Индукционный редуктосин Советский патент 1990 года по МПК H02K24/00 

Изобретение относится к электрическим машинам, а хочнее к измерителям угловых перемещений, широко используемым в различных системах авто- матнки.

Целью изобретения является повышение точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал.

На чертеже изображена конструктив- ная схема индукционного редуктосина в развернутом виде.

tz| - tlp(K±Ј. При и знаке минус tzt stz..

Катушки выходной обмотки 29 включены последовательно с переменным чередованием порядка их подключения: согласно, встречно. Каждая такая катушка также состоит из двух полукатушек, охватывающих по два полюсных выступа с шагом по зубцам между полюсами, при и знаке минус

Изобретение относится к электрическим микромашинам, применяемым в качестве измерительных преобразователей углов в системах автоматики, в частности к индукционным редуктосинам. Целью изобретения является повышение точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал. Редуктосин содержит витой из ленты пермаллоя кольцевой статор (С) с пазами, в которых расположены стороны катушек выходной обмотки и обмотки возбуждения, и витой зубчатый ротор (Р). Полюсные выступы 1 - 24 С располагаются на обеих его торцовых сторонах и снабжены зубцами 25. Р состоит из двух зубчатых по торцам механически связанных между собой элементов 30, 31. При этом зубцы этих элементов обращены к противоположным торцовым зубчатым поверхностям С. Немагнитный промежуток между С и двумя элементами Р образован скользящими друг по другу плоскими диэлектрическими покрытиями 33 их зубчатых поверхностей. Полукатушки 27 обмотки 28 возбуждения /ОВ/ охватывают по два полюсных выступа С. Каждая пара этих полукатушек ОВ, расположенных на полюсных выступах, находящихся на одной линии-образующей и выходящих своими зубцами на противоположные торцовые стороны, соединена между собой последовательно и образует катушку. В каждой фазе ОВ все катушки соединены параллельно и включены под одно и то же напряжение источника переменного тока. Благодаря этому амплитуды магнитных потоков каждой пары полюсных выступов, охватываемых одной катушкой ОВ, на обеих торцовых поверхностях С автоматически стабилизируются. В этих условиях погрешности функционирования редуктосина существенно уменьшаются. 1 ил.

Редуктосин содержит витой из пер- маллоевой ленты кольцевой статор, представляющий собой совокупность полюсных выступов 1-24, на каждом из которых имеется несколько зубцов 25. Полюсные выступы 1-24 образуют пазы 26, в которых расположены полукатуш- ки 27, принадлежащие первичной 28, например трехфазной, и вторичной 29 обмоткам (полукатушки, охватывающие по два полюсных выступа, для первичной обмотки зачернены, для вторичной не зачерненьЛ. Каждая тара полукатушек, размещенная на двух полюсных выступах, находящихся на одной линии (образующей) и выходящих своими зубцами на противоположные торцовые сторо

ны, соединена последовательно, пара полукатушек образует катушку. В каждой фазе обмотки возбуждения все катушки электрически соединены параллельно одна другой и включены под одно и то же напряжение источника переменного тока (U,,,U1f.Ul3) . Шаг по зубцам полюсных выступов, охватываемых катушками обмотки возбуждения, равен

5

Q ,

0

5

К 2

Ч tzp(K±i)-t,p(1 -)f t,p.

где tjp - шаг по зубцам ротора;

К - любое целое число. С двух торцовых сторон к зубчатым поверхностям статора (слева и справа) примыкают зубчатые по торцам элементы 30 и 31 ротора. На одном торце каждого из таких элементов, выполненных навивкой в виде кольца из пермал- лоевой ленты, нанесены зубцы 32 с равномерным шагом tzp. С таким же шагом нанесены зубцы /5 на полюсные выступы 1-24, Зубцы, полюсные выступы и пазы выполнены на витых кольцевых сердечниках методом электроискровой обработки с последующим травлением поверхностей обработки. Ширина зубцов на роторе и статоре выбирается исходя из необходимости исключения наибольших по амплитуде нечетных гармоник в разложении магнитных проводимоетей полюсных выступов в функции угла поворота ротора в ряд Фуры1.

Роторные элементы 30 и 31 скреплены единым валом, допускаицим РОЭМОЖ51S71727

ность их осевых перемещений и выравнивание при соприкосновении с торцовыми поверхностями статора. При этом или должны быть исключены радиальные и угловые перемещения относительно вала, которым может быть и элемент обслуживаемой конструкции. Необходимо также, чтобы зубцы роторных элементов оказаft.

и„

f

„, sinCOt.

