Индукционный датчик угла Советский патент 1976 года по МПК H02K24/00 G01B7/30 H03M1/64 

Изобретение относится к области автоматики и телемеханики и может быть использовано в прецизионных системах передачи и измерения угла поворота вала.

В настоящее время в высокочастотных системах передачи и кодирования угла поворота вала используются многополюсные датчш :и угла. Такие датчики содержат статор, ротор и мо.цулятор. Каждь(й из указанных элемешов выполнен в виде диска, причем модулятор установлен на валу электродвигателя, а на статоре и роторе расяопожень: многополюсные обмотки, одна из ,-соторых является обмоткой возбуждения, а другая - выходной обмоткой р., 21.

Известен также индукционный датчик угла, содержащий дисковый статор с многополюсной выходной обмоткой, закрепленный в корпусе датчика, дисковый ротор с многополюсной секционированной выходной обмоткой и металлизированным кольцом, механически соединеш-1ый с управляющим вапом, д:::сковый мо.оулятор, несущий на торцах многопсл.ос:ь}е обмотки возбуждения и металлкзировашгые кольца л расположенный на валу двигателя между дисками статора и ротора датчика, и установленный на валу двигателя кольцевой трансформатор, подвижная обмотка которого соединена с многополюсными обмотками модулятора, а неподвижная - с зажимами высокочастотного генератора 1.3J.

Данное устройство является наиболее близким к изобретению.

Однако даже при идеальном выполнении обмоток ротора, статора и модулятора эксцентриситет и торцовый бой, допустимые при установке ротора, статора и модулятора, вызывают погрешность работы устройства., так как величина выходного сигнала зависчт от изменения воздушного зазора между дисками модулятора, ротора и статора. Амплитуда ошибки выходного сигнала может достигать в подобных устройствах значения С 1,8 угловых сек.

Произведенная первоначально выставка ротора, статора и модулятора в процессе эксплуатации может не сохраниться постоянной из-за температурных деформаций, пепеменных нагрузок и естественного износа

ПОДШИПШ1КОБ. Ввиду этого ошибку преобразователя нельзя считать систематической и учитывать в каждом отдельном случае.

Таким , технологические возможности ставят предел инструментальной точности фазовых преобразователей.

С пелью повышения точности предлагаемый датчик снабжен катушками индуктивности, а его металлизированное кольцо разделено изолирующими промежутками на части, образующие с катушками индуктивности резонансные контуры, число которых равно числу секций выходной обмотки, и соединенные между собой последовательно, а кажды из резонансных контуров соеш5нен через резистор с соответствующей секдией обмотки возбуждения.

На фиг. 1 показан предлагаемый датчик; на фиг. 2 - ротор; на фиг. 3 - модулятор; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема датчика угла; на фиг. 5 - графики зависимости выходной э. д. с. резонансного контура от его собственной частоты.

Датчик угла содержит дисковый ротор 1, механически соединенный с управляющим валом, дисковый модулятор 2, установленный между ротором 1 и дисковым статором 3, закрепленным в корпусе датчика. Модулятор 2 установлен на валу электродвигателя 4. Элементы датчика угла помещены в экранирующий корпус 5. На модуляторе нанесены многополюсные обмотки возбуждения 6 и 7 и металлизированные кольца 8 и 9. На валу электродвигателя 4 установлена подвижная обмотка 10 кольцевого трансформатора, неподвижная обмотка 11 которого соединена с зажимами высокочастотного генератора (на фигурах не показан).

Многополюсная выходная обмотка ротора состоит из четырех секций 12-15 (см. фиг. 2) с соответствующими выводами IBIT, 18-19, 20-21, 22-23 на обратную сторону диска. На роторе 1 нанесено металлизированное кольцо, разделенное изолирующими промежутками на восемь частей с соответствующими выводами 24-31 на офатную сторону диска.

На фиг. 3 показан модулятор 2 со стороны , обращенной к ротору 1. Многополюсная обмотка возбуждения 6 имеет выводы о2 и 33 для подключения к подвижкой обмогк :; 1 О кольцевого трансформатора. Металллз;;;;о:12--.кное кольцо 8 обращено к участкам мегалллзировакного кспьыа ротора 1 и обризз (;;т с р;1-:м;; (см. фкг. 1) четыре конденсатора, соедшчевие которь х с другими элементами датчика показано не принципиальной электрической схеме, представленной на фиг. 4. Высокочастотный генератор 34 подключен к неподвижной обмотке 11 кольцевого трансформатора, подвижная обмотка которого подключена к обмоткам 6 и 7 модулятора. Секция обмотки ротора с выводами 16-17, 18-19, 2О-21, и 22-23 подключены через резисторы 35-38, установленные на внешней стороне, к конденсаторам, образованным участками металлизированного кольца ротора и кольцом модулятора и обозначенным на схеме выводакш 24-2.5, 26-27, 28-29, ЗО-31. Параллельно кoндeнcaтopa подключены катушки и:1дуктивности 39-42, установленные также на внешней стороне ротора, которые образуют резонансные контуры, число которы равно числу секций выходной обмотки ротора. Все резонансш 1е контуры соединены между собой последовательно и образуют выход ротора Е„.

