Преобразователь для бесконтактной передачи медленно изменяющихся электрических сигналов с вращающегося объекта Советский патент 1985 года по МПК H01F38/14 H01F38/18 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в электромашиностроении для контроля Температуры роторов электрических машин, авиадвигателей, а также в тех отраслях промьштенности, где требуется измерение температуры вращающихся объектов . Цепью изобретения является повыш ние чувствительности и уменьшение темперaTypHofji погрешности преобразо ния . На фиг.1 приведен преобразователь, общий вид; на фиг.2 - то же, поперечный разрез. Преобразователь содержит ротор 1 в виде кольца 2 с явно выраженными полюсами 3 с полюсными наконечниками 4, вращающуюся секционированную сигнальную обмотку 5, секции 6 которой соединены последовательно и согласно и расположены на полю сах 3; статор содержит два основания 7 и 8, две ферромагнитные шай1бы 9 и 10 и полые концентричные цилиндры: наружные 11 и 12, средние il3 и 14 и внутренние (дополнительные) 15 и 16, соединяющие неподвижные основания 7 и 8 и ферромагнитные шайбы 9 и 10; диэлектрическую шайбу 17, разделяющую ферромагнитные шайбы 9 и 10, а также модуля ционную обмотку 18, вьшолненную в в де двух одинаковых секций 19 и 20, соединенных последовательно и согласно расположенных соответстве но между наружными 1I и 12 и средними 13 и 14 полыми концентричными цилиндрами, и измерительную обмотку 21, также выполненную в виде двух одинаковых секций 22 и 23, сое диненных между собой последовательно и согласно и расположенных между соответственно средними 13 и 14 вну ренними 15 и 16 полыми концентричными цилиндрами. Толщина стенок полых коаксиальных цилиндров 11-14 должна быть в 2-3 раза меньше толщины оснований 7 и В и ферромагнитных шайб 9 и 10. Это обеспечивает их преимущественно насыщение при модуляции магнитного сопротивления магнитопровода. Площадь сечения полых цилиндров 15 и 16 для получения максимальной чувствительности преобразователя долж :на составлять около половины суммы площадей сечений полых цилиндров 11-14. Воздушные зазоры между статорными частями магнитопровода должны быть сведены к минимуму для получения наибольшей чувствительности. Аналогично суммарный воздушньй зазор между роторными и статорными частями магнитопровода должен выполняться возможно меньшим,Реальные достижимые значения составляют 0,15-0,20 мм, а при тщательной регулировке воздушный зазор можно уменьшить до О, мм. , С целью удобства сборки полюсные наконечники 4 ротора могут выполняться объемными и крепиться к полюсам 3 ротора, например, с помощью винтов. Концы вращающейся сигнальной обмотки 5 выводятся через сверление внутрь вала I (фиг.1), или в специальных пазах в теле вала 1 {не показано) и подключаются, к источнику преобразуемого сигнала, например, к термопаре (не показано) . Преобразователь работает следующим образом. При подключении вращающейся сигнальной обмотки 5 к источнику преобразуемого сигнала в ней протекает ток, создающий соответствующий магнитный поток Ojj, замыкающийся (фиг. О через кольцо 2, полюса 3 и наконечники 4 ротора, радиальный воздушный зазор, ферромагнитные шайбы 9 и 10, полые коаксиальные цилиндры 11,13, 15jl2jl4,16, неподвижные основания 7 и 8 и осевой воздушный зазор. При симметрии магнитной цепи преобразователя магнитный поток разделяется на два равных магнитных потока Ф и Ф . При отсутствии Toka модуляции в секциях 19 и 20 обмотки 18 модуляции потокосцепление магнитных потоков Ф и Ф- с витками секций 22 О fi 23 измерительной обмотки 21 не изменяется и никакой ЭДС в ней по закону электромагнитной индукции не наводится. При подаче от специального источника (не показан) переменного тока модуляции в секции 19 и 20 модуляционной обмотки 18 происходит модуляция магнитного сопротивления польгх концентричных цилиндров 11,13 и 12,14 магнитным потоком модуляцтт Фд, замыкающимся в основном через указанные пол1,1е концентричные-; цнлиндры (фиг.1). Если ток модуляции в секциях 19 и 20 имеет достаточно большое значение, то полые концентричные цилиндры 11,13 и 12,14 дважды за период тока модуляции доводятся до насыщения и их магнит ное сопротивление увеличивается пр этом в сотни-тысячи раз. Одновременно магнитными потоками рассеяния Ф и Ф несколько изменяется и магнитное сопротивление полых цилиндров 15 и 16, но это изменение незначительно, так .как площади сечения их достаточно велики,а потоки рассеяния малы. Когда полые цилиндры 11,13 и 12 14 насыщены, то гтрактически целико магнитные потоки Ф и Ф замыкаютс через полые цилиндры 15 и 16. Если они rie насыщены, то магнитные пото ки Ф и Ф перераспределяются по полым цилиндрам 11,13,15 и 12,14, 16 прямо пропорционально площадям сечения. Поскольку при этом потокосцепле ние Ф и Фд с секциями 22 и 23 измерительной обмотки изменяется, то в последних по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС удвоенной частоты тока модуляции, амплитуда которой прямо пропорциональна при неизменном режиме работ значению магнитного потока Фо, т.е значению преобразуемого медпенно изменяющегося сигнала. Преобразователь имеет более высокую по сравнению с известным чувствительность. Объясняется это тем, что модуляция магнитного сопротивления участков магнитной цепи позволяет добиться значительно большого изменения I ЛФ, а значит, и потокосцепления его с витками измерительной обмотки. Действительно, если площади се чения полых концентричных цилиндро 11,13,15 и 12,14,16 соответственно носятся как 1:1:2,то изменение магнитного потока ЛФд, охватывающего секции 18 измерительной обмотки, п исходит следующим образом: при отс ствии насьщения полых цилиндров 11 13, и 12,14 секции и 23 охватыв 1 . ет магнитный поток - Ф„ (через по 2 о 14 t 3 И 12, лые цилиндры .. , о и о соответс магнитньпс потоков венно); при насыщении полых цилиндров 11,13 и 12,14 весь магнит49Ф замыкается через полые ный поток цилиндры 16-и 15i (соответственно Фд и Фд), следовательнол Ф -0:f ф.. в известном преобразователе участки магнитной цепи с модулируемым сопротивлением включены последовательно с суммарным воздушным зазором между роторными и статорными частями магнитопровода, имеющим весьма большое магнитное сопротивление. При модуляции магнитного сопротивления магнитопровода изменения полного магнитного сопротивления не превьппают из-за этого 5%. Соответственно изменение магнитного потока ЛФ, охватывающего витки измерительной обмотки происходит следующим образом: при отсутствии тока модуляции витки . измерительной обмотки охватьтают весь магнитный поток Ф ; при модуляции значение Ф уменьшается на 5%, следовательно -.0,95 Ф„ 0,05 Ф, Таким образом, изменение магнитного потока Фд при модуляции в предлагаемом преобразователе примерно в 10 раз больше, а значит, вьпие и чув ствительность, так как наводимая на измерительной обмотке ЭДС iMЛФО 1 , Реально повьш1ение чувствительности меньше за счет влияния потоков рассеяния медленно Изменяющегося магнитного потока Ф а также влияния потоков рассеяния магнитного потока модуляции и Ф„ и составляет 5-6 раз. Кроме того, так как магнитные потоки Фд и Фд, направлены встречно, а магнитные потоки Ф,, и Ф.. наг J d ггп 1 liu I wjvjn n ДА правлены согласно, то при соединении секций 18 измерительной обмотки последовательно и согласно трансформаторные паразитные ЭДС первой, второй, третьей и т.д. высших гармоник взаимно компенсируются. При абсолютной симметрии статорной части и расположении -роторной части магнитопровода точно посередине мезкду основаниями 6 и 7 паразитные ЭДС компенсируются полностью. В итоге в спектре выходного сигнала преобразователя отсутствует паразитная трансформа512003496