лись друг против друга или с небольшим

угловым смещением, например

15

Р

для исключения 11- и 13-й гармоник в разложении проводимостей полюсных выступов в ряд Фурье. Для целей исключения 17- и 19-й гармоник может быть предусмотрен соответствующий скос зубцов ротора. I

Зубцы ротора и статора заполняются диэлектриком, например фторопластом, или полиуретановым и полиамидным соединениями соответственно для ротора и статора таким образом, чтобы были образованы плоские и гладкие поверхности соприкосновения статора и ротора (на чертеже заполненными показаны только несколько впадин между зубцами ротора и статора). Пленка 33 покрытия толщиной 0,005 мм может быть на обеих поверхностях зубцов или только на одной стороне, например на роторе. Это делается для калибровки небольшого немагнитного промежутка и для уменьшения трения между соприкасающимися поверхностями. Для уменьшения трения в пленочное покрытие и межэубцовое заполнение может быть внесена смазка. Для поддержания постоянства толщины немагнитного промежутка и исключения его увеличения элементы ротора стягиваются специальными пружинами.

Редуктосин работает следующим образом.

При включении обмотки возбуждения под многофазное, например трехфазное, напряжение

UH UmcusQt, U,,,Umcos(cOt-24tf),

Vtt Vmcos()

1 полюсные выступы статора попарно возбуждаются. При этом магнитный поток каждой пары, например полюсных выступов 1-2 и последовательно им включенной пары полюсных выступов 23-24, будет определяться НДС одной катушки возбуждения (величиной сопротивления Z пренебрегаем при рассмотрении принципа действия), тогда

5 P.2-3W

Магнитный поток будет проходить два последовательно включенных немагнитных промежутка: между первым роторным элементом и полюсными выступаЮ ми 1-2, а затем выступами 23-24 и вто- град, рым роторным элементом, замыкаясь

через ярмо ротора и другие полюсные выступы.

Представим магнитные проводимости

15 немагнитных промежутков и примыкающих к ним элементов стального магнитопро- вода рядом Фурье в функции от углового положения ротора Р, -$24.В этом ряду ограничимся только первыми двумя

20 членами разложения. Полагаем, что

выбором ширины зубца статора и ротора, числом фаз первичной обмотки, скосом зубцов ротора и смещением зубцов одного элемента ротора относительно

25 другого высшие нечетные гармоники, до девятнадцатой включительно, исключены, гармоники более высокого порядка сведены к ничтожной величине, а четные в работе не проявляются. Тогда

3Q для проводимостей полюсных выступов статора можно записать выражения:

, ,cos(Zpoi) ; , fl7 7,B a0+af cos(Zfct-180°) ; ft ft +a,cos (Zpot -60°) ; 35 / 7,(Zp -2400) ; , cos(Zptf-120°) ; ,, (, ft,,cos(Zpot-300°) , где для рассматриваемого случая число

40

45

зубцов од«ого элемента .

Для каждого полюсного выступа можно найти функцию магнитного потока в зависимости от времени и углового положения ротора:

,

i

14-WP. - а

1+2- cosCZpOt)

Ял

аа

sin OOt;

50

55

ф -ф -ф -ф ф 1+ajL/ao(cos() г J3 «т мз tr2

х sin О) t; ф Ф Л 0 й i±SiZSAlk2SiZcA-6Q)

V3 T2t 10 М5 т т2

х sin (COt - 240°) ;

ф ..О ® -ф -ф 1+a1/ao(cos(ZЈpC-240°)) v4 -гг1-г9-г№-гпг

ft.

и„

f

„, sinCOt.

-3W

, ,cos(Zpoi) ; , fl7 7,B a0+af cos(Zfct-180°) ; ft ft +a,cos (Zpot -60°) ; / 7,(Zp -2400) ; , cos(Zptf-120°) ; ,, (, ft,,cos(Zpot-300°) , где для рассматриваемого случая число

зубцов од«ого элемента .

Для каждого полюсного выступа можно найти функцию магнитного потока в зависимости от времени и углового положения ротора:

5

,

i

14-WP. - а

1+2- cosCZpOt)

Ял

аа

sin OOt;

ф -ф -ф -ф ф 1+ajL/ao(cos() г J3 «т мз tr2

х sin О) t; ф Ф Л 0 й i±SiZSAlk2SiZcA-6Q)

V3 T2t 10 М5 т т2

х sin (COt - 240°) ;

ф ..О ® -ф -ф 1+a1/ao(cos(ZЈpC-240°)) v4 -гг1-г9-г№-гпг

15717278

В этих условиях точность в опреде1+я / Vrt0/-7rf ttf лении угла пов°Рота Ротора будет за- - висеть от постоянства амплитуды магнитного потока пары полюсных выступов tyn наличия высших гармоник в составе разложения проводимостей полюсного выступа в ряд Фурье, от наличия высших гармоник в кривой напряжения источника питания, от степени симметрии питающего напряжения и от точности нахождения временного интервала 1Л- , -t, , определяющего момент прохождения вторичной ЭДС через нуль (,+ut). В данной конструкции могут быть исключены высшие нечетные гармоники в составе разложения проводимости полюсного выступа в ряд Фурье как функции угла поворота ротора, осущестxsinCl t - 240°) ;

xsin((0t - 120 ) ; .,H 4« l±2i/2ЈCЈS|ik«tr300l)l,

Ksin((0t - 120) .

