SU817893A1 - Датчик перемещений - Google Patents

Description

(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

I

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

В современном машиностроении и приборостроении дл  определени  точного углового положени  поворотных узлов машин, станков и приборов широко используютс  индуктивные датчики с печатными обмотками , получившие название индуктосин: Датчик этого типа содержит статор- и роторэлементы , на которых расположены плоские печатные обмотки, выполненные в виде периодического зигзага. На одном из элементов , как правило на статоре, расположены две обмотки, которые сдвинуты между собой на 1/4 часть периода, а на другом элементе размещены одна обмотка или две, также сдвинутые между собой на 1/4 часть периода 1.

Одним из недостатков датчиков этого типа  вл етс  погрешность, котора  возникает при перекосах во взаимном расположении обмоток ротора и статора. Эти перекосы , выражающиес  в радиальном биении обмоток относительно оси вращени  ротора

и торцовых перекосах обмоток относительно плоскости, перпендикул рной оси вращени , возникают при изготовлении датчика и его установке в корпусе или оборудовании.

Максимальные величины переменной и , посто нной составл ющей погрещности при торцовых и осевых биени х обмоток определ ютс 

Ы U)

A«f«a ±г(о ZzStjJj

0 гдеР -число пар полюсов;

R«p - средний радиус обмотки; а-эксцентриситет геометрического

центра обмоток соответственно статора и ротора относительно оси вращени  ротора;

