SU845233A1 - Индукционный датчик - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике дл  преобразовани  угла поворота в электрический сигнал.

Известны индукционные датчики угла с сосредоточенными обмотками 1.

Недостатком таких датчиков  вл етс  невысока  точность преобразовани .

Известны также индукционные устройства типа редуктосина 2, содержащие зубчатые ротор и статор, а также обмотки возбуждени  и измерительные обмотки.

Недостатком данной конструкции  вл етс  также невозможность повышени  точности выше определенного предела.

Например, при диаметре 100 мм можно получить коэффициент редукции не более 150.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  угла поворота в электрический сигнал.

Это достигаетс  тем, что на роторе и статоре выполнено по две аксиально смешенные зубчатые системы, между которыми установлена кольцева  обмотка.

Датчик снабжен элементами сопротивлени , соединенными электрически с кольцевой обмоткой. Датчик может содержать два элемента сопротивлени  и катушку индуктивности , соединенные с кольцевой обмоткой по мостовой схеме. Он может быть снабжен дополнительной системой из ротора и статора , аналогичной основной, смещенной от- носительно ее аксиалъно, и двум  трансформаторами , первичные обмотки каждого из которых соединены параллельно с одной кольцевой обмоткой, а вторичные соединены встречно-последовательно.

Кроме того, индукционный датчик может to быть снабжен дополнительными двум  роторами и статорами с кольцевыми обмотками и трансформаторами, аналогичными основным , причем дополнительные роторы и статоры смещены на четверть зубцового щага относительно основных.

IS

На фиг. 1 изображен участок магнитопровода датчика, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - взаимное расположение зубцов статора и ротора; на фиг.-4 - схема включени  обмотки датчика; на ;фиг. 5 схемати20 чески изображена магнитна  цепь датчика; на фиг. 6 - схема включени  обмоток датчика; на фиг. 7 - конструкци  датчика с кольцеобразными рабочими поверхност ми; на фиг. 8 - то же, с коническими и цилиндрическими рабочими поверхност ми; на фиг. 9 - то же, с цилиндрической и плоской поверхност ми. На фиг. 1 и 2 в двух проекци х схематически показан общий вид статора 1 и ротора 2, имеющих одинаковые числа зубцов и выполненных из монолитной стали. Кольцо статора имеет две рабочие цилиндрические поверхности с одинаковыми аксиальными длинами h и выемку между ними с глубиной m и аксиальной длиной Ь. Така  же выемка имеетс  и на роторе, причем рабоча  аксиальна  длина h несколько менее h, так что торцевые кромки статора выступают над кромками ротора. Радиус рабочей поверхности статора (R+5), а ротора R, где «У-зазор. В выемке помещена кольцева  обмотка возбуждени  W; К - короткозамкнута  обмотка, устран юща  вли ние посторонних полей. На глубину (т + п) по всей аксиальной длине прорезаны пазы строго одинаковой тангенциальной щирины f. Углы d.ty между ос ми симметрии соседних пазов, верщинами которых  вл ютс  центры поворота ротора , также строго одинаковы. Пазы нарезаютс  с помощью делительной головки точностью 5-10 угл.с. Тангенциальна  толщина рабочих концов , зубцов, очевидно, определ етс  KaKq (dk R-f, она пор дка 0,25 мм. Радиальна  глубина п (глубина пазов  рма) несколько меньще. Эти размеры относ тс  как к статору, так и к ротору. Кольцо статора имеет наружный обод того же сплошного металла радиальной толщины С. У ротора внутренний обод прочности имеет радиальный размер С . Величина зазора пор дка 0,1 мм. Прорезание пазов может быть произведено со скосом относительно образующих цилиндра (дл  снижени  пространственных гармоник), но с условием сохранени  одинакового перекрыти  зубцов ротора зубцами статора на обоих зазорах обеих рабочих поверхностей при данном угле поворота, т.е. с условием сохранени  угловой синфазности. Статор (фиг. 3) не имеет скоса пазов (его зубцы обозначены пунктиром). Скос у ротора таков, что зубцы рабочей поверхности М в зубцы рабочей поверхности N наход тс  в одинаковых услови х перекрыти , т.е. в одинаковой угловой фазе. Обмотка W (фиг. 2) включаетс  по схеме соединений фиг. 4. Концы этой обмотки обозначены р-q; - ее переменна  по углу самоиндукци ; LQ - катушка индуктивности; Z и Z о - в общем случае элементы сопротивлени , составленные .из активного, индуктивного или емкостного сопротивлени ; в частном случае Z , где г - омическое сопротивление. Оно должно быть значительно больше fciLo. Выходное фазовое напр жение U Unt sin N, где N число зубцов на окружности. На фиг. 5 схематически показана описанна  система I. Показаны рабочие поверхности с аксиальной длиной h, впадина аксиальной шириной Ь, обмотка W . Коаксиально системе I укреплена точно така  же система II (т.е. статор скрепл етс  со статором системы I, а ее ротор - с ротором системы I). Отличие системы II только в том, что когда в системе I приходитс  зуб против зуба, в системе II - зуб против паза, т.е. они наход тс  в противофазе . Обмотка второй системы обозначена На фиг. 6 показана схема включени . Обмотка W обозначена 1щ(Л), а обмотка W 2.- ta( Т т) Ef,- напр жение питани . Обмотки включены на первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых включены встречно и выдают напр жение U-U SitxNj,. Системы III и IV на фиг. 5 образуют такую же пару, что системы I и II, но сдвинутую на четверть углового периода, т.е. оба ротора повернуты на этот угол относительно роторов систем I-II. Обмотки включены по схеме, аналогичной схеме фиг. 6, пара систем выдает напр жение U U sin () На фиг. 5 ширина прореза между рабочими поверхност ми равна 0,5 (Ь-h), т.е. такова, что образует требуемые сдвиги фаз при фрезеровании за один проход; щирина же S прореза между фазами такова, что обеспечиваетс  выход фрезы. Буквой К обозначена обмотка дл  уничтожени  остаточного взаимного вли ни  через взаимоиндукции между возбуждающими обмотками. На фиг. 2 направлени  токов в обмотке показаны перекрещенным кружком и кружком с точкой; путь потока показан стрелками . Напр жение питани  имеет частоту 3000-5000 Гц. В кольцо статора и внутренний обод ротора вследствие противодействи  вихревых токов, поток повышенной частоты пор дка 3000 Гц практически не входит, а сквозь полосы толщиной 0,25 мм поток проходит достаточно свободно также и при этой частоте (проверено опытом и расчетом). При вращении ротора положение «Зуб против зуба постепенно смен етс  на положение «Зуб против паза, затем снова возвращаетс  первое положение и т.д. Величину полного потока можно выразить периодической функцией угла поворота оС ц (i)

