SE452506B - Anordning for att i ett gyro alstra en mot en vinkel mellan gyrots rotor och dennas upphengning svarande elektrisk signal - Google Patents

Description

4-52 506 i 2_ REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN TEKNISKT PROBLEM Utnyttjandet av potentiometer och släpringsfunktion i anslutning till gyro ställer stora krav på renhet vid tillverkning, lager- hållning och användning. Det skall härvid bemärkas att lagerhåll- ningstiden är lång och kan sträcka sig över flera år. Använda potentiometrar är framträdande känsliga för beläggningar, smuts och främmande partiklar på de elektriska kontaktytorna (platina), vilket upplevs som ett stort problem i sammanhanget. Kravet på tillförlitlig funktion hos gyrot som sådant är mycket högt.

Det är angeläget att den elektriska signalen som skall indikera ifrågavarande vinkel är entydig och lätt behandlíngsbar i signal- behandlande utrustning.

Föreslagna optiskt arbetande anordningar för avkänning av rotorns vridvinkel i förhållande till stommen är komplicerade från till- verknings- och användningssynpunkt.

LÖSNINGEN Föreliggande uppfinning avser att föreslå en anordning som löser bl a den i ovanstående angivna problematiken. Det som därvid huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för den nya anordningen är att elementet är anordnat till gyrots yttre vridaxel som är vinkelrätt anordnad mot en inre vridaxel kring vilken rotorn är lagrad så att dess rotationsaxel sträcker sig vinkelrätt mot nämnda inre vridaxel, att elementet är integrerat med eller fast- satt i delar av en rotorns lagring uppbärande ram så att nämnda flödesförändringar blir beroende av nämnda vinkel, att åtminstone nämnda delar av nämnda ram är utförd i magnetiskt material, och att elementet uppvisar ett från den första vridaxeln avsmalnande sfärformat parti, under vilket permanentmagneten(-erna) passerar vid rotorns rotation. n 452 506 Elementet är företrädesvis väsentligen triangelformat i sin projektion till horisontalsnittet. Elementet är vidare integrerat med eller fastsatt i delar av en ram (gimbal) som uppbär rotorns lagring. Åtminstone nämnda delar av nämnda ram är utförda i magnetiskt material. Elementet är företrädesvis förbundet med en i den första axeln ingående lagringstapp som även den är ut- förd i magnetiskt material.

Nämnda induktionslindning är anordnad i en urtagning i en gyrot utnyttjande enhet och därvid företrädesvis koncentrisk kring en i nämnda första vridningsaxel ingående lagringstapp. Elementet och lagringstappen kan därvid bilda en gemensam enhet.

Den elektriska signalen som erhålles i den elektriska lindningen utgöres företrädesvis av ett pulstág, varvid avståndet mellan pulserna (pulsperioderna) indikerar storleken pá ifrågavarande parameter på den elektriska signalen. Det är givetvis möjligt att anordna elementet så att ett olinjärt samband erhålles.

FÖRDELAR Genom uppfinningen erhålles en extremt enkel och väl fungerande avtagarprincip för fastställande av rotorns vridvinkel kring eller i sin lagringsaxel. Problemet med lång lagrinsbarhet i aktuell miljö får därigenom en entydig lösning. Några släpringar erfordras ej.

Använt på t ex en ammunitionsenhet (robot) blir det möjligt att ur samma gyro få exakta vinkelavläsningar på såväl gir- som tipp- vinkel. I fallet där den elektriska signalen erhålles i form av ett pulstág, i vilket vinkeln är representerad med t ex puls- avståndet, ges förutsättningar för en distinkt och enkel signal- behandling.

FIGURBESKRIVNING En för närvarande föreslagen utföringsform av en anordning som uppvisar de för uppfinningen signifikativa kännetecknen ska be- 452 506 skrivas i nedanstående under samtidig hänvisning till bifogade ritning där figur 1 i vertikalsnitt visar ett gyro anordnat i en stomme t ex en ammunitionsenhet, figur 2 i vertikalsnitt, vridet 900 i förhållande till figuren 1, visar delar av gyrot enligt figuren l, figur 3 visar i horisontalsnitt utefter linjen A-A i figuren l ifrågavarande gyro, figur 4 i horisontalvy visar funktionsprincipen för gyrot enligt figurerna l-3, figur 5 visar i horisontalvy funktionsprincipen mera detal- jerat än figur 4, figur 6 visar ett elektriskt pulstâg erhållet från gyrot enligt figurerna 1-3, och figur 7 visar fyrkantpulser extraherade från pulstàget en- ligt figuren 6.

