CS259483B1 - Kapacitní rotační snímač polohy s vyhodnocovacím obvodem - Google Patents

Abstract

Kapacitní rotační snímač polohy s vy ­ hodnocovacím obvodem využívá změny kapacity mezi elektrodami rotoru a statoru. Obě elek ­ trody mají zuby, které jsou navzájem rozmě ­ rově i tvarově shodné. Elektroda statoru je rozdělena na dvě sekce. Stator i rotor jsou opatřeny kovovým kroužkem, kroužky jsou umístěny proti sobě a tvoří kondenzá ­ tor, který slouží pro bezkontaktní vyvede ­ ní signálů polohy na zesilovač a vyhodno ­ covací obvod. Výstupní signál je digitálně využitelný pro řízení např. krokových motorů.

Description

Vynález se týká kapacitního rotačního snímače polohy s vyhodnocovacím obvodem.

Snímač je složen z rotoru upevněného na hřídeli motoru, rotor je ve formě desky'Z izolačního materiálu, je opatřen kruhovou kovovou elektrodou, která má radiální zuby s mezerami. Proti rotoru je umístěn stator snímače ve formě desky z izolačního materiálu.

Dosud se nejčastěji používá pro snímání polohy optických snímačů založených na principu prosvěcování dvou dělených kotoučů ze skla. Nevýhodou tohoto principu jsou vysoké požadavky na přesnost výroby, nutnost naprosté bezprašnosti výrobního prostředí, obtížnost seřizování a vysoká cena. Dále je znám princip kapacitního rotačního snímače polohy, kde je však nutná kompenzace můstku v důsledku změn kapacity, které jsou vyvolány změnou teploty a stavem okolí. Automatické doladění uvedené kapacity není snadnou záležitostí nehledě na to, že se zpracování signálu velmi komplikuje.

Všechny uvedené nevýhody v podstčitě odstraňuje vynález kapacitního rotačního snímače s vyhodnocovacím obvodem, jehož podstata spočívá v tom, že rotor snímače je opatřen kovovým kroužkem, jehož průměr je menší než průměr kovové kruhové elektrody a je s ní vodivě spojen.

j T

Stator je opatřen kovovou elektrodou rozdělenou na dve sekce. Sekce mají radiální zuby rozměrově i tvarově shodné se zuby elektrody rotoru. Zuby jedné sekce statoru jsou oproti druhé sekci posunuty o 90° elektrických. Sekce jsou galvanicky odděleny a jsou opatřeny vývody, které jsou připojeny na sekundární vinutí diferenciálního transformátoru, který je zapojen na vysokofrekenční generátor. Stator je opatřen kovovým kroužkem stejných rozměrů a umístění jako kovový kroužek rotoru. Kroužek statoru je vyveden na zesilovač zapojený přes impedanční transformátor na Schmittův klopný obvod tvořící výstup snímače.

Výhodou rotačního snímače polohy založeného na kapacitním principu je jeho snadná montáž bez vysokých nároků na dodržení malé vzdálenosti a rovnosti kotoučů tj. kolísání vzdálenosti mezi nimi. Zařízení není náchylné na změny teploty okolí, na otřesy, na prach, je malé, jednoduché, laciné a neobsahuje prvky s omezenou životností jako je například žárovkg, galiumarseniková dioda apod.

Na připojených výkresech je na obr. 1 schematický nákres principu snímače, na obr. 2 schéma zapojení snímače do vyhodnocovacího obvodu a na obr. 3 jsou znázorněny různé typy řešení elektrody statoru a elektrody rotoru.

Na hřídeli 2 motoru je ve formě desky z izolačního materiálu upevněn rotor 2· Rotor 2 je opatřen kruhovou kovovou elektrodou 3 s radiálními zuby a kovovým kroužkem 41 Průměr kroužku 41 je menší než vnitřní průměr kruhové elektrody 2 ^a j^e s ní vodl«vě spojen. Proti rotoru 2_ je umístěn stator 5 rovněž ve formě desky z izolačního materiálu. Na statoru 2 je proti elektrodě 2 rotoru 2 umístěna elektroda statoru 5, která je rozdělena na dvě sekce 61, 62 obr. 3a. Sekce mají radiální zuby rozměrově i tvarově shodné se zuby elektrody 2 rotoru 2. Zuby jedné sekce 61 statoru 2 jsou oproti druhé sekci 62 posunuty o 90° elektrických. Sekce 61, 62 jsou galvanicky odděleny a jsou opatřeny vývody 71, 72, které jsou připojeny na sekundární vinutí diferenciálního transformátoru 10 připojeného na vysokofrekvenční generátor 9, Stator 2 3^e opatřen kovovým kroužkem 42 stejných rozměrů jako kovový kroužek 21 rotoru 2. Kroužek 42 statoru 2 j^e vývodem 2 připojen na zesilovač 11 zapojený přes impedanční transformátor 12 na Schmittův klopný obvod 13 tvořící výstup snímače 22· Dl® obr. 3b elektroda statoru může být řešena také tak, že je rozdělena na dvě sekce 21» 62, které tvoří mezikruží. Sekce 61 opisuje vnější kružnici a sekce 62 vnitřní kružnici, přičemž radiální zuby obou sekcí 21» 62 se v mezikruží pravidelně střídají.

