SU817739A1 - Датчик перемещений - индуктокор - Google Patents

Description

(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ - ИНДУКТОКОР

1

Изобретение относитс  к приборостроению и электротехнике и может быть использовано в устройствах измерени  перемещений подвижных узлов станков, измерительных машин .и приборов .

В современном машиностроении и приборостроении дл  определени  точного взаимного положени  перемещаемых узлов станков, машин или приборов широко используютс  датчики с печатными обмотками, получившее название индуктосин 13 .

Недостатки данных датчиков состо т в малой надежности и сложности съема выходного сигнала с ротора из-за необходимости применени  контактного токосъема.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  датчик перемещени , содержащий неподвижный и подвижный элементы с плоскими противолежащими поверхност ми, снабженными печатными обмотками с равномерным шагом Т, на неподвижном элементе расположены две секционированные обмотки, сдвинутые одна относительно другой на угол, кратный 1/4 Т, а обмотка подвижного элемента образована из радиально .расположенных проводников. Съем

сигнала г; ротора осуществл етс  с помощью кольцевого воздушного трансформатора р.

Однако использование кольцевого трансформатора дл  съема сигнала уменьшает точность и надежность устройства . Точность данного датчика невелика также из-за наличи  высших гармоник в кривой пол , из-за кон0 турных токов в обмотках, а также из-за емкостной св зи между обмотками различных элементов датчика.

Цель изобретени  - повышение надежности и точности датчика.

Дл  реализации поставленной цели

5 неподвижный элемент снабжен дополнительной обмоткой с ш&гом Т, смещенной радиальной относительно основных обмоток и расположенной напротив обмотки подвижного элемента, котора  выполнена короткозамкнутой.

Claims (2)

