Многополюсный двоичный двухфазный бесконтактный датчик Советский патент 1988 года по МПК H02K24/00 

Изобретение относится к электротехнике j а именно к бесконтактным многополюсным датчикам угла поворота с двоичным числом периодов.

Цель изобретения - повьппение точности, расширение области применения получение синусоидального по углу

выходного напряжения и повьппение его стабильности.

На фиг.1 изображен участок магнитной цепи. статора с обмотками; на фиг.2 - участок магнитной цепи ротора и-статора с измерительными обмотками; на фиг.З - электрическая схема соеди- нения обмоток с двумя цепочками делителей напряжения; на фиг.4 - электрическая схема соединения обмоток с пятью цепочками делителей напряжения.

На фиг.1 изображены катушки обмот- ки 1 возбуждения, зубцы 2 и 3, образующие узкий паз, зубцы 3 и А, образующие широкий паз, и катушки измерительной обмотки 5.

Расположение зубцов статора и ро- тора показано на фиг.2. Зубцы безобмоточного ротора имеют угловой шаг

2П

, где р - число периодов по ок

ружности.

Число зубцов ротора равно кратно шестнадцати. Расстояние между осями зубцов статора чередуется согласно последовательности 0,97/, 0,, 0,91:, 0,7г и т.д. Зубцовые ду- ги статора примерно равны зубцовым дугам ротора. Равновитковые катушки обмотки 1 возбуждения соединены последовательно так, что направления магнитодвижущих сил равные друг дру- гу, показанные стрелками на фиг.2 попарно чередуются. Промежутки между зубцами чередуются з последовательности 0,4t; 0, О,А-С; 0,2 D и т.д. статор несет кроме того пять измери- тельных обмоток 6 - 10, каждая из них образована последовательно сое- диненнь1ми равновитковыми катушками. В каждой измерительной обмотке про межутки между осями катушек образуют чередующийся ряд 2, 5,5 С ; 2,5 С ; 5, и т.д. . .

В каждой последовательной паре катушек измерительной обмотки, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовые деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовых делений - согласно .

Начала измерительных обмоток находятся на зубцах соответственно 1, 3,5,7,9. Концы измерительных обмоток расположены на зубцах, номера которых определяются последовательностью 10Q+4, 10Q-f6, 10Q+80 10Q+10,

Датчик содержит делители напряжения трансформаторного , соединенные по входу - выходу последовательно с образованием цепочек 11 - 15. Сложение ЭДС .обмоток осуществляется в соответствии с выражениями

Евк. г;Еб+г;Е7+г;Е8+г Е,+г;Е,о (. ,-HrjE8 r;E,-hr;E,,

Напряжения обмоток 6-10 определяются вьфажением вида

o5 2:E.,(, , (2)

где Л ,3,...; ,- ЭДС соответствующих измерительных обмоток; r g-r p - коэффициенты деления первой цепочки делителей напряжения; - коэффициенты делений второй цепочки делителей напряжения; ,1,2,3,4. Выходные фазовые напряжения определяются равенствами

III

и, (ot) Е, cos«i+ 1 cosk«t+U sinkoi

к 2.

(3)

k

Uj(ei)E, sinet+ l,coskei+U sinkei

/Xr

если U,j(oi,)U,(u(.- |), TO , l,0

Дпя получения коэффициентов деления с точностью до десятичного знака введены вольтодобавочные трансформаторы 16-19.

Каждая гармоника в выражении (2) для напряжения измерительной обмотки может быть выражена суммой косинусной и синусной гармоник E,(2 - } +ifa l cosp()tL- ()o6, (4) где ., coscf, 1},т,Е )i, т.е. вся сумма ряда, вьфажающего одно из напряжений Eg,E,Eg, Е5,Е, слагается из косинусных и синусных гармоник. При суммировании по формуле (1) можно производить приведение подобных членов и получить сумму из произведений исходных натуральных гармоник на коэффициенты вида

r cpstf и rgSint JanЕсли требуется образовать напряжение с составом гармоник I,cos«i+I,cos3ei+Iycos5ki+Uj sinot+

+U,sin3ct+Uysin5ei, (5) а обмотка 6 имеет натуральный соста амплитуд косинусных гармоник Е,, Ej, Ef, то общим приемом является сдеду- ющий.

Заготовим расчетом шесть включе- НИИ S (,2,...,6), на выходе которых остаются только выделенные гармоники UK.

, U2 EjCOs3(ii; U, EyCos56i ,sin()i; ,sin3oi.; U EjSin5(it.

Вычисляем коэффициенты

-b:E,. E,

U-E,

.. UI-EI. ,,. .

1 17 ч P 5 PE,

и образуем включение, последовательное с обмоткой 6. r,S,,S,+r;sV+r S +r;S.