BÄSTA UTFÖRINGSFORMEN I figuren 1 anges med 1 en stomme, i vilken gyrot kan vara anordnat.

Stommen kan utgöras av en ammunitionsenhet, ett fordonschassi, etc.

Gyrot uppvisar en första vridningsaxel 2, vilken konkretiseras av lagringstappar 3 och 4. Gyrot är lagrat i nämnda lagringstappar i stommen via lagringar 5 och 6 som kan utgöras av i och för sig kända kullager. Nämnda lagringstappar 3 och 4 ingår i en yttre gimbal tillsammans med en ram 7. Nämnda yttre vridningsaxel 2 är vinkelrätt anordnat i förhållande till en inre vridningsaxel 8, kring vilken gyrots rotor 9 är lagrad. Den inre vridningsaxeln är vinkel- rätt anordnad i förhållande till rotorns rotationsaxel 10. Rotorn är i princip uppdelad i två halvor med ett perifert lagringsspår 9a.

Rotorns halvor är försedda med var sin cirkulära sidoyta varvid g 452 506 halvornas sidoytor är väsentligen parallella. Ändkanterna 9b på nämnda halvor är bågformade (sfärformade). Rotorn är lagrad i två par lagringsorgan 11, 12 och 11', 12”. Sistnämnda lagringsorgan utgöres av rullager som anligger mot bottenytan i ringspàret 9a.

I rotorns ena halva 9' är anordnade en eller flera stavmagneter.

I utföringsexemplet är två stavmagneter anordnade i rotorns ena halva och belägan diametralt motställda varandra. Rotorn kan alternativt förses med tre eller flera stavmagneter som fördelas jämnt utefter omkretsen enligt figuren 2.

Gyrot innefattar även ett element 14 som är integrerat med eller är infäst i ramen 7, vid lagringstappen 3. Elementet är utfört i magnetiskt material. Även ramen 7, eller åtminstone de delar som är belägna vid nämnda lagringstapp 3, är utförd i magnetiskt materi- al, vilket även gäller lagringstappen 3.

Elementet uppvisar en sfärisk sträckning och har ett horisontal- snitt enligt figuren 3 som är väsentligen triangelformat. Elemen- itet 14 uppvisar en sfärisk form som väsentligen ansluter sig till formen på rotorhalvornas ändytor 9b.

Stommen 1 är vid lagringstappen 3 och kullagret 5 anordnad med en urtagning la. I denna urtagning är en induktionsspole 15 inplace- rad. Anslutningsledningar 15a och l5b är anslutna till omvandlings~ organ 16 för elektriska signaler.

På känt sätt är gyrot vridbart kring vridaxeln 3 och gyrorotorn 9 relativt sin lagringsaxel 8. Lagringsaxeln konkretiseras av två lagringstappar 17, l7', vilka är lagrade i ramen 7 via kullager 18, 18'av känt slag. Uppfinningen möjliggör att man pà ett enkelt sätt kan mäta vridningsvinkeln mellan gyrorotorn och ramen 7 (gimbalen). Ett utgångsläge är indikerat med Oo. Gyrot kan därvid vrida sig från nämnda utgångsläge i en riktning a, jämför vinkeln + D(, och i en riktning b, jämför vinkeln - OK.

Avtagarprincipen framgår bl a av figuren 4. När gyrot aktiveras (startas) ges gyrorotorn en hög rotationshastighet. De två magne- 452 506 ter 13 som är fastsatta på rotorn kommer vid sina passager av den triangulärt formade avtagaren (elementet 14) att förorsaka en mag- netisk flödesändring dels vid respektive magnets passage in under triangeln, dels när aktuell magnet passerar ut från triangeln.

Denna flödesändring känns av i induktionslindningen som i sin tur avger två elektriska impulser il och i . Tack vare avtagarens 14 2 form är pulserna motriktade varandra.

Genom vridning av gimbalen (ramen 7) relativt rotorn kommer magne- terna att passera på olika ställen under triangeln. Figuren 5 visar fallet där gimbalen rört sig mot läget a (se figuren 1). Ett läge a' är indikerat i figuren som även visar pilar där respektive magnet passerar in under det triangelformade elementet.

Den inbördes rörelsen mellan gimbalen och elementet 14 medför att passagetiden t för respektive magnet blir längre. I figuren visas pulsavståndet mellan pulserna il och i2 med tn, vilket är puls- avståndet i utgångsläget 0°. Den längre passagetiden ger ett större pulsavstând ta mellan pulserna il. och iz.. Ovanstående innebär att ta >- tn när gimbalsystemet vrides i riktning a. På motsvarande sätt blir passertiden th <1 tn om systemet vrides i riktning b.