Схема 43 (см. фиг. 4) соединения элементов модулятора и ротора аналогична схеме 44 соединения элементов, расположеных на статоре 3. Схема 44 образует выхо Статора Е...

При вращении модулятора 2 и питании его обмоток высокочастотным напряжением на каждой из секций обмотки ротора и статора образуется высокочастотная э.д.с., модулированная по амплитуде с частотой, равной произведению частоты враще1шя электродвигателя 4 и числа пар полюсов обмот ки модулятора. Угол поворота ротора преобразуется в пропорциональный фазовый сдвиг огпбающих высокочастотных э.д.с, в соответствии с формулой

Ф-P-dL,

где Р - число пар полюсов обмотки модулятора.

Эксцентриситеты установка, например, ротора и модулятора вызывают погрешность фазового сдвига огибающих с противоположными знаками в диаметрально противоположных секциях 13 и 15 (12 к 14} обмотки ротора.

Так как величина выходной э.д.с. секций обмотки ротора зависит от изменешя воздушного зазора между модулятором и ротором, то торцевые биения модулятора и ротора вызывают изк;йнение амплитуды огибающих выходных э.д.с. отдельных секций, сдвинутых по фазе из-за эксцентриситетов установки рютора и модулятора.

Задачу компенсации изменения амплитуды выходной э. д. с. решают резонансные контуры, подключенные через резисторы - секции обмотки ротора.

Принцип их работы поясняется зависимостью (см. фиг. 5) выходной э. д. с. резонансного контура Е от его собственной частоты при питании от высокочастотного генератора с частотой f. .

При номинальном зазоре между обмотжой модулятора и одной из секций обмоткп ротора собственная резонансная частота f контура лежит ниже частоты f „ генератора При уменьшении зазора увеличивается емкость конденсатора резонансного контура ввиду сближения металлизированных колец, и собственная частота контура f оказывается ниже предыдущей частоты { , а выходная э. ег с. контура Е-, меньше э.д.с. Ер. Наоборот, при увеличении зазора выход ная э. д. с. контура Е увеличивается. На фиг. 5 кривой О. показана зависимост выходной э. д. с. .,„. секции обмотки ротора от нуменения зазора О . При уменьшении зазора от .до (Sj э. д.. с. увеличизается от «° шрг. увеличение э. д. с. секции обмотки компенсируется уменьшением выходного напряжения соответствующего резонансно1ч контура с Е, и Е , в результате суммарный эффект выражается в том, что кривая а преобразует ся в прямую -6 , которая при правильной настройке контура может быть сделана параллельной ось: асбдисс. В этом случае отсутствует ззЕИСимость выходной э. д. с. контура от изменения зазора, и сумма всех выходных э. д. с. контуров, получаемая при их последовательном соединении, не содержит фазовой (угловой) погрешности, вызываемой эксцентриситетами и торцевым биением ротора и модулятора. СекционЕроБа1-ш8 обмотки статора и взаимодействие второго металлизированного кольца модулятора с металлизированными участками кольца статора позволяет при использовании схемы 44 включения дополнительных катушек индуктивности и резист ров исключить погрешность датчика, возникающую вследствие эксцентриситета и торцевого смещения статора 3. Однако эта погрешность имеет меньшее значение, так как носит временный характер (изменяется с частотой вращения моду лятора) и может быть отфильтрована с пом щью электрических или электромеханических фильтров. Погрешность из-за неточного монтажа poTODa и модулятора наряду с временной имеет пространственную составляющую, зависящую от угла поворота ротора. Применение предложенной схемы компенсации погрещности датчика, вызываемой неточным монтажом ротора (статора) и модулятора, позволяет устранить наряду с временной также и пространственную погрешность. ормула изооретелия Индукционный датчик угла, содержащий дисковый статор с многополюсной выходной обмоткой, закрепленный в корпусе дат-тика, дисковый ротор с многгополюсной секционированной выходной обмоткой возбуждения и металлизированным кольцом, механически соединенный с управляющим валом, дисковый модулятор, несущий на торцах многополюскые обмотки возбуждения и металлизированные кольца J расположенные на валу двигателя между дисками статора и ротора датчика, и установленный на валу двигателя кольцевой трансформатор, подвижная обмотка которого соединена с многополюсными обмотками модулятора, а неподвижная - с зажимами высокочастотного генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, ротор датчика снабжен катушками индуктивности, а его металлизированное кольцо разделено изолирующими промежутками на части, образующие с катушками индуктивности резонансные контуры, число которых равно числу секций выходной обмотки, соединенные меж-ду собой последовательно, а каждый из резонансных контуров соединен через резистор с соответствующей секцией обмотки возбуждения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Ахметжанов А. А. Системы передаточности изд. Энер- чи угла повьщ1енной гия, MW1,, 1966. 343286, 2.Авт. св. СССР № кл. О- 08 с 19/36, 1968, 3.Авт. св. СССР № 386418, кл. & 08 с 9/О4, 1973.

372

л