Датчик углового ускорения Советский патент 1986 года по МПК G01P15/105 

1

Изобретение относится к области измерений и предназначено для использования в системах автоматического регулирования электроприводов постоянного тока в качестве датчика уско- рения.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

На фиг. 1 изображен датчик ускорения, разрез; на фиг, 2 - электричес- кая схема датчика; на фиг. 3 - вращающийся статор с явнополюсным ротором поперечньй разрез; на фиг. 4 и 5 - устройство электромагнитного демпфер

Датчик .содержит неподвижньй корпу 1, в соосных подшинниках которого находятся цапфа вращающегося корпуса 2 и польп вал 3.| жестко соеднненньм с вращающимся корпусом 2. Свободные конец полого вала 3, выходящий из неподвижного корпуса 1, присоединен

к концу того вала, ускорение которого измеряется. Во вращающемся корпусе 2 расположены соосно жестко сое- диненньш.с этим корпусом статор 4, выполненный.шихтбванньм из электротехнической, стали и с размещенными в нем обмотка 4И возбуждения 5 и измерительной б, причем магнитные оси обмоток смещены на 90 эл.град. и демпфер, включающий магнитную систему 7 с обмоткой 8 возбуж,цения, жет

стко соединенную с корпусом 2, и диск 9, жестко закрепленный на одном :Валу с явнополюсным ротором .10, вы полненным шихтованным и размещенным

в расточке статора 4.

Для исключения скользящих контактов в цепях питания обмоток возбуждения 5 статора 4 и 8 магнитной, системы демпфера 7 использован кольцевой трансформатор 1I с коаксиально расположенными обмотками 12 и 13, вы полнениьш таким образом, что внутренняя обмотка 12 с магнитопроводом 14 может вращаться с валом 3 относительно внешней обмотки 13 и магни- топровода 15, неподвижно закретшен- ных в корпусе 1. Внутренняя (вторичная) обмотка 12 кольцевого трансформатора 11 соединена с обмоткой 5 возбуждения статора 4 и чер.ез диод 16 - с обмоткой 8 возбуждения магнитной системы 7 демпфера. Внешняя (первичная) обмотка 13 трансформатора 11 подключена к источнику (блоку) 17 переменного напряжения прямоугольной формы звуковой частоты, например, 1500 Гц.

20

25

5

Ю .

15

2231512

Для исключения скользящих контактов в цепи измерительной обмотки 6 использован кольцевой трансформатор 18 с коаксиально расположенными обмотками 19 и 20, выполненный таким образом, что внутренняя обмо.тка 19 с магнитопроводом 21 может вращаться с валом 3 относительно внешней обмотки 20 и магнитопровода 22, неподвижно закрепленных в корпусе 1.

Измерительная обмотка 6 вращающегося статора 4 соединена с внутренней (первичной) обмоткой 19 кольцевого трансформатора 18, внешняя (вторичная) обмотка 20 которого подключена к входу формирователя выходного сигнала датчика, которым в данном случае является фазочувствител ь- ный выпрямитель 23.i

Провода, соединяющие внутренние обмотки 12 и Т9 трансформаторов i и 18 с обмотками{возбуждения 5 и 8 и измерительной 6, размещены.внутри полого вала 3.

Датчик работает следующим образом.

При вращении полого вала 3 в под- шипниках неподвижного корпуса 1 вме- сте с этим валом вращается и корпус 2. При равномерном вращении корпуса 2 или его неподвижном состоянии ротор под действием потока возбуждения, создаваемого обмоткой 5 возбуждения, получающей питание от источника 17 через трансформатор 11, мает по отношению к обмотке 6 такое положение, пронизывающий ее магнитньй поток равен нулю, и ЭДС в этой обмотке также равна нулю. При ускоренном вращении датчика динамический момент, необходимьй для ускоренного вращения ротора 10, диска 9 демпфера и их вала создается элек- тромагнитньм моментом, действующим на ротор 10 со стороны статора 4 через посредство магнитного потока возбуждения. При этом ротор 10 поворачивается на некоторьй угол относительно положения при равномерном вращении, силовые линии магнитного потока возбуждения в расточке статора 4 деформируются, приобретая форму латинркой буквы S и пронизывают витки измерительной обмотки 6. В измерительной обмотке 6 наводится переменная ЭДС величина которой пропорцио- 55 нальна углу поворота ротора 10. Этот угол пропорционален электромагнитному моменту, передаваемому ротору 10 от статора 4 при ускоренном движении.