Pro vyloučení excentrického kotouče rotoru je možno provést elektrodu statoru podle obr. 3c tak, že elektroda je rozdělena na dvě sekce 21» 62 s tím, že radiální zuby obou sekcí 21» 62 se nacházejí pouze v jednom kvadrantu.

Funkční princip kapacitního rotačního snímače polohy s vyhodnocovacím obvodem se zakládá na změně kapacity mezi elektrodou 3 rotoru 2 a sekcemi 61, 62 statoru 3 při otáčení rotoru 2. Pokud se pole zubů sekce 61 statoru 5 kryjí s polem zubů elektrody 3 rotoru 2 je mezi nimi maximální kapacita a proud poteče horním vinutím diferenciálního transformátoru 10 přes kondenzátor vytvořený zuby elektrody 3_ rotoru 2 a sekcí 61 elektrody statoru 2 a přes kondenzá tor vytvořený kovovými kroužky 41, 42 umístěnými na rotoru 2 statoru Kroužek rotoru 41 je vodivě spojen s elektrodou 2 rotoru 2 ^a kondenzátor vytvořený kovovými kroužky 42, 42 tudíž slouží pro bezkontaktní vyvedení sginálů polohy ná zesilovač 11. ^v případě, že se pole zubů sekce elektrody 62 statoru 2 kryjí s polem zubů elektrody 2 rotoru 2, je mezi nimi maximální kapacita, zatímco kapacita mezi sekcí 61 statoru 2 ^a elektrodou 2 rotoru 2 je minimální, protože zuby elektrody 2 rotoru 2_ a zuby sekce statoru 61 se nacházejí v mezipoloze, proud tudíž poteče dolní větví diferenciálního transformátoru. Tímto uspořádáním snímače lze získat na otáčku hřídele 2 dvojnásobný počet signálů polohy než kolik zubů má elektroda 2 rotoru 2· Získaný signál polohy je zesílen úzkopásmovým zesilovačem 11 naladěným na frekvenci vysokofrekvenčního generátoru 2· Pomocí impedančního transformátoru 12 se signál přivede na Schmittův klopný obvod 22., odkud se z výstupu 14 odebírá digitálně použitelný signál.

Claims (3)

1. Kapacitní rotační snímač polohy s vyhodnocovacím obvodem je složen z rotoru upevněného na hřídeli motoru, motor je ve formě desky z izolačního materiálu, je opatřen kruhovou kovovu elektrodou, která má radiální zuby s mezerami, proti rotoru je umístěn stator snímače ve formě desky z izolačního materiálu, kapacitní rotační snímač polohy s vyhodnocovacím obvodem vyznačený tím, že rotor je opatřen kovovým kroužkem (41) , jehož průměr je menší než průměr kruhové kovové elektrody (3) a je s ní vodivě spojen, stator je opatřen kovovou elektrodou rozdělenou na dvě sekce (61, 62)., sekce (61, 62) mají radiální zuby rozměrově a tvarově shodné se zuby elektrody (3) rotoru (2), zuby první sekce (61) statoru (5) jsou oproti druhé sekci (62) posunuty o 90° elektrických, sekce (61, 62) jsou galvanicky odděleny a jsou opatřeny obvody (71, 72), které jsou připojeny na sekundární vinutí diferenciálního transformátoru (10), který je zapojen na vysokofrekvenční generátor (9) přičemž stator (5) je opatřen kovovým kroužkem (42) stejných rozměrů a umístění jako kovový kroužek rotoru (41), kroužek (42) statoru (5) je vyveden na zesilovač (11) zapojený přes impedanční transformátor (12) na Schmittův klopný obvod (13) tvořící výstup (14) snímače.

2. Kapacitní rotační snímač polohy podle bodu 1, vyznačený tím, že kovová elektroda statoru je rozdělena na dvě sekce (61, 62) tak, že sekcemi (61, 62) je vytvořeno mezikruží, kde první sekce (61) opisuje vnější a druhá sekce (62) vnitřní kružnici, přičemž radiální zuby obou sekcí (61, 62) se v mezikruží pravidelně střídají.

3. Kapacitní rotační snímač polohy podle bodu 1, vyznačený tím, že kovová elektroda statoru je rozdělena na dvě sekce (61, 62) tak, že radiální zuby obou sekcí (61, 62) se nacházejí pouze v jednom kvadrantu.