Преобразователь угловой скорости Советский патент 1984 года по МПК G01P3/46 

СП

00 i Изобретение относится к технике контроля и регулирования и может быть использовано для измерения мгн венных значений малых скоростей вра щения , Известен преобразователь угловой скорости, содержащий постоянный магнит прямоугольной фор:-, кольцевой магнитопровод с равномерно распределенными обмотками, датчик угла и коммутатор Недостатком такого устройства является низкая точность измерения мгновенных значений малых угловых скоростей, так как амплитуда пульсаций при постоянной угловой скорости составляет до 50% от уровня выходного сигнала. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является датчик частоты вращения, у ко торого размещенные на магнитопроводе обмотки выполнены бифилярно и соединены попарно последовательно и встречно, причем угол смещения второй обмотки относительно первой в кахсдой паре выбран равным 180°, а смещение каждой из образованных пар относительно предьщущей равМо ширине полюса ротора 2. Недостатком известного устройст является ограничение точности преобразования из-за того, что смещени пар обмоток на угол, равный щирине полюса, приводит к неравномерному перекрытию плоских (при со const) вершин ЭДС пар обмоток на отдельных участках. Наличие в магнитной сист ме потоков рассеяния приводит к уменьшению длины плоских вершин, а следовательно, возможно появление участков, когда они полностью не перекрываются. Цель изобретения - повышение точ ности измерения малых угловых скоростей. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе угловой скорости, содержащем статор в виде кольцевого магнитопровода со сдвинутыми относительно друг друга парами равномерно намотанных бифилярных обмоток, включенных в каждой паре последовательно встречно и сме щенных на 180 относительно друг друга, ротор в виде постоянного маг нита прямоугольного сечения, уста182новленный диаметрально, датчик угла и коммутатор, на постоянном магните симметрично относительно его продольной оси вдоль его боковых поверхностей, обращенных к магнитопроводу, закреплены пластины из ферромагнитного материала с угловым размером ft а угол смещения пары обмоток относительно предьщущей выбран равным 180 /р. причем величины /5 и р удовлетворяют условиям: 180°/р ; 180 -о/, р .gQo J где угловая ширина полюса магнита, р - число пар обмоток. На фиг.1 изображен чувствительный элемент преобразователя угловой скорости на фиг.2 - блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг.З фазовые диаграммы напряжение для р-3 в парах обмоток и на выходе преобразователя при постоянной угловой скорости. Чувствительньй элемент содержит кольцевой магнитопровод 1 с измерительной обмоткой 2 и двухполюсный магнит 3. Измерительная обмотка включает равнораспределение р пар обмоток (на фиг.1 принято р-3). Измерительные пары обмоток состоят из двух обмотокJ которые включены последовательно и встречно. Начала обмоток (Н1,Н2,НЗ,Н4,Н5,Н6 на фиг.1) смещены относительно концов (К1,К2, КЗ,К4,К5,К6) соответственно на угол 180°, т.е. угол намотки казкдой обмотки составляет 180. Угол намотки пары обмоток - 360°. Измерительные пары обмоток сдвинуты относительно друг друга на угол 180°/р. Двухполюсный магнит 3 с угловой шириной полюса d установлен диаметрально на валу 4 (фиг.2) внутри магнитопровода 1. На магните 3 симметрично его продольной оси с.помощью немагнитных держателей 3 с двух сторон укреплены ферромагнитные пластины 6, которые представляют части колец с угловым размером /J. Вал 4 (фиг.2) соединен с объектом, скорость которого контролируется, с датчиком 7 угла и с двухполюсным магнитом 3 чувствительного элемента преобразователя 8. Выход датчика 7 угла соединен с управляющим входом электронного коммутатора 9, второй вход которого соединен с выводами 3. отдельных пар обмоток чувствительного элемента 8. Устройство работает следующим образом. При вращении магнита 3 в измерительной обмотке 2 наводится ЭДС, пропорциональная скорости вращения контролируемого вала 4. Форма ЭДС 6 (фиг.