Магнитомодуляционный датчик угла поворота Советский патент 1979 года по МПК G01B7/30 

(54) МАГНИТОМОДУЛЯЦИО11НЫЙ ДАТЧИК УГЛА ПОВОРЮТА

на внутренней стороне кольцеобрааного статора расположены выступь5, на которых через один поспедоватегаьно раз мещены секции обмотки возбуждения н секции многофазной выходной обмотки, а число пар полюсов ротора в два раза меньше числа пар полюсов выходной обмотки.

Такое выполнение позвошшо повысить точность предлагаемого устройства потому, что заданный характер зависимости выходного сигнала от угпа поворота обеспечивается типом выкодной обметки, соотношениями чисеп пар пошосов выход ной обмотки и ротора, чисеп катушек обеих обмоток и, таким образом, параметрами, значения которых заданы без какого-либо допуска. Спецоватепьно, не может быть и откпонения значений этих параметров от оптимальных.

На чертеже изображен общий вид магнитомодупяционного датчика угпа поворота с двухфазной выходной обмоткой.

Магнитомодупяционный датчик угпа поворота содержит кольцеобразный ста тор 1 из магнитномягкого материала, посдедоватепьно соединенные одинаковые секции 2,-секционную обмотку возбужде-ния 3, припегающую к внутренней поверхности статора 1, секции 4, образую щие секционную многофазную выходную обмотку 5, прилегающие к катушкам 2, многопопюсньтй ротор 6, выполненный в виде многопошосного постоянного магнита, намагниченного в плоскости, перпендикулярной его оси вращения. Секции

2и 4 равномерно распределены по окружности, причегл расстояние между двумя соседними секциями равно ширине одной секции. Число пар полюсов ротора 6 в два раза меньше числа пар погаос:ов выходной обмотки 5. Статор I имеет на внутренней поверхности выступы 7, которые равномерно распределены по окружности. Их число в два раза больше числа секций 2 обмотки возбуждения Э. Выступы 7 обеспечивают простую и надежную фиксацию секций 2 и 4 обмоток

3и 5,

Удвоение чиспа выступов 7 по срав пению с числом секций 2 обеспечивает симметрию магьштного поля возбужаеиия Обмотка возбуждения 3 подключена к источнику переменного напряжения (на чертеже не показан). Ротор 6 изолирова стальной немагнитной оболочкой {на чер теже не показана).

Датчик работает следуиадим образом. По обмотке возбуждения 3 протекает ток, создающий переменный магнитный поток, который наводит в фазах выходной обмотки 5 ЭДС.

Выражения дпя ЭДС фаз вьгхойной

обмотки

могут быть

записаны следующим образом.

2 feg juu(x1(i/2(x)Q(X + ci)ax,

о

2ii

jaj(x)tSJ2(x)G()dx.

коэффициент пропорциональности

K4-

где 3 - ГОК обмотки возбуждения 3i Шд{х)™ функция распредепения эффек- тивных витков обмотки возбуждения Ш (lO WjfKV- функции распределения эффективных витков фаз выходной обмотки 3;

O(XtcC)- функция, отображающая закон изменения проводимости выступов 7 и спинки статора 1 от угпа поворота ротора 6 ( оС дпя переменного потока обмотки возбуждения 3);

X -текущая координата вдоль расточки статора 1.

Все секции выходной обмотки 5 находятся под одноименными погаосами попя, создаваемого обмоткой возбуждения 3. Поэтому можно принять фушщию ои(к ) равной константе Ш(х ) К2С учетом того, что выходная обмотка 5 выполнена синусной, положим

oJ 3:SinpX, Ш5 С05Р5.

Насыщеш1е отдеяьных участков магнй« топровойз статора 1 под воздействием потока постоянного магнита приводит к тому, что функция 6(.) становится переменной вдояь расточки статора. Эта функция раскпадьшается в ряд Фурье, из которого выдеяается гармоника порядка р. Наличие в разложении функ ции G ( X s- d.)гармоники порядка р

обеспечивается вышеуказанной геометрией ротора 6.

G(x-bo.) ApSin p(;-tot}- 6p3 AQ

00

S А„в1п п(х-5-оС) L

ttlfpi

где , Ар, А -коэффициенты Фурь

соответственно для постоянной составля- ющей гармоники р и rt-ой гармоники проводимости;

произвольно фазовые

ер и

углы.

Г1одставгшя по/мученные соотношения в выражения дия Е и Ел , получим

Н K K S ApfTCosfpa-hep),

a Apfcsin (pcL-fep) TO есть на одной фазе выходной об мотки 5 напряжение изменяется в функции угпа поворота ротора 6 по закону синуса, а на второй фазе по закону косинуса, как у Ьбычного синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Преимущества описьгааамого устройст ва по сравнению с известными, аакшочающиеся в его более высокой тошости объясняются следующим. Магнитомодупянионный датчик не чувствителен к отклонению амплитуды магнитного потока и искажению конфигурации ПОЛЯ постоянного магнита и откло нению сечения магнитопровода статора от оптимума. Действительно, указанные факторы приводят только к появлению в кривой проводимости G() гармоник с номерами, отличными от р. Однако это не приводит к нарушению синусоидального характера зависимости выходной ЭДС от угпа поворота ротора, так как JOO sinpx S (xtdL) , оn-i JQO cospx S А ()+« 3dx 0 Не скааьгеается на точности предлагаемого датчика и эксцентриситет рото

pa 6. Хотя в этом сяуча в разложений кривой появится помимо паразитных гармоник и постоянная составляющая, но

2ir

J о

sin px Andx -O

2t

J cospx AodxO, а сг1едоБзтепьно5 выходами сигнал остается неизменным. Формула изобретения Магнитомодуляционный датчик угла поворота, содержащий кольцеобразный статор из магнитномягкого материала, секпион1 ую обмотку возбуясдения, секционную многофазную вьтходную обмотку и многопошосньгй ротор, отличающийся тем, что, с цепью повьтшення точиостн датчика, на внутренней стороне копьцеобразного статора расположены выступы, на которых через один последовательно размещены секции обмотки возбух дення и секции многофазной выходной обмотки, а. чиспо пар полюсов ротора в два раза меньше чиспа пар полюсов выходной обмотки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Розенблат М. Д. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники,- 1966, стр. 338-34О, 2,и ульгин Л. В„, Демина Н. А., Каган Л, E.-CoKonoBa Н. Д. Магнитомодул5шионные преобразователи угпа поворота в код, 1968, стр. 27.