Электромашинный кольцевой датчик угла Советский патент 1992 года по МПК H02K24/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромашинным кольцевым датчикам угла, выходное напряжение которых служит мерой угла поворота ротора.

Известен линейный вращающийся трансформатор (Л ВТ), содержащий две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и две - на роторе, распределенные по синусоидальному закону. Расширение линейного диапазона обеспечивается после- дователь ным соединением первичной (статора) и вторичной (ротора) обмоток Л ВТ. Применяют ЛВТ с первичным или вторичным симметрированием обмоток. Выходное напряжение такого ЛВТ измеряется по закону

VBb, (С),

где К - коэффициент пропорциональности; V - напряжение источника питания; f(a ) - функция выходного напряжения,

f(a)

sin a

1 + m cos а

(1)

где а - угол поворота ротора; m - коэффициент, зависящий от параметров обмоток.

Функция ЛВТ с точностью до 0,060% совпадает с линейной функцией в диапазоне измерения углаа ± 60°, если m 0,536. Следовательно, для ЛВТ необходимо выбирать СКВТ с коэффициентом трансформации 0,536.

Существенным недостатком ЛВТ является большое число обмоток и наличие скользящих электрических контактов, через которые обмотки ротора соединяются с внешней неподвижной частью электрической цепи. Наличие скользящих контактов снижает надежность и срок службы, а также увеличивает стоимость ЛВТ, так как они изготавливаются из сплавов, содержащих драгоценные металлы.

-,-.%

&

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является бесконтактный индукционный синусный датчик с тремя синусоидально расположенными обмотками, две из которых взаимно перпендикулярно размещены на статоре, а обмотка ротора замкнута накоротко.

Если полные сопротивления обмоток статора одинаковы (условия симметрии), то при подключении одной из обмоток статора к источнику переменного напряжения, выходное напряжение перпендикулярно ей обмотки статора будет изменяться по закону синуса двойного угла поворота ротора, т.е.

f( a) a

(2)

Недостатком известного датчика является существенное отклонение синусоидальной зависимости от линейного закона, которая в середине диапазона а. ± 30° составляет 7,0%.

Целью изобретения является повышение линейности функции выходного напряжения в заданном диапазоне углов поворота ротора.

Указанная цель достигается тем, что в электромашинном кольцевом датчике угла, содержащем статор с взаимноперпендику- лярными обмотками возбуждения и выходной ротор с короткозамкнутой обмоткой, в цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивления.

На чертеже изображена схема датчика угла, содержащего три синусоидально распределенные обмотки.

Две из обмоток 1 и 2 взаимно перпендикулярно размещены на статоре, а обмотка ротора 3 замкнута.

Однако из обмоток 1 статора подключена к источнику 4 переменного напряжения, а вторая 2 является выходной обмоткой. В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены реактивные сопротивления 5-7.

Датчик работает следующим образом.

При подключении обмотки возбуждения к источнику переменного напряжения в датчике возникает пульсирующее магнитное поле.

Если ось замкнутой обмотки ротора 3 перпендикулярна или совпадает с осью обмотки 1 возбуждения, то отсутствует поперечная составляющая магнитного поля, создающая ЭДС в выходной обмотке 2 и

VeblX 0.

Если в датчике нагружена симметрия первичных обмоток, т.е. полное сопротивление цепей обмоток 1 и 2 неодинаково, то синусоидальная функция (2) искажается ре- акцией обмотки ротора 3.

Тогда функция выходного напряжения обмотки 2 будет равна

10

ffa)sin 2 a

1 м -cos 2 a

Здесь для М знак (-) для углов поворота ротора a 0- 45°, а знак (+) для углов а а ±. 90°

Знаки (+) и (-) перед М показывают, что подбором параметров обмоток можно обеспечить отрицательное и положительное значения коэффициента М. Это расширяет функциональные возможности устройства.

Например, при М 0,5 функция (3) имеет в 26 раз меньше отклонение от линейного закона, чей синусная функция (2) в диапазоне углов Ј+ 30°.

При питании от источника с частотой

400 Гц и выше индуктивные сопротивления обмоток на несколько порядков выше активных и последними можно пренебрегать.

Значение коэффициента М, оптимальное для выбранного диапазона углов а ,

связано с параметрами цепей обмоток датчика зависимостью

М

35

Х1 Хт23 - Х2 Хт13 Х1 -Xm23tX-Xm1,3 - 2 Х1 Х2 4 ХЗ

где хт - сопротивление взаимной индукции обмоток 1 и 2 статора и ротора 3;

xi, X2, хз полное реактивное сопротив- ление обмоток;

х1 - собственное сопротивление обмотки; х х1 + хн;

хн - внешнее сопротивление.

Коэффициент М зависит от хн и чисел витков обмотки.

При симметрии первичных обмоток 1 и 2 числитель 1 (М 0) и

f(« ) sin la,

Если в обмотках 1 возбуждения и ротора 3 нет внешних сопротивлений, т.е. хН1 ХнЗ 0 и обмотки статора идентичны xi Х2 то

±М Х

&

(1 +$)(2+$

(4)

Т шнего сопротивления;

А

- относительная величина

Хт

- коэффициент, харак- 5 тивление хВ датчиках о поэтому согласн дения следует в 1

x i хз

изующий рассеяние магнитного потока, зависит от чисел витков обмоток 1 и 2.

Если выходная обмотка 2 разомкнута °), то

10

По сравнени мый датчик обла ществами: п отклонение фун ния от линейного чивает повышен поворота ротора

±М

0,5А-1

(5)

где

А

А1

()(i+)

В этом случае коэффициент М в равной мере зависит и /fo , т.е. от/Н1 и хнз.

Для примера определим согласно (5) внешнее сопротивление в цепи обмотки 1 возбуждения, когда обмотка ротора замкнута накоротко (хнз 0). В этом случае /ft

Хн1

хГ

А + 0,5( ±М)

тивление хВ датчиках обычно 0,9 и Ms: 0,5, поэтому согласно (5) в цепь обмотки возбуждения следует включать емкостное сопро- 1

По сравнению с известным предлагаемый датчик обладает следующими преимуществами: позволяет уменьшить отклонение функции выходного напряжения от линейного закона ротора, что обеспечивает повышение точности измерений угла поворота ротора.

Формула изобретения

Электромашинный кольцевой датчик угла, содержащий статор с двумя взаимно перпендикулярными обмотками и ротор с короткозамкыутой обмоткой, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности функции выходного напряжения в заданном диапазоне углов поворота ротора, в цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивления.

Использование: изобретение относится к измерительной технике .электромашинным кольцевым датчикам угла. Сущность изобретения: электромашинный кольцевой датчик угла содержит статор с взаимно перпендикулярными обмотками (возбуждения и выходной) и ротор с короткозамкнутой обмоткой. В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивления. 1 ил.