1. Дополнительна  обмотка неподвижного элемента выполнена несекционированной , состо щей из последова5 тельно соединенных радиальных проводников , которые сдвинуты на 1/4 Т относительно проводников основных обмоток, а проводники обмотки подвижного элемента соединены между собой 0 параллельно с помощью короткозамыкаюй|их шин, расположенных по торцам ука занной обмотки. Неподвижный элемент снабжен второй дополнительной обмоткой с шагом Т, перва  и втора  дополнительные обмотки неподвижного элемента выпол ны секционированными и смешены отно сительно основных обмоток, а провод ники обмотки подвижного элемента со единены последовательно Подвижный элемент снабжен второй дополнительной короткозамкнутой обмоткой , аналогичной первой и смещенной относительно нее по радиусу, ука занные обмотки выполнены секционированными из последовательно соединенных проводников первой и второй обмоток , число секций обмоток подвижно го элемента в К раэ меньше числа секций основных обмоток неподвижного элемента (где К - целое четное число ) , дополнительные обмотки подвижного элемента в зоне, расположенной напротив дополнительной обмотки неподвижного элемента, смещены между собой на величину Т Т (п ± ) где п - целое число, а в зоне, расположенн.ой напротив основных обмо ток, эти секции смещены на . (п ij ) дополнительна  обмотка неподвижного элемента выпол еиа несекционированной. На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, первый вариант выполнени ; на фиг. 2 - схема расположени  его обмоток; на фиг. 3 - датчик, второй ариант выполнени ; на фиг. 4 - схема соединени  его обмоток; на фиг.5 датчик, третий вариант выполнени ; на фиг, 6 - схема расположени  его обмоток. Датчик содержит подвижный элемент (ротор) 1 и неподвижный элемент (ста тор) 2. Эти элементы выполнены в виде дисков, на плоской поверхности xoTOPtdX укреплены печатные обмотки. Короткоза 0снута  обмотка 3 ротора, состоит и печатных проводников , расположенных перпендикул рно перемемемню по радиусу ротора, с равиомерным шагсв Т распрложена меж ду двум  соседними проводниками. Проводники соединены между собой параллельно с помощью двух кольцевых печатных шин 4 и 5. На статоре 2 расположены две сек циоиированиые печатные обмотки 6 и 7 состо щие из радиальных проводников , соединенных последовательно печатными переквчками. Секции различных Обмоток между собой чередуютс , причем секции одной и той же обмотки соединены между собой последовательно с помощью проводного монтажа , проход щего по тыльной стороне элемента. Шаг расположени  проводников внутри секций равен Т, в то врем как секции разноименных обмоток смещены между собой на величину, равнук ( п +:)Т, где п - целое число, которое равно или на 1-2 единицы больше числа проводников в одной рекции. Число п так же, как и приводимые ннже числа п и п, выбираетс  таким образом , чтобы секции различных обмоток располагались р дом, но не перекрывали друг друга. Это число обычно колеблетс  в пределах 2 i п 40. .. Обмотки 6 и 7 имеют выводы 8 и 9. Треть  дополнительна  обмотка 10 статора состоит из последовательно соединенных радиальных проводников, KOTOfftie расположены на радиальных пр мых, проход щих посередине между двум  соседними проводниками обмото 6 и 7 Обмотка 10 имеет вывсгды 11. В датчике сделаны также крепежные отверсти  12 статора и ротора. Статор 2 крепитс  на неподвижной части поворотного устройства, например станине поворотного стола, а ротор 1 - на подвижной его части- таким образом, что ось вращени  стола совпадает с ос ми вращени  элементов 1 и 2, причем печатные обмотки различных элементов располагаютс  непосредственно друг против друга с зазором между ними, который в зависимости от размеров датчика выбираетс  равным 0,05-0,5 VM. В цел х простоты иллюстрации (фиг. 2) кольцевые обмотки 3 ротора 6, 7 и 10 статора развернуты в линейные , печатные проводники изображены в ёиде линий, проведенных по их ос м. В датчике имеютс  проводники 1320 обмотки 3, соединительные шины 4 и 5, печатные соединительные перемычки 21 между проводниками, проводные соединени  22 между секци ми обмоток . Направление перемещени  обмотки 3 показано буквой х. Стрелками обозначено направление тока в обмотках , прин тое за положительное. Короткозамкнута  обмотка 23 ротора второго варианта датчика (фиг. 3) состоит из радиальных печатных проводников , соединенных в отличие от первого варианта последовательно с равноМерным шаТом Т между двум  соседними проводниками. Шаг расположени  проводников -BHyTj H секции равен Т, в то врем  как секции различных обмоток смещены между собой на величину (п tw ГТ, где п - целое число, равное или несколько больше числа проводников в одной секции. На статоре 2 в.