Из представленных выражений следует, что амплитуды магнитных потоков отдельных полюсных выступов практически не зависят от величины немагнитного промежутка между зубцами статора и ротора, а определяются только лишь угловым положением элементов ротора

(об) по отношению к статору. Объясняа«ется это тем, что отношение -

10

15

а„

при

малом немагнитном промежутке практически не зависит от изменения последнего.

Магнитные потоки Р, - , изменяясь во времени, наводят электродвижущие силы в катушках выходной обмотки, с которыми они сцеплены.

Потокосцепление с выходной обмоткой с- учетом схемы соединения ее катушек может быть представлено в следующем виде: -Р, V WPs+Pe т - W

-air fAeoeU, Wt)

20

влено постоянство Ф и отношения

30

а,/а0. Выбором числа фаз, геометрии эубцовой зоны и, главным образом, обеспечением малой величины немагнитного промежутка (Д 0,01-0,005 мм) 25 можно добиться высокой стабильности Фт(не хуже 0,1%) и отношения (не хуже 0,2% при колебаниях величины немагнитного промежутка +10-20% от среднего значения). При этом не исключаются и другие известные способы снижения ошибок редуктосина, например путем повышения точности изготовления отдельных его элементов, усреднения ошибок за счет увеличения числа полюсных выступов и т.д.

Тогда выражение ЭДС, наводимой в этой обмотке, будет иметь вид

ег - ЗГЈ 3w.w|1Bin(Zpei-Ot).

ос «0

Наводимая ЭДС обращается в нуль () при условии

Z.pot -COt2 О, т.е. в моменты времени

t4 Zpot /GJ,

и с запозданием на Л , по сравнению с моментами прохождения через нуль опорного напряжения, в качестве которого может быть принято напряжение, приложенное к катушкам первой фазы т

U,, и„, sin (Ot,,

Измеряя это время запаздывания {At) , можно определить угол поворота ротора редуктосина

, utU

ос г-,

р

- угловая частота тока

источника питания, принимаемая стабильной.

лении угла пов°Рота Ротора будет за- висеть от постоянства амплитуды магнитного потока пары полюсных выступов tyn наличия высших гармоник в составе разложения проводимостей полюсного выступа в ряд Фурье, от наличия высших гармоник в кривой напряжения источника питания, от степени симметрии питающего напряжения и от точности нахождения временного интервала 1Л- , -t, , определяющего момент прохождения вторичной ЭДС через нуль (,+ut). В данной конструкции могут быть исключены высшие нечетные гармоники в составе разложения проводимости полюсного выступа в ряд Фурье как функции угла поворота ротора, осущест0

влено постоянство Ф и отношения

0

а,/а0. Выбором числа фаз, геометрии эубцовой зоны и, главным образом, обеспечением малой величины немагнитного промежутка (Д 0,01-0,005 мм) 5 можно добиться высокой стабильности Фт(не хуже 0,1%) и отношения (не хуже 0,2% при колебаниях величины немагнитного промежутка +10-20% от среднего значения). При этом не исключаются и другие известные способы снижения ошибок редуктосина, например путем повышения точности изготовления отдельных его элементов, усреднения ошибок за счет увеличения числа полюсных выступов и т.д.

Таким образом, в предложенном ре- дуктосине по сравнению с прототипом может быть достигнута точность преобразования угловых перемещений не хуже нескольких угловых секунд без существенного усложнения технологии его изготовления.

5

0

Формула изобретения

Индукционный редуктосин, содержащий статор с первой зубчатой поверхностью, в пазах которой расположены стороны катушек выходной обмотки и

катушек обмотки возбуждения, причем полюсные выступы между пазами снабжены зубцами, и отделенный от него немагнитным промежутком 3v64arbift первый элемент ротора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал, катушки обмотки возбуждения, очвятывающие полюсные выступы с шагом по зубцам,

9 157172710

jним механически и расположенным гтроравным (К± ), где tZp шагтив второй зубчатой поверхности-стало зубцам ротора, а К - любое целоет°Ра. а немагнитные промежутки между число, соединены параллельно, статорзубчатыми поверхностями статора и Ро- снабжен второй зубчатой поверхностью,5 т°Ра заполнены диэлектрическим мзте- аналогичной первой, ротор снабженриалом с образованием скользящих повторим зубчатым элементом с обмоткой,верхностей статора и ротора, (аналогичным первому, соединенным с