30

35

40

45

50

10

а электромагнитньи момент пропорционален ускорению. Таким образом, угол поворота ротора 10 относительно статора 4 определяется величиной ускорения статора 4.

Пропорциональная зависимость между ЭДС в измерительной обмотке 6 и ускорением вала 3 задатчика и жестко связанного с ним статора 4 достигается путем по дбора конфигурации полюсов ротора 10. ЭДС измерительной обмотки 6 преобразуется с помощью трансформатора 18 и фазочувствительного выпрямителя 23 в выходное постоянное напряжение, величина которого пропор- (5 циональна ускорению вала 3 датчика, а полярность определяется знаком ускорения. При резких изменениях ускорения процесс поворота ротора 10 относительно статора может носить колебательный характер. Для придания процессу поворота ротора 10 относительно статсУра 4 аперидиодического характера служит электромагнитный демпфер. Одновременно с поворотом ротора 10 относительно статора 4 диск демпфера 9 поворачивается относительно полю- сов магнитной системы 7, обмотка 8 возбуждения которой подключена через выпрямитель 16 к вторичной обмотке 12 трансформатора 11 и пересекает магнитные потоки между полюсами этой системы. Взаимодействие токов, возникающих в диске 9 демпфера и- магнитных потоков между полюсами магнитной системы 7, создает момент сопротивления вращению диска 9 относительно магнитной системы 7, пропор20

25

30

35

4

относительной скорости

Таким образом, электромагнитный момент, передаваемый от вращающегося статора 4 к ротору 10, уравновешивается ускоряющим моментом, приложенным к ротору 10, и моментом сопротивления вращения диска 9 демпфера относительно магнитной системы 7.

Формула изобретения

Датчй к углового ускорения вала, содержащий корпус, статор из магнитного материала с однофазной обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, ротор, блок питания и формирователь выходного сигнала датчика, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений он снабжен двумя кольцевыми трансформаторами и электромагнитным демпфером, выполненньм из диска и магнитной системы с обмоткой возбуждения, причем статор жестко соединен с валом и магнитной системой, ротор выполнен явнополюсным и жестко сое- диненен с диском, первичные обмотки кольцевых трансформаторов установлены на неподвижном корпусе, а их вторичные обмотки на валу, блок питания через первый кольцевой трансформатор соединен с обмотками возбуждения статора и демпфера, а измерительная обмотка статора через второй кольцевой трансформатор соединена с формирователем выходного сигнала.

12 13 Щ 20 19 21 1. . . ./ / /. I

Г 1 i i / f / ( j

//

/vW/X/X

79 JO 2 1 II / / I /

Фиг.

Изобретение предназначено для использования в системах автоматического регулирования электроприводов постоянного тока в качестве датчика ускорений. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Для этого использован кольцевой трансформатор 11 с коаксиально расположенными обмотками 12 и 13, выполненный таким образом, что обмотка 12 может вращаться относительно обмотки 13, последняя подключена к источнику 17 переменного напряжения прямоугольной формы звуковой частоты. Для исключения скользящих контактов в цепи измерительной обмотки 6 использован«транс- Форматор 18 с коаксиально расположенными обмотками 19 и 20,. выполненный таким образом,, что обмотка 19 может вращаться относительно обмотки 20. Измерительная обмотка 6 соединена с .обмоткой 19 кольцевого трансформатора 18, обмотка 20 которого подключе- ра к входу формирователя выходного. сигнала датчика, которым в данном случае является фазочувствительный выпрямитель 23. 5 ил. .i (О

A A

фиг. 5

Фиг A

Редактор E. Папп

Составитель A. Астахов

Техред И.Попович Корректор С. Шекмар

Заказ 1707/48Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное