора). Известна конструкция фотоэлектрического датчика положения якоря двигателя 1. Датчик содержит неподвижные расположенные напротив друг друга фотодатчики и фотоприемники, между которыми вращается закрепленная на якоре фотоширма с прорезями. Недостаток такого датчика при его использовании в ЛШД - большие габариты фотоширмы при большом ходе двигателя, определенные трудности ее фиксации при небольшом периоде зубцовой структуры индуктора, большая стоимость. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому датчику является устойство, описанное в 2. Устройство содержит П-образный магнитопровод и постоянный магнит, выполненный в виде плоской прямоугольной пластины и расположенный на внутренней стороне магнитопровода. Устройство также содержит дополнительный Ш-образный магнитопровод. На полюсах стержней обоих П-образных магнитопроводов имеются зубцы и впадины. На центральном стержне Ш-образного магнитопровода и стержнях Побразного магнитопровода имеются обмотки управления. Недостатком этого устройства при использовании его в качестве датчика положения якоря линейного шагового двигателя является зависимость э.д.с. в обмотках управления как от скорости перемещения, так и от положения якоря. Кроме того, его выходной сигнал(э.д.с. в обмотках управления) имеет значительный коэффициент нелинейных искажений. Все это приводит к невысокой точности регистрации положения якоря линейного шагового двигателя, что в особенности сказывается при небольших скоростях перемещения. Предполагаемое изобретение решает задачу повышения точности датчика положения якоря ЛШД относительно индуктора. Поставленная задача решается тем, что в датчике положения якоря ЛШД, состоящем из Побразного магнитопровода и постоянного магнита, выполненного в виде плоской прямоугольной пластины и расположенной на внутренней стороне магнитопровода, выполненного из магнитомягкого материала. На нижнем полюсе постоянного магнита установлены по меньшей мере четыре преобразователя Холла, при этом расстояние от грани магнита, перпендикулярной направлению движения, до преобразователей выбраны из соотношений 1 2/2 3/4 43/4,где 1, 2, 3, 4 - расстояние от грани магнита, перпендикулярной направлению движения, до преобразователей Холла, , , - целые числа- период расположения зубцов на индукторе линейного шагового двигателя. Геометрические размеры магнита и магнитопровода выбраны из условий, что м,мп,мп. Здесь м, м - длина и ширина постоянного магнита мп , мп - длина и ширина полюса магнитопровода, , ,- целые числа. Кроме того, постоянный магнит выполнен из редкоземельного материала, параметры которого соответствуют условию 2 2427 1 мНсвм/Вм м м 0,5/ мп мп (1),где м - высота постоянного магнита Нсвм,Вм - коэрцитивная сила и остаточная магнитная индукция постоянного магнита- рабочий зазор- магнитная постоянная. На фиг. 1 представлена принципиальная конструкция датчика положения якоря ЛШД, расположенного над индуктором ЛШД (вид вдоль направления движения) на фиг. 2 - вид снизу датчика на фиг. 3 - общий вид датчика при его перемещении над поверхностью индуктора ЛШД. Датчик положения якоря ЛШД состоит из 4-х преобразователей 1 Холла, постоянного магнита 2, ферромагнитного П-образного ярма 3. Постоянный магнит 2 выполнен из редкоземельных материалов, например сплава железо-ниодим-бор, и имеет форму плоской прямоугольной пластины. П-образное ферромагнитное ярмо 3 выполнено из электротехнической стали. Преобразователи 1 Холла приклеены циакрином или эпоксидной смолой к поверхности полюса постоянного магнита 2. Постоянный магнит 2 с преобразователями 1 Холла фиксируется симметрично внутри П-образного ярма 3 и заливается эпоксидной смолой. Токовые и Холловские выводы преобразователей 1 Холла выводятся на верхнюю наружную поверхность ярма 3, где распаиваются на контактной площадке (на фиг. 1-3 не показана). Работает датчик следующим образом. В рабочем состоянии датчик механически соединен с якорем ЛШД так, что зубцы индуктора ЛШД своей длинной осью расположены перпендикулярно длинной стороне датчика, а преобразователи 1 Холла находятся в воздушном зазоре между постоянным магнитом 2 и поверхностью индуктора ЛШД. Через токовые выводы преобразователей 1 Холла пропускается электрический постоянный ток. Тогда при перемещении якоря ЛШД выходные э.д.с. преобразователей 1 Холла равны 102/,20-2/,30-2/,402/,где 14 - соответственно э.д.с. преобразователей Холла, расположенных в точках с координитами 1, Х 2,Х 3, Х 4 о,- амплитуды нулевой и первой гармоник э.д.с. преобразователей Холла. Посредством электронной схемы обработки из этих четырех сигналов выделяютсяисоставляющие, по которым однозначно определяется направление движения и положение якоря ЛШД относительно его индуктора. Преимущества предлагаемого изобретения объясняются следующим. Форма постоянного магнита и материал, из которого он изготовлен, а также использование в конструкции датчика полуразомкнутой магнитной цепи (использование ярма) обеспечивают создание сильного и однородного магнитного поля возбуждения. Сильное магнитное поле разрушает магнитный след на индукторе ЛШД и перемещает рабочую точку материала зубцов индуктора ЛШД в область насыщения, т.е. устраняет магнитный гистерезис. Из-за предложенной конструкции магнитное поле постоянного магнита однородное и поэтому при перемещении датчика в индукторе ЛШД возникают значительно меньшие вихревые токи (только на краях датчика),чем при неоднородном (что свойственно прототипу) магнитном поле. Это приводит к тому, что выходной сигнал преобразователей Холла в существенной мере меньше зависит от скорости перемещения якоря ЛШД. Так как в зоне расположения преобразователей Холла магнитное поле постоянного магнита однородное, а параметры конструкции датчика выбраны из указанных выше соотношений, то при перемещении датчика оно остается постоянным, т.е., другими словами говоря, постоянный магнит не вносит в э.д.с. высших гармонических составляющих, т.е. выходные э.д.с. преобразователей Холла определяются только магнитной реакцией зубцовой структуры индуктора ЛШД. Выбор параметров постоянного магнита по выражению (1) обеспечивает независимость величины магнитного поля возбуждения от колебаний величины воздушного зазора между датчиком и индуктором двигателя. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4