отличие от первого варианта расположены две дополнительные обмотки 24 и 25 с выводами 26 и 27, которые также выполнены секционированными с чередованием секций различных обмоток и последовательным соединением секций одной и той же обмотки с помс цью проводного монтажа. Шаг расположени  проводников внутри секций также равен Т, а секции различных обмоток смещены между собой на Т - ()T, где п - целое чис ло, равное или несколько больше числа проводников одной секции обМоток 24 или 25. Стрелками на обмотках (фиг. 4) обозначено направление тока, прин тое за положйте:1ьное, а положительное направление переме& ени  о(4  гк1$ ротора покаэ1ано буквой х. Дл  третьего варианта датчик ша расположени ,проводников внутри сек ций равен Т, однако в отличив от пе вого варианта секции различшм обмо . ток смещены между собой на Т -(п;) где п - целое число« равное или бол ше числа проводников в одной секции Треть  обмотка статора, состо ща , как и в переем варианте, из ра диальных проводников, соедн енных последовательно, имеет равномершайшаг Т между соседними проводниками. В отличие от предыдущих вариантов на роторе 1 расположены две короткозамкнутые обмотки 28 и 29, KOTopi:ie выполнены секциоиированныкш с чередованием секций различных обмоток и шагом между соседними проводникам внутри секции. Капичество секций одной обмотки 28 или 29) в целое число раз ме ьш1е числа секций одной из обмоток статора (данна  обмотка ансшогична обмотке 6 или 7 на фигЛ В части обмоток 28 и 29, расположенной нгшротив третьей обмотки статора , секции различных обмоток 28 смещены между собой иа величину Т T(ryi), где п. - целое число , равное или больше числа проводников в одной секции, а в части обмоток 28 и 29, расположенной напротив секционироваиных обмоток статора , зти ceKiutK дополнительно смещены на Т, т.е. имеют смещение Т а (п ±ii 1) Секции одной и той же ббмотки соединены между собой последовательно с помощью проводного монтажа. Коэффициент взаимоиндукции М между системой проводншсов, аналогичной обмотке 10 или секци м обмо|ток 6 и 7, и проводником обмотки 3, наход щимс  в непосредствеиной св зи с проводникагьш такой системы, может быть определен по формуле: I dk -«А I собт к n..v5f где Кц - коэффициент пропорциональности ; m - номер пространственной гармонии коэффициента взаимо- индуки  ; зазор/между обмотками по ос м проводников; текущее рассто ние проводника обмотки 3 от проводника соответствующей обмотки , прин того начальньвм. Принимгиот в качестве начальных Проводники обмоток 6, 7 и 10 с током , направленным вверх, а в качестве начального положени  обмотки 3 ее же положение (фиг. 2), Обозначают через Ирл коэффициент взаимоийдукЦии между обмотками 6 и 7 или 1.0 (р 6, 7 и 10) и проводниками 13-20 (q 13-20) обмотки 3. Согласно формуле (1) дл  первой гармоники М(т + } Иб.,а -V° 5 - Щ- . где Mj - амплитудное значение первой гармоники. Аналогичнбмогут быть записаны . выражени  и дл  вэанмоиндуктивностей остальных проводников. Эапитывают обмотки б и 7 соответственно токами Зй -3fT siniu t; JY . t, где 3m акйшитудное значение тока. Наход т ЭДС, наводимую в обмотке 10 током, щэотекающим в проводниках 13-20. Впровсщнике 13 наводитс  ЭДС . . - „ , . ; . Ч - -.«Мп. вследствие симметричности расположени  секций обмоток 6 и 7, а также вследствие того, что в соседних проврли иках Обмотки 3 наводитс  ЭДС, противоположна  по знаку, шины 4 и 5 наход тс  под одинаковым потенциалом , который прин т за нулевой. По-этому в проводнике 13 протекает ток : .. где г - сопротивление проводника Под действием этого тока в обмотке 10 наводитс  ЭДС Е«,. -Н.„,. - SI п , йу3 xcos stnwt«-y s I nuit. I TOT же результат получаетс  при рассмотрении проводников 14, 17 и 18. В проводнике 15 наводитс  ЭДС to..ts .об|( )einu)T. в проводника 15 протекает ток Зд a ,|L. , под действием которого в обмотке 10 наводитс  ЭДС (x-f)« Ю,,( (x4j)oosuyt| u) M oo5 oosu;t Этот же результат получаем при рассмотрении проводников 16, 19 и 20. .ЭДС, наводимгш в обмотке 10 токаравна: W (« 9Т- 3 -бП ТX eintut).(wt+). уммарна  ЭДС, наводима  в обмотке 0 первой га{ юникой пол , равна: . 1 Wt + ,,(2) где N - количество проводников обмотки 3. Дл  высших гармоник пол  ЭДС выводитс  аналогично, обща  ЭДС, наво дима  в обмотке 10, представл етс  виде: , где - амплитуда т-ой гармоники пол , котора  согласно (U) равна: (М ЭДС дл  индуктосина с учетом выс ших гармоник пол  представл етс  фо мулой, аналогичной (1), однако М &ХОДИТ в нее в первой степени. В Индуктосине отношение амплитуд составл ющих ЭДС/ обусловленных вые шими гармониками пол , равно: ЕП тогда как в предлагаемом датчике согласно (3) это отношение равно: (, (01-) Е тв Исход  из формул (5) и (-6), в датчике.- высшие гармоники пол  .ослаб л ютс  значительно интенсивнее че в индуктосИне, и дл  их подавлени  ие требуетс  Применени  специальных мер. Известно, что в фазовых датчиках при измерении фазы сигнала вторичны преобразователем (фазометром).возни кает некотора  погрешность. Очевидно , что при одной и той же относите ной погрешности измерени  а.