Studerar man ett helt varv hos rotorn erhålles pulståget enligt figuren 6. Rotorns nominella varvtal kan vara olika från en start till en annan och därtill minskar varvtalet som funktion av tiden.

Dessa egenskaper saknar emellertid betydelse. Om man nämligen antar att den elektriska efterbearbetningen i kretsen 16 (se figuren 1) omformar tiden t till en spänningspuls med amplituden Ut och längden t erhålles ett pulståg enligt figuren 7 där pulsförhållandet är lika.

Om man vidare antar att spänningspulserna Ut utsträckes under tiden T (pulsen kan betraktas som en yta med storleken Ut x t) erhålles en ny puls med amplituden UT och längden T, vilket innebär att totalytan är oföränrad. Man erhåller således Ut x t + Ut x t = UT x T 7, 452 506 Om Ut är känt erhålles följaktligen UT som således är proporti- onellt mot kvoten t/T. Om varvtalen är olika eller varvtalet ändras spelar detta ingen roll eftersom t och T ändras procent- uellt lika mycket och således kan förkortas bort. Vid t ex X % förändring erhålles: X UT = Ut . 2t(1-100) T(1- __§__)= Ut _ EE 100 T Det framgår vidare att eftersom tiden t ändras som funktion av vinkel ändras också UT som funktion av vinkeln.

Tack vare att avtagaren (elementet 14) är väsentligen triangulär erhålles ett linjärt samband mellan vinkel och utspänning. Om av- tagaren utformas på annat sätt, d v s ej triangulärt, kan olin- jära samband erhållas mellan utsignal och vinkel.

Signalbehandlingskretsarna 16 (se figuren 1) kan utföras antingen med analog teknik (lågpassfiltreríng) eller med digital teknik (mikrodatorer som direkt kan utföra divisionen t/T).

Uppfinningen är inte begränsad till den i ovanstående såsom exem- pel visade utföringsformen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav och uppfinningstanken.

Sá t ex kan gyrots rotor förses med endast en permanentmagnet och två avtagarelement som därvid kan vara anordnade vid var sin lag- ringstapp 3, 4 för den yttre vridaxeln. Två induktionslindningar är därvid nödvändiga.

Claims (7)

.12 J 8 PATENTKRAV

1. Anordning för att i ett gyro alstra en mot en vinkel (-GÅ 4-oz) mellan gyrots rotor (9) och dennas upphängning (Z) svarande elektrisk signal, varvid rotorn är försedd med en eller flera permanentmagneter (13), ett i magnetiskt material utformat element (14) är anordnat pas- norhnrl nv |wrmanontmagneternas magnetfält under rotorns rotation så att magnetiska flödesförändringar uppkommer i elementet, och en elekt- risk induktionslindning (15) avkänner flödesförändringarna och i beroe ende av dessa alstrar den elektriska signalen, k ä n n e t e c k n a d därav, att elementet (14) är anordnat till gyrots yttre vridaxel (2) som är vinkelrätt anordnad mot en inre vridaxel (8), kring vilken ro- torn (9) är lagrad så att dess rotationsaxel (10) sträcker sig vinkel- rätt mot nämnda inre vridaxel, att elementet är integrerat med eller fastsatt i delar av en rotorns lagring uppbärande ram (7) så att nämnda flödesförändringar blir beroende av nämnda vinkel, att åtminstone nämn- da delar av nämnda ram är utförd i magnetiskt material, och att elemen- tet uppvisar ett från den första vridaxeln (2) avsmalnande sfärformat parti, under vilket permanentmagneten(-erna) passerar vid rotorns rota- tion. 20 att elementet har ett väsentligen triangelformat horisontalsnitt.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav,

3. t e c k n a d Anordning enligt något av patentkraven 1 eller 2, k ä n n e- därav, att elementet är förbundet med en i den första axeln ingående lagringstapp (3) som är utförd i magnetiskt material.

4. att nämnda lindning (15) är koncentriskt anordnad Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d därav, kring nämnda lag- ringstapp (3). 452 506

5. - Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att elementet och lagringstappen bildar en gemensam enhet.

6. - Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k- n a d därav, att elementet är anordnat så att ett linjärt samband före- ligger mellan storleken på nämnda vinkel ( -OK,-+00 och den elektriska signalen.

7. Anordning enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k- n a d därav, att elementet är anordnat så att ett olinjärt samband föreligger mellan storlekarna på nämnda vinkel och elektriska signal.