Сельсин Советский патент 1979 года по МПК H02K24/00 H01L41/10 

Изобретение относится к области устройств автомат :ки и может быть и пользовано для дистанционной передачи данных в системах контроля и управления . Кзвестны сельсины, работающие на принципах магнитной индукции в поля неоднородных по углу поворота ротора. Эти сельсины выполняют в виде электродвигателей с обмотками возбуждения и синхронизации, размещенными отдельно на роторе и статоре Изготовление такого сельсина пре дъявляет высокие требования к магни ному материалу магнитопровода и вза иморасположению обмоток, а паразитные емкости между витками индуктивных обмоток ограничивают область ра бочих частот. Последнее обстоятельство, наряду с необходимостью зазора в магнитопрюводе между ротором и статором, приводит к утяжелению устройства, увеличению момента инерции ротора, а значит и времени его успокоения. В конструкциях сельсинов с контактными кольцами возрастают погрешности в эксплуатации из-за эффектов на контактах, а в бесконтаткных конструкциях размещают дополнительные обмотки кольцевого трансформатора, что усложняет конструкцию и снижает удельный момент сельсина (на один градус поворота ротора). Кроме того, индукционные сельсины создают вокруг себя сильное магнитное поле, ограничивающее их применение. Известны также сельсины, содержащие двуфазную обмотку возбуждения и трехфазную обмотку синхронизации, которые размещены на роторе и статоре, причем обмотка возбуждения, установленная на роторе, подключена к генератору 2. Данное устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и получаемому результату. Конструкция прототипа имеющая пять обмоток, сложна, а выполнение и размещение их в сельсине требуют высокой точности. Кроме того, большая масса магнитопровода увеличивает момент инерции ротора и, следовательно, время его успокоения. Это вынуждает применять дополнительную короткозамкнутую обмотку успокоения, снижающую синхронизирующий удельный момент сельсина. 3 Цзлью изобретения является умень шение момента инерции ротора и повышение удельного момента. Поставленная цель достигается гем, что ротор выполнен в виде бимо фной изогнутой пьезоэлектрической пластины, одним концом шарнирно сое диненной с водилом рабочего вала, а другим - прижатой к цилиндрическо поверхности колеса, закрепленного на статоре с возможностью вращения, причем электроды пьезоэлемента под ключены к высокочастотному генерато ру с напряжением, промодулированньгм по амплитуде, и индикатору угла поворота вала, настроенному на часто ту модуляции. На чертеже изображен описываемый сельсин. Сельсин содержит ротор 1, выполненный в виде биморфного пьезоэлемента, один конец которого соединен с водилом 2, закрепленным на рабочем валу 3, а другой конец с наконечником 4 прижат пружиной 5 к колесу 6, закрепленному на статоре 7 с возможностью вращения. Все звенья механизма сельсина закреплены на статоре 7, Внутренний и один из внешних электродов пьезоэлемента подключены к высокочастотному генератору 8. Кроме того, внешние элект роды пьезоэлемента соединены со вхо дом индикатора 9 угла поворота вала 3, вращение которого ограничено буферной пружиной 10. Сельсин работает следующим образ На пьезоэлемент 1, касающийся колеса 6 под определенным, углем, за висящим от поворота рабочего вала 3, подают высокочастотное промодули рованное по амплитуде с частотой Р напряжение от генератора 8 и воз&уж дают в нем продольные колебания, Для этого частоту f генератора выбирают Рсшной резонансной частоте прололь ных колебаний пьезозлемента 1, которую рассчитывают по формуле т , Se. /2Ц где Cjg. скорость продольных акустических волн в пьезокера мике; L -- длина пьезоэлемента. Частоту F модуляции амплитуды высокочастотного напряжения выбирают равной частоте собственных изгибных колебаний пьезоэлемента 1, зависящей от ДЛИ (, толщины t и условий креп ления ее концов. В приведенном случав частоту определяют по