бсолютна погрешность тем меньше, чем меньше период измерени  фазы датчика. Учит ва  формулу (2) при одном и том же шаге Т обмотКи шка1ты период изменени  фазы сигнала датчика в 2 раза меньше, чем индуктосина, что приводит к уменьшению погрешности измере ни  фазы во вторичном преобразователе . В первом варианте датчика меньше погрешностей, обусловленных контурными токами и емкостной составл ющей пол , чем в индуктосине. Это объ сн етс  тем, что контурные токи и токи от емкостной составл ющей пол  залвлкаютс  накоротко в кольцевых шингис 4 и 5 обмотки шкалы. Дл  второго варианта датчика по аналогии с первым суммарна  ЭДС, наводима  в обмотке 24 током Л определ етс  ЧА - 03 с о S {(О t + ) ( 7) Аналогично находитс  ЭДС, наводима  током Заг в обмотке 25 Е.-. l UjVlS - - - « .in -j- cos(uJt + ) (8) f Дл  получени  необходимого сигнала поворачивают один из сигналов (7) и (8) .на +90 и затем слагают полученную ЭДС с той, котора  остаетс  без изменени . Например, повернув на -90, получают N3 sin (lut 2ft r п cos Сложив полученный сигнал с Е„с-, получагот выходную ЭДС датчика, обусловленную первой гармоникой пол  ИЗт, ,2. .Л . л ... 2ltx Е, i: 1 UJ М, Указанный поворот фазы сигнала одной из секционированных обмоток и суммирование с сигналом другой обмотки примен етс  в индуктосине. при его работе в фазовом режиме и питании со стороны обмотки шкалы. Полученный сигнал Е аналогичен сигналу дл  первого варианта датчика. Аналогичны также преимущества датчика перед индуктосином по составу высших пространственных гармбник и по точности измерени  фазы сигнала вторичным преобразователем. ЭДС на выходе третьего варианта датчика бых. (a;t .). Таким образом, сигнал на выходе третьего варианта датчика аналогичен сигналам дл  первого и второго вариантов датчика. Аналогичны также преимущества третьего варианта по сравнению с индуктосином по составу высших пространственных гармоник и по точности измерени  фазы вторичным преобразователем. в предлагаемом датчике съем сигнала осуществл етс  проще, чем в индуктосине , так как входные и выходные обмотки датчика расположены на неподвижном-элементе, статоре, а в подвижном элементе, роторе токоподвод отсутствует, что снимает необходимость применени  контактных колец и щеток. Предложенный датчик также может выполнен не только в круговом, но и в линейном вариантах . Формула изобретени  1. Датчик перемещени  - иидуктокор , содержащий неподвижный и подвижный элементы с плоскими противолежащими поверхност ми, снабженными печатными обмотками d равномерным шагом Т, на неподвижном элементе расположены две секционированные обмотки, сдвинутые одна относительно другой на угол, кратный 1/4 Т, а обмотка подвижного элемента образована из радиально расположенных проводников, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и точности , неподвижный элемент снабжен дополнительной обмоткой с шагом Т, смещенной радиально относительно основных обмоток к расположенной напротив обмотки подвижного элемента, котора  вьтолнена короткозамкнутой. 2.Датчик по П.1, о т л и ч аю щ и и с   тем, что дополнительна  обмотка неподвижного элемента выполнена несекционированной, состо щей из .последовательно соединеных радигшьных проводников, которые сдвинуты на 1/4 Т относительно пров $пников основных обмоток, а проводники обмотки подвижного элемента соединены между собой параллельно с помощью короткозамлкающих шин, расположенных по торцам указанной обмотки. 3.Датчик по П.1, от л и ч а ющ и и с   тем, что неподвижный элемент снабжен второй дополнительной обмоткой с шагом т, перва  и втора  дополнительные обмотки неподвижного элемента выполнены секционировайными и смещены относительно секций основных обмоток, а проводники обмот ки подвижного элемента соединены последовательно. 4.Датчик по П.1, отличающийс  тем, что подвижнь1й элемент снабжен второй дополнительной.короткозамкнутой обмоткой, аналогичной первой и смещенной относительно нее по радиусу, указанные обмотки выполнены секционированными из последовательно соединенных проводников первой и второй обмоток, число секций обмоток подвижного элемента в К раз меньше числа секций основных обмоток неподвижного элехюнта (где К - целое четное число), дополнительные обмотки подвижного элемента в зоне, расположенной нгшроткв дополнительной обмотки непод ижиого элемента, смещены между собой на величину Т) - Т(п, +х ),где   - целое число, а в зоне, располо юнной напротив основных обмоток, эти секции смещены на bj - (п l), а дополнительна  обмотка неподвижного элемента выполнена  есекционированной. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 392539, кл. G 08 С 9/04, 1971.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 155035, кл. G 08 С 9/04, 1961. тпллш1шш IfiAnJljm шлт л т nj ллл

   Ш

   Ш1ЛШ1Г

   I If tf

   ts

   Ш1

   Ш /i

   28