6, Sz-максимальные переносы обмоток соответственно статора и ротора относительно плоскостей, проведенных перпендикул рно оси вращени , измеренные на рассто нии ,Rt| от оси вращени .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  Датчик перемещений, содержащий дисковые статор и ротор с печатными обмотками , выполненными в виде периодического зигзага и объединенными в две группы с разными периодами в .дой из групп, группы обмоток смещены друг относительно друга в радиальном направлении, перва  из групп состоит из двух смещенных относительно друг друга на 1/4 периода обмоток статора и размещенных напротив них обмоток ротора, а втора  группа - из расположенных напротив друг друга обмоток на статоре и на роторе, обмотки ротора втором группы подключены параллельно обмоткам ротора первой группы 2. Одним из недостатков этого датчика  вл етс  погрешность, возникающа  при радиальных и торцовых перекосах обмоток ротора и статора, котора  определ етс  теми же выражени ми, что и дл  индуктосина . Цель изобретени  - уменьшение погрешности , возникающей при радиальных и торцовых перекосах обмоток ротора и статора. Указанна  цель достигаетс  тем, что обмотки ротора выполнены в виде одинаковых секций, равномерно распределенных по окружности ротора, при этом параллельно включены кажда  пара из диаметрально расположенных секций обмоток первой и второй групп. На фиг. 1 изображен один из вариантов датчика; на фиг. 2 - датчик, установленный на поворотном столе; на фиг. 3 - схема обмоток датчика, изображенного на фиг. 1; на фиг. 4 - схема обмоток датчика, установленных с перекосом. Датчик содержит неподвижный элемент (статор) 1 и подвижный элемент (ротор) 2. Они выполнены в виде дисков, на плоской поверхности которых укреплены печатные обмотки, состо щие из радиально расположенных проводников. Проводники соединены последовательно дл  протекани  тока в двух соседних проводниках в противоположном направлении, благодар  чему обмотки имеют вид периодического зигзага. Период зигзага обмоток первой группы 3 - 5 равен T-t, обмоток второй группы 6 - 9 - Tj. Все обмотки выполнены однослойными, а каждые две обмотки одной и той же группы, расположенные на одном элементе, роторе 2 или статоре 1, смещены между собой на 1/4 часть своего периода. Обмотки 3 с длиной проводников ., и 7 с длиной проводников Ег статора 1 выполнены непрерывными, а обмотка 6 с длиной проводников каждой части ее 4 состоит из двух кольцевых частей, охватывают обмотку 7 с внешней и внутренней стороны, и соединены между собой последовательно при помощи проводного монтажа проход щего по тыльной стороне статора 1. Обмотка 3 снабжена двум  кольцевыми проводниками 10, служащими дл  компенсации контурных токов, т. е. токов, наводимых в соединительных проводниках. Обмотки 4, 5, 8 и 9 ротора 2 выполнены из отдельных секций, гальванически не св занных между собой в пределах одной обмотки . Количество секций во всех обмотках одинаково, и секции различных обмоток 4 и 5 и 8 и 9 между собой чередуютс . Каждой секции обмоток 4 и 5 первой группы соответствует диаметрально противоположна  секци  обмоток 8 и 9 второй группы. Эти секции соединены между собой попарно в коротко замкнутые цепи (например, секции обмотки 4 - с секци ми обмотки 8, а секции обмотки 5 - с секци ми обмотки 9) с помощью проводного монтажа 11, проход щего по тыльной стороне ротора 2. Обмотки статора 1 имеют выводы 12 - 14, а статор 1 и ротор 2 - крепежные отверсти  15. Статор I крепитс  на неподвижной части поворотного устройства, например станине 16 поворотного стола, а ротор 2 - на подвижной части (планщайбе) 17 таким образом, что ось 18 вращени  стола совпадает с ос ми вращени  статора 1 и ротора 2, причем их печатные обмотки располагаютс  непосредственно друг против друга с зазором между ними, который в зависимости от размеров датчика выбираетс  равным 0,05- 1,0 мм. Крепление элементов датчика осуществл етс  с помощью винтов (не показано ), проход щих сквозь отверсти  15. Станина 16 и планшайба 17 стола снабжены кольцевыми направл ющими 19 с шариками 20. Обмотки датчика укреплены на основани х статора 1 и ротора 2 с помощью св зующего изолирующего сло  (не показан ) . Так как обмотки 4 и 5 расположены на одной кольцевой поверхности, они обозначены и одной выносной линией (фиг. 2). Аналогично обозначение обмоток 8 и 9. Обмотки 4 и 5 ротора 2 расположены над обмоткой 3 статора. Эти три обмотки составл ют первую группу. Ко второй группе относ тс  обмотки 8 и 9 ротора и расположенные против них обмотки 6 и 7 статора. При фазовом режиме работы датчика обмотки 6 и 7 статора 1 запитывают синусоидальными токами, смещенными между собой на 90°. При этом в обмотках 8 и 9 ротора 2 наводитс  ЭДС и по соединенным с ними обмоткам 4 и 5 протекают токи, которые, в свою очередь, навод т в обмотке 3 статора 1 ЭДС, используемую дл  измерени  перемещений. Схема расположени  обмоток датчика (фиг. 3) включает кольцевые обмотки 3, 6 и 7 статора 1 и 4, 5, 8 и 9 ротора 2, которые развернуты в линейные, причем печатные проводники изображены в виде линий, проведенных по их ос м, и кажда  из обмоток 4, 5, 8 и 9 представлена одной из своих секций. Обе части обмотки 6 изображены как единое целое - обмоткой, имеющей проводники суммарной длины Ej, а обмотки ротора 2 имеют направление перемещени  tf .