SU521636A1 - Индукционный датчик угла - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области автоматики и телемеханики и может быть использовано в прецизионных системах передачи и измерени  угла поворота вала.

В насто щее врем  в высокочастотных системах передачи и кодировани  угла поворота вала используютс  многополюсные датчш :и угла. Такие датчики содержат статор , ротор и мо.цул тор. Каждь(й из указанных элемешов выполнен в виде диска, причем модул тор установлен на валу электродвигател , а на статоре и роторе рас опожень: многополюсные обмотки, одна из ,-соторых  вл етс  обмоткой возбуждени , а друга  - выходной обмоткой р., 21.

Известен также индукционный датчик угла, содержащий дисковый статор с многополюсной выходной обмоткой, закрепленный в корпусе датчика, дисковый ротор с многополюсной секционированной выходной обмоткой и металлизированным кольцом, механически соединеш-1ый с управл ющим вапом , д:::сковый мо.оул тор, несущий на торцах многопсл.ос:ь}е обмотки возбуждени  и металлкзировашгые кольца л расположенный на валу двигател  между дисками статора и ротора датчика, и установленный на валу двигател  кольцевой трансформатор, подвижна  обмотка которого соединена с многополюсными обмотками модул тора, а неподвижна  - с зажимами высокочастотного генератора 1.3J.

Данное устройство  вл етс  наиболее близким к изобретению.

Однако даже при идеальном выполнении обмоток ротора, статора и модул тора эксцентриситет и торцовый бой, допустимые при установке ротора, статора и модул тора , вызывают погрешность работы устройства ., так как величина выходного сигнала зависчт от изменени  воздушного зазора между дисками модул тора, ротора и статора . Амплитуда ошибки выходного сигнала может достигать в подобных устройствах значени  С 1,8 угловых сек.

Произведенна  первоначально выставка ротора, статора и модул тора в процессе эксплуатации может не сохранитьс  посто нной из-за температурных деформаций, пепеменных нагрузок и естественного износа

ПОДШИПШ1КОБ. Ввиду этого ошибку преобразовател  нельз  считать систематической и учитывать в каждом отдельном случае.

Таким , технологические возможности став т предел инструментальной точности фазовых преобразователей.

С пелью повышени  точности предлагаемый датчик снабжен катушками индуктивности , а его металлизированное кольцо разделено изолирующими промежутками на части , образующие с катушками индуктивности резонансные контуры, число которых равно числу секций выходной обмотки, и соединенные между собой последовательно, а кажды из резонансных контуров соеш5нен через резистор с соответствующей секдией обмотки возбуждени .

На фиг. 1 показан предлагаемый датчик; на фиг. 2 - ротор; на фиг. 3 - модул тор; на фиг. 4 - принципиальна  электрическа  схема датчика угла; на фиг. 5 - графики зависимости выходной э. д. с. резонансного контура от его собственной частоты.

Датчик угла содержит дисковый ротор 1, механически соединенный с управл ющим валом , дисковый модул тор 2, установленный между ротором 1 и дисковым статором 3, закрепленным в корпусе датчика. Модул тор 2 установлен на валу электродвигател  4. Элементы датчика угла помещены в экранирующий корпус 5. На модул торе нанесены многополюсные обмотки возбуждени  6 и 7 и металлизированные кольца 8 и 9. На валу электродвигател  4 установлена подвижна  обмотка 10 кольцевого трансформатора, неподвижна  обмотка 11 которого соединена с зажимами высокочастотного генератора (на фигурах не показан).

Многополюсна  выходна  обмотка ротора состоит из четырех секций 12-15 (см. фиг. 2) с соответствующими выводами IBIT , 18-19, 20-21, 22-23 на обратную сторону диска. На роторе 1 нанесено металлизированное кольцо, разделенное изолирующими промежутками на восемь частей с соответствующими выводами 24-31 на офатную сторону диска.

На фиг. 3 показан модул тор 2 со стороны , обращенной к ротору 1. Многополюсна  обмотка возбуждени  6 имеет выводы о2 и 33 дл  подключени  к подвижкой обмогк :; 1 О кольцевого трансформатора. Металллз;;;;о:12-- .кное кольцо 8 обращено к участкам мегалллзировакного кспьыа ротора 1 и обризз (;;т с р;1-:м;; (см. фкг. 1) четыре конденсатора , соедшчевие которь х с другими элементами датчика показано не принципиальной электрической схеме, представленной на фиг. 4. Высокочастотный генератор 34 подключен к неподвижной обмотке 11 кольцевого трансформатора, подвижна  обмотка которого подключена к обмоткам 6 и 7 модул тора. Секци  обмотки ротора с выводами 16-17, 18-19, 2О-21, и 22-23 подключены через резисторы 35-38, установленные на внешней стороне, к конденсаторам , образованным участками металлизированного кольца ротора и кольцом модул тора и обозначенным на схеме выводакш 24-2.5, 26-27, 28-29, ЗО-31. Параллельно кoндeнcaтopa подключены катушки и:1дуктивности 39-42, установленные также на внешней стороне ротора, которые образуют резонансные контуры, число которы равно числу секций выходной обмотки ротора . Все резонансш 1е контуры соединены между собой последовательно и образуют выход ротора Е„.