На концах этого включения получится напряжение с составом гармоник (5) .

В том случае, когда основные (первые) гармоники на выходе должны образовать двухфазное напряжение со

сдвигом 90, а содержание высших гармоник практически безразлично, к коэффициентам деления г , г, , г , г , г ,р , образующим одну фазу, и к коэф- фициентам г, , г , г , г,, обра- зующим другую фазу предъявляются лишь следующие условия

rgcos9-r cos()H-rgCos() + , I/ т т . ft -, I / с л Q 1

+r cos(72°+e)-r sin(54°-9) 1

(6)

(6)

-r: sine-t,sin(36 -&)+r cos(18°+9)- -r;;cos()+r;;cos(54°-e) 1

Для вьщеления косинусной третьей гармоники применяется включение с обмотками 6-10

+0,40 О,122-0,326-0,326+Oj122; для выделения синусной третьей - с обмотками 7-10:

-0,38 - 0,236 + 0,236 + 0,38; для вьщеления косинусной пятой - с обмотками 6-10:

+0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2.

Для образования двухфазного напряжения с типичной зависимостью фаз вида

U(t)U, ф), гдер л:- |,

т.е. с одинаковой формой напряжения в обеих фазах, даются следующие

в

д 15

20

25

30

35

)

40

45

50

55

включения с обмотками 6-10:- Дпя Uj : +0,80-0,20-0,20-0,20-0,20- -0,20(7)

Для и - включения с обмотками 7-10:

- 0,144-0,616-0,616+0,144 (8)

Для образования синусоидального двухфазного напряжения практически без наличия высших пространственных гармоник в обеих фазах для Uj применяем включение с обмотками 6-10:

+0,40-0,322+0,236+0,126-0,322 (9) Для Uj - включение с обмотками 7-10:

+0,233-0,375+0,375-0,233 . (10)

Здесь всюду коэффициенты деления подобраны так, что угловая амплитуда выходного фазового напряжения равна угловой амплитуде напряжения измерительной обмотки.

При отрицательном коэффициенте деления выход делителя напряжения подключен к началу измерительной обмотки, а при положительном - его вход подключен к началу измерительной обмотки.

В общем виде каждая обмотка может

быть приключена к трехобмоточному трансформатору.

Отсюда видим, что для вьфажений (7,8) и (9,10) требуется по четьфе трехобмоточных делителя, поскольку коэффициент деления единица естественно не требует делителя.

При этом, выходные напряжения повысятся соответственно в 1,25 и в 2,5 раза.

Нужно особо отметить роль включений (9) и (10) с уничтожением практически всех высших гармоник каковы бы ни были амплитуды натуральных гармоник Е,, Е, Е; обмотки 6 датчика, а также амплитуды, гармоник всех остальных измерительных обмоток, поскольку они прямо зависят от Е,, Е,, EJ. Под влиянием атмосферных условий и других причин могут измениться отF F

ношения -, -- (может измениться фор- Ь, Е,

ма напряжения). В обычном многополюсном датчике это означает нарушение соответствия между первоначальным настроем принимающего электронного прибора и составом гармоник датчика, а как следствие появление-ошибки в коде. Такие явления наблюдались на практике. Но в предлагаемом датчике при включениях (9) и (10) изменение состава гармоник измерительных обмоток не повлечет нарушения синусоидальности, т.е. не повлечет нарушения формы, на которую настроен принимающий прибор, и точность сохранится.

Действительно, вывод формул (9), (10), обусловливающих синусоидальность, произведен для произвольных амплитуд гармоник Е,, Е,, Еу и если набор этих величин изменится, синусоидальность выхода все равно сохранится.

При требуемой точности прибора порядка 1-2 с (19-20 разрядов) периодичность должна быть еще более точной .

В данном примере учитывается диапазон до пятой гармоники включительно. При самых высоких требованиях по точности этого достаточно.

Предлагаемый датчик имеет также следующее важное технологическое преимущество. При том же диаметре ротора и в том же числе периодов на окружности минимальный зубцовый шаг больше, чем у известных датчиков, при высокой точности преобразования.

