RU2446382C1 - Gyroscope - Google Patents
Gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446382C1 RU2446382C1 RU2010133531/28A RU2010133531A RU2446382C1 RU 2446382 C1 RU2446382 C1 RU 2446382C1 RU 2010133531/28 A RU2010133531/28 A RU 2010133531/28A RU 2010133531 A RU2010133531 A RU 2010133531A RU 2446382 C1 RU2446382 C1 RU 2446382C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- gyroscope
- coils
- annular
- stator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению и может использоваться при создании бескарданных гироскопов на сферической шарикоподшипниковой опоре, которые могут применяться, например, в качестве чувствительных элементов гиростабилизаторов или двухканальных измерителей угловой скорости.The invention relates to instrumentation and can be used to create gimballess gyroscopes on a spherical ball bearing, which can be used, for example, as sensitive elements of gyrostabilizers or two-channel angular velocity meters.
Известен гироскоп [1], содержащий корпус, гиромотор, карданов подвес, датчики угла и датчики момента, повернутые относительно друг друга на 90° вокруг продольной оси гироскопа.Known gyroscope [1] containing a housing, a gyromotor, cardan suspension, angle sensors and torque sensors, rotated relative to each other by 90 ° around the longitudinal axis of the gyroscope.
Основным недостатком данного гироскопа является наличие карданова подвеса, что обуславливает значительный дрейф гироскопа из-за необходимости применения токоподводов для подачи электропитания на обмотки гиромотора, датчиков угла и датчиков момента и шарикоподшипников - для обеспечения вращения рамок карданова подвеса.The main disadvantage of this gyroscope is the presence of a cardan suspension, which leads to a significant drift of the gyroscope due to the need to use current leads to supply power to the windings of the gyromotor, angle sensors and torque sensors and ball bearings to ensure rotation of the frames of the cardan suspension.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является гироскоп [2], содержащий корпус с герметично закрывающейся крышкой, гиромотор, ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, датчики угла индуктивного типа и электромагнитные датчики момента. Статор гиродвигателя состоит из двух шихтованных пакетов, разделенных между собой немагнитным элементом, и обмотки, витки которой охватывают оба пакета. Обмотка гиродвигателя кроме основной своей функции выполняет функцию первичной обмотки индуктивного датчика угла. Вторичные обмотки датчиков угла намотаны раздельно на каждом пакете, причем каждая пара обмоток геометрически сдвинута относительно друг друга на 90°, что позволяет производить измерения по двум осям. Датчики момента конструктивно выполнены аналогично с датчиками угла и геометрически сдвинуты относительно них на 180°.The closest in technical essence to the claimed device is a gyroscope [2], comprising a housing with a hermetically sealed cover, a gyromotor, a rotor on a spherical ball bearing, angle sensors of inductive type and electromagnetic torque sensors. The stator of the gyrodrive consists of two burst packages, separated by a non-magnetic element, and a winding, the turns of which cover both packages. The gyro motor winding, in addition to its main function, performs the function of the primary winding of an inductive angle sensor. The secondary windings of the angle sensors are wound separately on each package, with each pair of windings geometrically offset relative to each other by 90 °, which allows measurements on two axes. The torque sensors are structurally made similarly to angle sensors and are geometrically shifted relative to them by 180 °.
Недостатком данного гироскопа является сложная, трудоемкая в изготовлении конструкция статора гиромотора, не позволяющая создание малогабаритных гироскопов.The disadvantage of this gyroscope is the complicated, labor-intensive construction of the gyro motor stator, which does not allow the creation of small-sized gyroscopes.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание малогабаритного гироскопа на сферической шарикоподшипниковой опоре за счет упрощения конструкции и снижения трудоемкости изготовления статора гиромотора.The problem to which the invention is directed, is to create a small-sized gyroscope on a spherical ball-bearing support by simplifying the design and reducing the complexity of manufacturing a gyromotor stator.