Стрелками обозначено направление тока в обмотках , прин тое за положительное. Ма, М, , , М Msji - коэффициенты взаимоиндукции соответственно обмотки 6 и секции обмотки 8, обмотки 7 и секции обмотки 8 и т. д. В отсутствие перекосов при перемещении ротора они мен ютс  по синусоидальным законам амплитудой Мв. Мб.9 MY.8 М sinRitp I Мт.9,-Мб,(2) Mi, M osPi«| М 5;з M-sin PI Ц) -Р-1 и Рг - число пар полю«м 1 - «t 4 it- « invt/n пар jiUi injсов обмоток сЪответствД{но первой и второй групп. Предположим, что датчик работает в фазовом режиме. При этом обмотки 6 и 7 статора запитывают синусоидальными токами амплитудной фазовым сдвигом в 90°. Под действием этих токов в каждой из секций обмоток 8 и 9 навод тс  соответственно ЭДС Ев - (Ме4-+M g (Мб.+М,,,й) По каждой из секций обмоток 4 и 5 протекают соответственно токи . . гдер- суммарное сопротивление секции обмотки 8 или 9, секции обмотки 4 или5 и соедин ющих их проводов. Эти токи,в свою очередь, навод т ЭДС в обмотке3 статора 1 V-N(M.3.M5.) NM(.(.)t-(, где N - количество секций обмоток 4, 5, 8, 9, f- суммарное сопротивление секций обмотки 8 или 9. Таким образом, на выходе датчика получают синусоидальный сигнал со строго линейной зависимостью его фазы от угла поворота ротора. Измер   величину. этой фазы относительно опорного сигнала (sinoet). получают точные данные об угле поворота ротора. Посмотрим теперь, что происходит, когда обмотки ротора и статора установлены с перекосом. На фиг. 4 представлена схема расположени  обмоток с эксцентриситетом. Сплошными лини ми обозначены проводники обмоток ротора 2, пунктирными лини ми - проводники обмоток статора. На фиг. 4 - угол между двум  имеющими один и тот же пор дковый номер проводниками соседних секций обмоток одной и той же группы. О - центр вращени  ротора, Oi и О г - герметические центры обмоток соответственно статора и ротора. R -средний радиус обмотки 3 статора RI-средний радиус обмоток 6 н 7 статора 1. При наличии эксцентриситетов и.меют место изменени  во взаимном положении проводников ротора и статора. Проводники сдвигаютс  друг относительно друга в радиальном направлении, имеет место взаимный угловой сдвиг, переменный по окружности . Кроме того, так как обмотки установлены с перекосом относительно плоскости, перпендикул рной оси .вращени  ротора, то зазор между обмотками ротора и статора оказываетс  переменным по окружности и кажда  точка проводника ротора, спроектированна  на плоскость, перпендикул рную оси вращени , движетс  не по окружности, а по эллипсу. Не все из указаннь1х факторов оказывают заметное вли ние на величину погрещности, поэтому при расчетах погрешностей учитывают только переменный угловой сдвиг между проводниками и переменный зазор между обмотками. При этих услови х соотношени  (2) нарущаютс , так как дл  различных проводников величины М„ и «установ тс  различными . Расчет коэффициента взаимоиндукции любого проводника ротора 2 и соответствующей обмотки статора 1 производ т по положению точки этого проводника, расположенной на окружности, имеющей радиус, равный среднему радиусу активной части прободников обмбтки, и проведенной из геометрического центра обмоток статора 1 или ротора 2 или из центра вращени  ротора 2. В нашем случае проводники обмоток ротора 2 несколько длиннее. Расчеты показывают, что оценка максимальных величин переменной и посто нной составл ющих погрещности предлагаемого датчика дл  всех практических случаев может производитьс  по формулам Д ( ДФ™ (2i6.-f 2г«.) Сравнение полученных результатов показывает , что погрешность предлагаемого датчика как посто нна , так и переменна , вызываема  эксцентриситетом и перекосами, в 1,3 № раз меньше, чем погрешность прототипа . Увеличива  число N секций, на которые раздел ютс  обмотки ротора, эту погр шность можно снизить до любой заданной величины. Погрешность уменьшаетс , когда количество пар полюсов обмоток первой и второй

групп, средние радиусы обмоток этих групп выбираютс  из условий

. или 1 1Выполнение каждбй из обмоток ротора в виде не св занных между собой одинаковых секций, равномерно распределенных по окружности ротора, и параллельное подключение диаметрально противоположных секций обмоток каждой из групп позвол ют повысить точность датчика при радиальных торцовых переносах обмоток статора и ротора .

Claims (2)

1.Патент США № 2799835, кл. 336-123, 1957.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2466881/24-07, кл. Н 02 К 24/00,

G 08 С 9/04, 1977.

JS