Прорезание пазов на роторе может быть произведено с таким скосом, что амплитуды высших гармоник незначительны.

Модулированный магнитный поток будет содержать посто нную (не завис щую от угла) составл ющую

Чтобы получить периодическую по углу знакопеременную функцию напр жени , нужно применить схему соединений фиг. 4.

Второй вариант состоит в том, что добавл ют второй блок, изготовленный так же, как блок, изображенный на фиг. 1 -3, но наход щийс  по перекрытию зубцов в противофазе . Дл  получени  второй фазы таким же образом нужно образовать еще одну подобную пару противофазных потоков со сдвигом по углу на четверть периода от первой пары.

Обмотки Wi, Wi и обмотки Wj, W (фиг. 5) соединены попарно по схеме фиг. 6. Разность напр жений U и U обозначенна  и,  вл етс  выходным напр жением одной из фаз. Точно така  же магнитна  система, но со сдвигом всех зубцов ротора на четверть периода, дает разность (U3:-U i)-  вл ющуюс  напр жением другой фазы.

Выходна  мощность датчика во много раз выще, чем в индуктосине, и значительно выще, чем в редуктосине.

В конструкции по фиг. 7 пазы по длине имеют одинаковую толщину, а рабочие поверхности зубцов трапецеидальные. Дно пазов - цилиндрическое и паз фрезеруетс  с осевой подачей. Сделано это с тем, чтобы усилить сопротивление отгибу зубцов при фрезеровке.

Конструкци  по фиг. 8 с коническими и цилиндрическими рабочими поверхност ми позволит увеличить сечение обмотки.

Возможна конструкци  с цилиндрической и плоской поверхност ми (фиг. 9), котора  позвол ет также увеличить сечение обмотки.

По сравнению с известными преобразовател ми данный позволит повысить точность преобразовани  и уменьшить габариты , а также создать цифровой измеритель угловой скорости высокой разр дности.

Claims (4)

1.Индукционный датчик, содержащий зубчатые статор и ротор, кольцевую обмотку возбуждени , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности, на статоре и

0 роторе выполнено по две аксиально-смещенных зубчатых системы с общими пазами, между этими системами установлена кольцева  обмотка, датчик снабжен элементами сопротивлени , соединенными электрически с кольцевой обмоткой.

2.Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что он содержит два элемента сопротивлени  и катущку индуктивности, соединенные с кольцевой обмоткой по мостовой схеме.

3.Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что он снабжен дополнительной системой

из ротора и статора, аналогичной основной, смещенной относительно ее аксиально, и двум  трансформаторами, первичные обмотки каждого из которых соединены параллельно с одной кольцевой обмоткой, а вторичные соединены встречно-последовательно.

4.Датчик по пп. 1, 3, отличающийс  тем, что он снабжен дополнительными двум  роторами и статорами с кольцевыми обмотками и трансформаторами, аналогичными

0 основным, причем дополнительные роторы и статоры смещены на четверть зубцевого щага относительно основных.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Пульер Ю. М. Индукционные электромеханические элементы вычислительных и дистанционно-след щих систем, - М.: «Машиностроение , 1964, с. 155-159.

2.Ахметжанов А. А. и др. Индукционный редуктосин. - М.: Энерги , 1971, с. 5-7 (прототип).

Фиг. 2

т ffffnpff /7Cffi/e I ос(/ jyffu e f/

аг. J

фуг. 4

ПерВа  ffjff

3moflff pffjff

LU,M

u)f-(