Формула изобретения 1. Многополюсный двоичный двухфазный бесконтактный датчик, содержащий зубчатый безобмоточный ротор и зубчатый статор с обмотками возбуждения и двумя измерительными в виде последовательно соединенных катущек, каждая из которых расположена на одном зубце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, число зубцов ротора , кратно шестнадцати, длина зубцовой дуги зубцов статора со стороны ротора одинакова для всех зубцов и определена вьфаже- нием (0,4-0,6) , где Г - зубцовый шаг ротора, расстояние между соседними зубцами чередуется в последова10

15

20

25

50

тельности 0,9€ -0,7Т, пары зубцов с межосевым расстоянием 0,7 охвачены последовательно соединенными катушками возбуждения, в ряду пар соединенными встречно, датчик снабжен дополнительно тремя измерительными обмотками, начала измерительных обмоток находятся на зубцах с номерами соответственно 1,3,5,7,9, каждая измерительная обмотка содержит катушки,55 расположенные на зубцах, расстояние между которыми по зубцам чередуется в последовательности 3,7, концы об13779736

моток расположены на зубцах, номера которых определяются последовательностью 10Q+4, 10Q+6, 10Q+8, IDQ-t-IO, 2, в каждой последовательной паре катушек, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовых деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовых делений - согласно, датчик снабжен двумя группами делителей напряжения-, число которых в каждой группе из последовательно соединенных в цепочку делителей напряжения равно числу измерительных обмоток, каждая измерительная обмотка подключена к входу двух делителей напряжения разных групп, выходы делителей напряжения каждой группы соединены последовательно, концы первой и второй цепочек подключены к отдельным выходам датчика, а начала цепочек объединены.

.2. Бесконтактный датчик по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен вольтодобавочным трансформатором с одной первичной и одной вторичной обмотками, тремя дополнительными аналогичными цепочками и тремя вольтодобавочными трансформаторами с одной первичной обмоткой и двумя вторичными каждый, первичные обмотки вольтодобавочных трансформаторов объединены одними концами и подключены к объединенным началам

цепочек, другие концы этих обмоток подключены каждый к одному концу дополнительных цепочек, вторичные o6v, мотки вольтодобавочных трансформаторов соединены последовательно в две группы, по одной обмотке одного трансформатора в каждой, один конец первой группы подключен к одной выходной клемме одного выхода датчика, к другой выходной клемме этого выхода подключены объединенные начала цепочек и один конец первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора с одной вторичной обмоткой, конец первой цепочки подключен к другому концу первой группы вторичных обмоток, второй конец первичной обмотки этого вольтодобавочного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к второму выходу датчика, подключен к одному концу второй группы вторичных обмоток вольтодобавочных трансформаторов, другой конец этой группы соединен с концом второй цепочки.

30

35

40

45

коэффициенты деления делителей напряжения трех дополнительных цепочек, начиная от делителей напряжения, выводы которых соединены с объединенны- ми началами цепочек равны последовательно для вьщеления косинусной третьей гармоники +0,4, +0,122, -0,326, -0,320, +0,122, для синусной третьей 0,0, -0,38, -0,236, +0,136, +0,38, для косинусной пятой +0,2,, +0,2, +0,2, +0,2, +0,2, а коэффициенты деления первой и второй цепочек, начинал с делителей напряжения, вьшо- ды которых соединены с объединенны- ми началами цепочек равны последовательно 1,25; -0,25; -0,25; -0,25; -0,25 для первой цепочки и 0,0; -0,18; -0,77; +0,77; +0,18 для второй цепочки, причем при отрицательном коэффициенте деления выход делителя

напряжения подключен к началу измерительной обмотки, а при положительном его вход подключен к началу измерительной обмотки.

3. Бесконтактный датчик по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения синусоидального по углу выходного напряжения и повышения его стабильности, он снабжен двумя аналогичными цепочками делителей напряжения, соединенными с первой и второй цепочками а коэффициенты деления делителей напряжения, начиная с делителей напряжений, выводы которых соединены с объединенными началами цепочек равны последовательно 1, -0,805, +0,315, +0,315, -0,805

и 0,0, +0,582, -0,938, +0,938, -0,582.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным двухфазным датчикам угла поворота. Целью изобретения является повьппение точности, расширение области применения и повышение стабильности выходного напряжения. Датчик содержит безобмоточный зубчатый ротор и зубчатый статор с обмоткой возбуждения и пятью измерительными обмотками. На статоре узкие зубцы чередуются с широкими. Расстояние между осями зубцов статора чередуется согласно последовательности 0,9, 0,7(Г и т.д., где Т - угловой шаг зубцов ротора. В каждой измерительной обмотке последовательно соединенные катушки установлены с интервалами между осями, чередующимися в последовательности 2,5(7, 5,5 и т.д. В каждой последовательной паре катушек измерительной обмотки,, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовых деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовьпс делений, - согласно. Параллельно каждой измерительной обмотке включен делитель напряжения трансформаторного типа, так что образуется несколько цепочек, в которых делители напряжения соедине ны по входу-выходу. Для получения коэффициентов деления с точностью до десятичного знака введены вольтодоба- вочные трансформаторы. В данном датчике возможно получение выходного напряжения заданной формы с заданным набором высших гармонических или чисто синусоидальной формы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л 00 sl ko М со

Ui.

.ST

Фиг, f

0,9т

Фиг.З

ЕЮ

3 гП

I I

j n H

3

Фие. 4