З ) в первой паре обмоток (Н1-К1,Н2-К2) в пределах 180° определяется выражением e,() , (1) где k - постоянньй коэффициент , зависящий от . параметров элементов преобразователя; W - угловая скорость вращения , (214и))и - постоянная составляющая ЭДС; ())0, - ЭДС, обусловленная потоками рассеяния. Значения U и U вычисляются п формулам . в(r,Ч) (2) г j Q(r-,, (Э| где /3 ( - распределение индукции в зазоре; Г - толщина обмотки в воз душном зазоре; j - угловое отклонение ро ра от середины обмотки, изменяющееся от О ДО 1 90 ° ; Ч - угол распределения об мотки (секции). В пределах последующих 180° вел чина ЭДС 6 меняет знак на противоположный, сохраняя неизменной форму (фиг .За). Выходные напряжения Е и во 2-о и 3-ёй парах обмоток подобны но сдвинуты по фазе относительно с ответственно на 180°/р в частност на 60, и 120° при -3 (фиг,35, Зв Измерение мгновенной скорости от 180с использованием первой пары об моток возможно на участке с угловым размером fb - (, - Ч (фиг.Зек), так ка на участках О-if и Ч -180° выход ной сигнал определяется преимущест 184 веяно угловым положением ротора и величиной потоков рассеяния. Измерение мгновенной скорости в пределах полного оборота производится следующим образом. В промежуток времени, когда двухполюсньш магнит 3 находится в пр.еделах угла Ч - Vj электронный коммутатор 9 по сигналу датчика 7 угла подключает к выходу преобразователя первую пару обмоток (фиг.3). Аналогично на участке работает вторая пара обмоток, а в диапазоне Ч7т(180°+ Р третья. Моменты и направления переключений показаны на фиг.З стрелками. В дальнейшем процесс повторяется, однако на участках ()-360° и О- 2 подключение обмоток осуществляется одновременно с инверсией напряжения. В результате обеспечивается измерение мгновенной скорости в пределах полного оборота и выходное напряжение преобразователя (фиг.Зг) определяется только значением и) и не зависит от углового положения ротора и потоков рассеяния. Измерение мгновенных значений угловых скоростей с высокой точностью возможно только на плоских участках характеристик каждой па ры обмоток. Длина этих участков в пределах 2Я не превышает 2(с). Так как для точного измерения скорости в пределах полного оборота линейная часть характеристики преобразователя в целом должна быть не менее 2 Jf то выбор числа пар обмоток определяется выражением . Выбор углового размера ферромагнитных пластин и их установка на роторе обусловлена их назначением: они должны экранировать потоки рассеяния для данной пары обмоток дотех пор, пока электронный коммутатор не подключит к выходу преобразователя следующую пару, для которой пластины уже должны быть готовы выполнить свои функции. При введении р пар обмоток с равномерньм перекрытием их характеристик каждая должна обеспечить работу преобразователя в угле 0°/р. Следовательно, участок экранирования необходимо обеспечить не менее ЗбО/p а так как пластин две, то получаем / р.

С другой стороны, размер р определяемый конструктивными особенностям (фиг.1), не может превышать .В результате определяем, что 180°/Р р 180°-об.

Расчеты показали, что точность преобразования в предлагаемом преобразователе по сравнению с известным повышается минимум в 8-10 раз.

к электронному

Фиг коммутатору

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, содержащий статор в виде кольцевого магнитопровода со сдвинутыми относительно друг друга парами равномерно намотанных бифилярнык обмоток, включенных в каждой паре последовательно встречно и смещенных на 180 относительно друг друга. ротор в виде постоянного магнита прямоугольного сечения, установленный диаметрально, датчик угла и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения малых угловых скоростей, на постоянном магните симметрично относительно его продольной оси вдоль его боковых поверхностей, обращенных к магнитопроводу, закреплены пластины из ферромагнитного материала с угловым размером a угол смещения каждой пары обмоток относительно предьдущей выбран равным причем величины /J и р i удовлетворяют условиям: 180°/р /i 180°-ct-,/3 180°/

Фиг.1