Схема 43 (см. фиг. 4) соединени  элементов модул тора и ротора аналогична схеме 44 соединени  элементов, расположеных на статоре 3. Схема 44 образует выхо Статора Е...

При вращении модул тора 2 и питании его обмоток высокочастотным напр жением на каждой из секций обмотки ротора и статора образуетс  высокочастотна  э.д.с., модулированна  по амплитуде с частотой, равной произведению частоты враще1ш  электродвигател  4 и числа пар полюсов обмот ки модул тора. Угол поворота ротора преобразуетс  в пропорциональный фазовый сдвиг огпбающих высокочастотных э.д.с, в соответствии с формулой

Ф-P-dL,

где Р - число пар полюсов обмотки модул тора .

Эксцентриситеты установка, например, ротора и модул тора вызывают погрешность фазового сдвига огибающих с противоположными знаками в диаметрально противоположных секци х 13 и 15 (12 к 14} обмотки ротора.

Так как величина выходной э.д.с. секций обмотки ротора зависит от изменеш  воздушного зазора между модул тором и ротором , то торцевые биени  модул тора и ротора вызывают изк;йнение амплитуды огибающих выходных э.д.с. отдельных секций , сдвинутых по фазе из-за эксцентриситетов установки рютора и модул тора.

Задачу компенсации изменени  амплитуды выходной э. д. с. решают резонансные контуры , подключенные через резисторы - секции обмотки ротора.

Принцип их работы по сн етс  зависимостью (см. фиг. 5) выходной э. д. с. резонансного контура Е от его собственной частоты при питании от высокочастотного генератора с частотой f. .

При номинальном зазоре между обмотжой модул тора и одной из секций обмоткп ротора собственна  резонансна  частота f контура лежит ниже частоты f „ генератора При уменьшении зазора увеличиваетс  емкость конденсатора резонансного контура ввиду сближени  металлизированных колец, и собственна  частота контура f оказываетс  ниже предыдущей частоты { , а выходна  э. ег с. контура Е-, меньше э.д.с. Ер. Наоборот, при увеличении зазора выход на  э. д. с. контура Е увеличиваетс . На фиг. 5 кривой О. показана зависимост выходной э. д. с. .,„. секции обмотки ротора от нуменени  зазора О . При уменьшении зазора от .до (Sj э. д.. с. увеличизаетс  от «° шрг. увеличение э. д. с. секции обмотки компенсируетс  уменьшением выходного напр жени  соответствующего резонансно1ч контура с Е, и Е , в результате суммарный эффект выражаетс  в том, что крива  а преобразует с  в пр мую -6 , котора  при правильной настройке контура может быть сделана параллельной ось: асбдисс. В этом случае отсутствует ззЕИСимость выходной э. д. с. контура от изменени  зазора, и сумма всех выходных э. д. с. контуров, получаема  при их последовательном соединении, не содержит фазовой (угловой) погрешности, вызываемой эксцентриситетами и торцевым биением ротора и модул тора. СекционЕроБа1-ш8 обмотки статора и взаимодействие второго металлизированного кольца модул тора с металлизированными участками кольца статора позвол ет при использовании схемы 44 включени  дополнительных катушек индуктивности и резист ров исключить погрешность датчика, возникающую вследствие эксцентриситета и торцевого смещени  статора 3. Однако эта погрешность имеет меньшее значение, так как носит временный характер (измен етс  с частотой вращени  моду л тора) и может быть отфильтрована с пом щью электрических или электромеханических фильтров. Погрешность из-за неточного монтажа poTODa и модул тора нар ду с временной имеет пространственную составл ющую, завис щую от угла поворота ротора. Применение предложенной схемы компенсации погрещности датчика, вызываемой неточным монтажом ротора (статора) и модул тора, позвол ет устранить нар ду с временной также и пространственную погрешность. ормула изооретели  Индукционный датчик угла, содержащий дисковый статор с многополюсной выходной обмоткой, закрепленный в корпусе дат-тика, дисковый ротор с многгополюсной секционированной выходной обмоткой возбуждени  и металлизированным кольцом, механически соединенный с управл ющим валом, дисковый модул тор , несущий на торцах многополюскые обмотки возбуждени  и металлизированные кольца J расположенные на валу двигател  между дисками статора и ротора датчика, и установленный на валу двигател  кольцевой трансформатор, подвижна  обмотка которого соединена с многополюсными обмотками модул тора, а неподвижна  - с зажимами высокочастотного генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, ротор датчика снабжен катушками индуктивности, а его металлизированное кольцо разделено изолирующими промежутками на части, образующие с катушками индуктивности резонансные контуры, число которых равно числу секций выходной обмотки, соединенные меж-ду собой последовательно, а каждый из резонансных контуров соединен через резистор с соответствующей секцией обмотки возбуждени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Ахметжанов А. А. Системы передаточности изд. Энер- чи угла повьщ1енной ги , MW1,, 1966. 343286, 2.Авт. св. СССР № кл. О- 08 с 19/36, 1968, 3.Авт. св. СССР № 386418, кл. & 08 с 9/О4, 1973.

372

л