Поставленная задача для гироскопа, содержащего корпус с расположенным внутри него гиромотором, включающим статор с катушками и ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, трансформаторно-индуктивные датчики угла и электромагнитные датчики момента, решается за счет того, что в роторе гиромотора выполнена кольцевая полость, в которой расположены катушки статора гиромотора: катушка возбуждения и катушка положения, смещенные относительно друг друга на 90° и жестко закрепленные на корпусе гироскопа, а на роторе находятся кольцевой магнитопровод и кольцевой двухполюсный постоянный магнит гиромотора, расположенные напротив рабочих частей катушек статора.The task for a gyroscope containing a housing with a gyromotor located inside it, including a stator with coils and a rotor on a spherical ball bearing, transformer-inductive angle sensors and electromagnetic torque sensors, is solved due to the fact that the annular cavity in which the gyromotor is located has an annular cavity in which gyromotor stator coils: the excitation coil and the position coil are 90 ° offset from each other and rigidly fixed to the gyroscope body, and the ring mag itoprovod and annular pole permanent magnet giromotora located opposite the working portions of the stator coils.
К существенным отличиям предложенного гироскопа по сравнению с известным является выполнение в роторе гиромотора кольцевой полости для расположения катушек возбуждения и положения статора гиромотора и размещение на роторе кольцевого двухполюсного постоянного магнита гиромотора, что позволило уменьшить габариты гироскопа и снизить трудоемкость его изготовления, сохранив при этом точностные параметры устройства-прототипа.Significant differences of the proposed gyroscope compared to the known one are the implementation of the annular cavity in the rotor of the gyromotor for the location of the excitation coils and the position of the stator of the gyromotor and the placement of the annular bipolar permanent magnet of the gyromotor on the rotor, which made it possible to reduce the size of the gyroscope and reduce the complexity of its manufacture, while preserving the exact parameters prototype devices.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг 1 представлен вид предложенного гироскопа сбоку в разрезе; на фиг.2 - вид в сечении по линии А-А фиг.1; на фиг.3 представлен статор в разрезе со схемой обмотки; на фиг.4 - габаритный чертеж одного из вариантов гироскопа.In Fig 1 presents a sectional view of the proposed gyroscope; figure 2 is a view in section along the line aa of figure 1; figure 3 presents the stator in section with a diagram of the winding; figure 4 is a dimensional drawing of one of the options for a gyroscope.
Гироскоп содержит корпус 1, гиромотор, включающий статор 2 с катушками и ротор 3 на сферической шарикоподшипникой опоре 4, датчики 8 угла и датчики 9 момента. В роторе 3 гироскопа выполнена кольцевая полость, в которой находится кольцевой магнитопровод 6 и кольцевой двухполюсный постоянный магнит 7. Неподвижные катушки статора 2 жестко закреплены на корпусе гироскопа и расположены в кольцевой полости ротора 3 таким образом, что рабочие части намотки катушек 12 размещены напротив кольцевого магнитопровода 6 и кольцевого двухполюсного постоянного магнита 7 ротора 3. Работа гиромотора основана на принципе действия двухфазного бесколлекторного двигателя постоянного тока [3]. Создание вращающего момента ротора основано на правиле Флеминга. На проводник с током, расположенный в магнитном поле, действует сила. Направление силы определяется правилом левой руки, а ее значение равноThe gyroscope contains a housing 1, a gyromotor, including a
где z - количество проводников,where z is the number of conductors,
В - магнитная индукция в воздушном зазоре;B - magnetic induction in the air gap;
I - электрический ток;I is the electric current;
l - эффективная длина проводника.l is the effective length of the conductor.
Для регистрации угла поворота ротора 3 гиромотора используются датчики 8 угла, неподвижная (статорная) часть которых выполнена, например, в виде П-образного сердечника, на который надеты две одинаковые катушки 11, одна из этих катушек является обмоткой возбуждения, а вторая - сигнальной обмоткой. Датчик 8 угла по каждому каналу содержит два таких сердечника с катушками 11, расположенных диаметрально и смещенных относительно осей чувствительности гироскопа на угол 45°. Сигнальные обмотки датчиков 8 угла включены последовательно встречно так, что наводимые в них ЭДС вычитаются. Для создания управляющих моментов используются электромагнитные датчики 9 момента, работающие на постоянном токе. На средний стержень каждого сердечника, имеющего, например, Ш-образную форму, надета катушка управления. Ротором, общим для датчиков 8 угла и датчиков 9 момента, является, например, ферритовое кольцо 10, располагаемое на роторе 3 гиромотора.To register the rotation angle of the rotor 3 of the gyromotor,
Гироскоп выполнен герметичным и заполнен гелиеводородной смесью до давления, например, 750 мм рт.ст. в целях снижения аэродинамического момента сопротивления и его влияния на дрейф гироскопа (через проекции этого момента на оси чувствительности гироскопа). Для съема и подачи электрических сигналов служат гермовводы 13.The gyroscope is sealed and filled with a helium-hydrogen mixture to a pressure of, for example, 750 mmHg. in order to reduce the aerodynamic moment of resistance and its effect on the drift of the gyroscope (through the projection of this moment on the axis of sensitivity of the gyroscope). For removal and supply of electrical signals, pressurizes 13.
