Трансформаторный датчик угла поворота Советский патент 1989 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля угловых перемещений узлов оборудования в нефтедо- бьюающей промьшшенности.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности трансформаторного датчика угла поворота путем обеспечения равномерности распределения индукции в его рабочем зазоре о

На фиг. 1 показана конструкция трансформаторного датчика угла поворота, разрез; на фиг. 2 - полюс ротора с короткозамкнутой обмоткой.

Трансформаторный датчик угла поворота содержит цилиндрический статор и установленный коаксиально с возможностью углового перемещения в его полости двухполюсный ферромагнитный ротор 2, В пазах на внутренней поверности статора размещены обмотка 3 возбуждения и измерительная обмотка На внешней цилиндрической поверхности по крайней мере одного из полюсов ротора 2 выполнены равномерно распределенные пазы 5, параллельные образующей цилиндрической поверхности. В этих пазах размещена трехсек- ционная короткозамкнутая обмотка 6 с центральной секцией 7 и крайними секциями 8, образующими экранирующий элемент. Крайние секции обмотки ротора соединены со средней секцией последовательно-встречно, а между собой последовательно-согласно. Сум-, марное число витков крайних секций равно числу витков средней секции. Витки короткозамкнутой обмотки 6 неравномерно распределены по пазам 5. Число витков, приходящееся на один паз, в средней секции уменьшается, а в крайних секциях увеличивается в направлении от середины полюса к его краям. Площадь участков полюса,-охваченная витками крайних секций 8, примерно равна площади участка по- (пюса, охваченного средней секцией 7.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Угловой размер участка статора, охваченного обмоткой 3 возбуждения, приблизительно в два раза больше углового размера участка статора, охва- ченного измерительной обмоткой 4. Последний равен угловому размеру полюса ротора 2.

Трансформаторный датчик угла поворота работает следующим образом.

В исходном положении поверхность полюса с пазами 5 ротора 2 расположена вне поверхности участка стато- а 1, охваченного измерительной обмоткой 4. При этом магнитный поток, пересевающий измерительную обмотку 4, близок к нулю. Соответственно величина ЭДС на измерительной обмотке приблизительно равна нулю. При повороте ротора 2 от исходного положения поверхность его полюса частично перекрывает контур измерительной обмотки 4, в последней индуктируется ЭДС, пропорциональная площади их взаимного перекрытия и, следовательно, величине углового перемещения ротора 2.

Вследствие краевого эффекта вели- ;. чина магнитной проводимости эквивалентного воздушного зазора вдоль поверхности полюсов ротора 2 не является строго постоянной. Эта неравномерность компенсируется обратной по форме неравномерностью экранирующего влияния короткозамкнутой обмотки 6, что обусловлено неравномерностью распределения ее витков в пазах ротора 2. Экранирующее влияние этой обмотки ослабляется в средней части полюса ротора 2 и увеличивается по его краям. Поэтому результирующая плотность магнитного потока в рабочем зазоре датчика становится практически постоянной, вследствие чего ЭДС, индуктируемая в измерительной обмотке 4, увеличивается пропорционально величине углового перемещения ротора 2.

Действительно, как следует из фиг. 2 (стрелки на пунктирных линиях

показьтают направление тока на активных участках проводников обмотки 6 в пазах ротора), в крайних участках полюса ротора 2, охваченных наибольшим числом витков, ослабление поля, порожденное вторичным потоком корот- козамкнутой обмотки, наибольшее, а в участках полюса, расположенных ближе к его середине, это ослабление меньше. Участок охвачен витками, проходящими через первый, второй и частично третий пазы.

Следующий за ним участок охвачен витками, проходящими лишь через второй и частично третий пазы. 3 третьих от краев зубцах полюса противопо- ток еще слабее, чем во вторых, а тем более в первых зубцах. В четвертых от краев зубцах, охваченных частью средней секции 7, встречно включенной с двумя крайними секциями 8, вторичные потоки уже складьюаются с основным потоком, создаваеьв 1м обмоткой возбуждения. В пятом зубце к основному потоку добавляется еще больший вторичный поток, обусловленный всеми витками средней секции 7 ко- роткозамкнутой обмотки, включенной встречно с двумя крайними секциями 8.

Таким образом, короткозамкнутая обмотка 6 с неравномерно распределенными витками выполняет главную задачу - выравнивание магнитной индукции В рабочем зазоре. Благодаря этому повьш1ается линейность рабочей характеристики датчика. Вместе с тем наличие согласно и встречно вклю

ченньпс подсекций короткозамкнутой обмотки 6 заметно снижает потери в ней, уменьшая тем самым эквивалентное сопротивление экрана, что приводит к увеличению Индукции в рабочем зазоре и, следовательно, к повьш1ению чувствительности датчика и точности датчика угла поворота.

Формула изобретения

Трансформаторный датчик угла поворота, содержащий двухполюсный ферромагнитный ротор с закрепленным на нем экранирующим элементом и коак- сиально расположенный с ним цилиндрический статор с размещенным на нем обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, отличающийся

ти и чувствительности, по крайней мере один полюс ротора вьтолнен с пазами, равномерно распределенными по его внешней поверхности параллельно

образующей, экранирующий элемент выполнен в виде размещенной в пазах трехсекционной короткозамкну ой обмотки, крайние секции которой соединены со, средней секцией последова-

тельно-встречно, приходящееся на один паз число витков этой обмотки изменяется в направлении от середины полюса к его краям в сторону уменьшения для средней секции и в сторону увеличения для крайни с секций, а площади участков полюса, охваченных витками крайних секций, равны площади участка полюса, охваченного витками.средней секции.

)

- Г

Фаг.г

В

Изобретение относится к измерительной технике и обеспечивает повышение точности и чувствительности трансформаторного датчика угла поворота путем выравнивания индукции магнитного потока в рабочем зазоре с помощью неравномерно размещенного на роторе экранирующего элемента в виде короткозамкнутой обмотки 6. Датчик содержит цилиндрический статор 1 с размещенной в его пазах обмоткой возбуждения 3 и измерительной обмоткой 4. Двухполосный ферромагнитный ротор 2, один из полюсов которого выполнен с пазами 5, расположен коаксиально со статором. В этих пазах равномерно уложена короткозамкнутая трехсекционная обмотка 6, крайние секции 8 которой соединены с центральной секцией 7 последовательно-встречно. Площадь участков полюса обхватываемых ими, практически равна площади участка, обхватываемого центральной секцией 7. Витки обмотки 6 ротора неравномерно распределены по пазам 5 в направлении от середины полюса к его краям их плотность в крайних секциям увеличивается, а в центральной секции уменьшается. Благодаря неравномерности экранирующего эффекта обмотки 6 происходит выравнивание индукции в рабочем зазоре датчика и повышается его линейность. Благодаря выполнению короткозамкнутой обмотки трехсекционной уменьшаются потери на вихревые токи в роторе, что приводит к повышению чувствительности датчика. 2 ил.