торная ЭДС второй гармоники токарая былапропорциональна изменениям

модуляции, что эквивалентно уменьше- Р тной трансформаторной второй

нию погрешности, преобразования,JCOTO-гармоники в известном преобразователе,

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ МЕДЛЕННО ИЗМЕНЯ1(ЩИХСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащий статор с магнитопроводом, вьтолненный в виде двух дискообразных оснований, одно из которых соединено с Двумя полыми коаксиально установленными цилиндрами, с измерительной и модуляционной обмотками, плоскости витков которых перпендикулярны продольной оси, модуляционная обмотка размещена между цилиндрами, измерительная обмотка выполнена из двух частей, соединенных последовательно и согласно расположенных внутри меньшего полого цилиндра, ротор, на магнитопроводе которого установлена сигнальная обмотка, расположенная между основаниями, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности преобразователя, статор снабжен двумя коаксиально размещенными идентичными указанным цилиндрами с модуляционной обмоткой, установлеННьми с ними соосно и соединенными с другим основанием двумя дополнительными полыми цилиндрами, расположенными коаксиально и внутри измерительной обмотки, соединенными с одним из оснований каждый двумя ферромагнитными шайбами с размещенной между ними диэлектрической прокладкой и установленными с прилеганием по торцам всех цилиндров, обе модуляционные обмотки соединены последовательно и согласно, ротор выполнен с явно выраженными полюсами, сигнальная обмотка вьтолнена в виде секций, размещенных на полюсах и соединенных оо последовательно и согласно. 2. Преобразователь по п.1, от4;: личающийся тем, что полю са ротора снабжены полюсными наконечниками.

Л-А

Фиг.г