Гироскоп работает следующим образом. В нулевом положении в силу симметрии выходной сигнал с датчиков 8 угла отсутствует. В режиме измерения при наличии угловой скорости, например, относительно оси Y корпус 1 гироскопа начнет разворачиваться относительно этой оси, а ротор 3 будет стремиться сохранить неизменным в инерциальном пространстве направление вектора кинетического момента. Зазоры между ферритовым кольцом 10 и торцевыми поверхностями сердечников датчиков 8 угла изменятся и на выходе датчика 8 угла появится сигнал, амплитуда которого пропорциональна измеряемому углу, а фаза определяет знак углового перемещения. Данный сигнал электрически обрабатывается и подается в катушки датчика 9 момента по оси Z, при этом ротор 3 по правилу гироскопии будет прецессировать (поворачиваться) относительно оси Y, стремясь уменьшить до нуля рассогласование на датчике 8 угла. Мерой угловой скорости является ток в катушках датчика 9 момента. Зависимость квадратичнаяThe gyroscope works as follows. In the zero position due to symmetry, the output signal from the
где w - измеряемая угловая скорость;where w is the measured angular velocity;
к - масштабный коэффициент датчика момента;k is the scale factor of the torque sensor;
I - ток в катушке датчика момента.I is the current in the coil of the torque sensor.
При использовании гироскопа в качестве чувствительного элемента гиростабилизатора сигнал с датчика 8 угла электрически обрабатывается и подается, например, на двигатель разгрузки гиростабилизатора. Датчик 9 момента гироскопа при этом используется либо для компенсации дрейфа гироплатформы, либо для управления, при необходимости разворота гироплатформы.When using a gyroscope as a sensitive element of the gyrostabilizer, the signal from the
Предложенная конструкция гироскопа отличается простотой, высокой технологичностью и низкой трудоемкостью по сравнению с аналогичными устройствами, сохраняя при этом точностные параметры гироскопа. Преимущества обусловлены следующими основными особенностями:The proposed design of the gyroscope is simple, high adaptability and low complexity compared to similar devices, while maintaining the accuracy of the gyroscope. The advantages are due to the following main features:
1) отсутствие кардановых рамок;1) lack of cardan frames;
2) использование двухфазного бесколлекторного электродвигателя постоянного тока;2) the use of a two-phase brushless DC motor;
3) использование единой сферической шарикоподшипниковой опоры, сочетающей функции подшипников ротора гиромотора и подшипников рамок и реализующей принцип уменьшения трения Жуковского, согласно которому момент трения направлен противоположно вектору относительной угловой скорости вращения колец шарикоподшипника и в данном случае практически не проектируется на оси чувствительности гироскопа.3) the use of a single spherical ball bearing that combines the functions of the gyro rotor bearings and frame bearings and implements the Zhukovsky friction reduction principle, according to which the friction moment is directed opposite to the relative angular velocity of rotation of the ball bearing rings and in this case is practically not projected on the gyro sensitivity axis.
Источники информацииInformation sources
1. АС СССР №431808 Трехстепенный гироскоп // МПК G01C 19/00, заявлено 26.11.1971 г.1. AS of the USSR No. 431808 Three-stage gyroscope // IPC G01C 19/00, declared on 11.26.1971
2. Патент США №3517562, НКИ 74/5.6, МПК G01C 19/28, выдан 30.06.1970 г. (прототип).2. US patent No. 3517562, NKI 74 / 5.6, IPC G01C 19/28, issued June 30, 1970 (prototype).
3. Информационный материал «AVR440: Управление двухфазным бесколлекторным электродвигателем постоянного тока без датчиков» с.1-10.3. Information material “AVR440: Control of a two-phase brushless DC motor without sensors” p.1-10.
Сайт в Интернете: www.gaw.ru, б/г.Website on the Internet: www.gaw.ru, b / g.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010133531/28A RU2446382C1 (en) | 2010-08-10 | 2010-08-10 | Gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010133531/28A RU2446382C1 (en) | 2010-08-10 | 2010-08-10 | Gyroscope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010133531A RU2010133531A (en) | 2012-02-20 |
RU2446382C1 true RU2446382C1 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=45854251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010133531/28A RU2446382C1 (en) | 2010-08-10 | 2010-08-10 | Gyroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446382C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728733C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-07-30 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Gyroscope |
RU2771918C2 (en) * | 2021-07-12 | 2022-05-13 | Акционерное общество "Мичуринский завод "Прогресс" | Gyroscope |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3517562A (en) * | 1967-09-12 | 1970-06-30 | Raytheon Co | Inertial gyroscope |
RU2210735C1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-08-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Gyroscope |
RU2215261C2 (en) * | 2002-01-30 | 2003-10-27 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Gyroscope |
SU431808A1 (en) * | 1971-11-26 | 2005-08-20 | Е.С. Аршинов | THREE-STEPPED GYRO |
RU2308680C2 (en) * | 2005-11-30 | 2007-10-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Gyroscope |
-
2010
- 2010-08-10 RU RU2010133531/28A patent/RU2446382C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3517562A (en) * | 1967-09-12 | 1970-06-30 | Raytheon Co | Inertial gyroscope |
SU431808A1 (en) * | 1971-11-26 | 2005-08-20 | Е.С. Аршинов | THREE-STEPPED GYRO |
RU2210735C1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-08-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Gyroscope |
RU2215261C2 (en) * | 2002-01-30 | 2003-10-27 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Gyroscope |
RU2308680C2 (en) * | 2005-11-30 | 2007-10-20 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Gyroscope |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2728733C1 (en) * | 2019-09-13 | 2020-07-30 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Gyroscope |
RU2771918C2 (en) * | 2021-07-12 | 2022-05-13 | Акционерное общество "Мичуринский завод "Прогресс" | Gyroscope |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010133531A (en) | 2012-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8471552B2 (en) | Rotational angle-measurement apparatus and rotational speed-measurement apparatus | |
EP3186131B1 (en) | Low-height sensor for measuring torque angle | |
US9587963B2 (en) | Brushless linear rotary transformer | |
EP2771646A1 (en) | Magnetic flux enhancer system for reluctance type sensors | |
RU2460040C1 (en) | Gyroscope (versions) | |
JP2005513992A (en) | Canned motor | |
JP2019219049A (en) | Magnetic bearing system and rotary machine | |
RU2446382C1 (en) | Gyroscope | |
RU2308680C2 (en) | Gyroscope | |
RU2728733C1 (en) | Gyroscope | |
CN104483510B (en) | A kind of measuring method for measuring rotary acceleration sensors | |
JP2009271054A (en) | Position detecting device and rotary linear motion motor with the same | |
RU2687169C1 (en) | Dynamically tuned gyroscope | |
JP2009222542A (en) | Magnetometric sensor element and electronic azimuth meter | |
US2753718A (en) | Induced voltage pickoff for rate gyros | |
JPH01318901A (en) | Magnetic induction type sensor | |
RU2725880C1 (en) | Two-channel angular speed sensor | |
RU2771918C2 (en) | Gyroscope | |
RU154135U1 (en) | GYROSCOPIC ANGULAR SPEED METER | |
JP2020153980A (en) | System for determining at least one rotation parameter of rotating member | |
ES2656515T3 (en) | Angle sensor | |
RU2178142C2 (en) | Dynamically adjusted gyro | |
CN110887466A (en) | Non-magnetic coupling bimodal high-precision permanent magnetic torquer | |
JP2002540613A (en) | Method for determining the position of a movable element within at least one main pole air gap of an electromagnetic actuator | |
RU105427U1 (en) | TRANSFORMER ANGULAR MOVEMENT SENSOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180811 |