формуле: - . СзвЛ/ь Для уверенной раббты устройства частота модуляции F должна быть значительно, например в 20 раз, ниже частоты генератора 8. Под влиянием продольных колебаний конец пьезоэлемента 1, прижатый пружиной 5 к колесу б, приводит его во вращение, а обратная реакция вращаквдего момента действует через пьезоэлемент 1 и водило 2 на рабочий вал 3, одновременно упруго изгибая пьезоэлемент 1. С целью облегчения изгибных колебаний пьезозлементу 1 придают предварительный изгиб большого радиуса, например равного утроенной длине пьезоэлемента. Так как величина вращающего момента меняется с частотой модуляции F, в пьезоэлементе возбуждается сигнал с частотой F и амплитудой, пропорциональной скорости вращения колеса 6. Этот сигнал подают на индикатор 9 угла поворота рабочего вала 3. Упомянутая скорость вращения колеса 6 зависит от величины напряжения генератора 8, которое поддерживают постоянным, и от угла наклона пьезоэлемента 1 к поверхности колеса 6, который изменяется пропорционально углу поворота водила 2 рабочего вала 3. Когда сельсин используют в качестве сельсина-датчика, рабочий вал 3 играет роль командного и пружина 10 отсутствует. В этом случае индикатором 9 угла поворота служит сельсин - приемник или просто вольтметр. Когда сельсин используют в качестве сельсина-приемника, рабочий вал 13 играет роль поворотного. Пружина 10 необходима для дифференциации угла поворота в зависимости от вращающего момента. В этом случае индикатором 9 угла поворота служит дифференциальный усилитель, на один вход которого подключены электроды пьезоэлемента 1, а на другой подают сигнал с сельсина-датчика. Пьезоэлемент 1 изготовляют из шликера титанат-цирконат-свинцовой керамики прокатанной в ленты, на главные поверхности которых наносят металл и зирухйцую пасту. Две сложенные и прокатанные через вальцы ленты изгибают в виде цилиндрической поверхности большого, например утроенной длины пьезоэлемента, радиуса и обжигают. Паста, восстановленная во время обжига в металл, служит внутренним и внешним электродами, с помощью которых поляризуют керамику (каждый слой по толщине навстречу друг к другу в поле 30 кв/см при llOC) и затем включают в цепь управления. Поверхность колеса 6 с целью повышения его износостойкости цианируют или изготовляют из металлокерамического сплава, например ПК8, а наконечник 4 вьйюлняют из алунда, например марки 22ХС. Противоположный конец пьезоэлемента закрепляют в гнезде водила в слабоупругой, например резиновой, обойме. Для уменьшения габаритов предлагаемого сельсина, можно разместить пьезоэлемент 1 и вал 3 внутри вы3полненного полым колеса 6. Тогда на конечник 4 будет скользить по внутренней цилиндрической поверхности колеса 6. Данный сельсин, в отличие от про тотипа, не содержит обмоток, что по вьыает его эксплуатационную надежность; при том же весе развивает, в 10 раз больший удельный момент. Кроме того, момент инерции ротора, который в изобретении определяется массой водила и пьезоэлемента, может быть существенно уменьшен, например до , в сравнении с прототипом (10 кг-м и больше), что сокращает время успокоения колебан ротора. Формула изобретения Сельсин, содержащий статор и ро тор, установленный на валу, отл чающийся тем, что, с целью 3 повышения удельного момента и уменьшения момента инерции ротора, ротор выполнен в виде бимор)ной изогнутой пьезоэлектрической пластины, одним концом шарнирно соединенной с водилом рабочего вала, а другим прижатой к цилиндрической поверхности колеса, закрепленного на статоре с возможностью вращения, внутренний и один из внешних электродов пьезоэлемента подключены к высокочастотному генератору промодулированного по амплитуде напряжения, а внешние электроды подключены к индикатору угла поворота вала, настроенному на частоту модуляции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ахметжанов А. А. Системы передачи угла повыиенной точности Ч.-Л., Энергия, 1966. стр. 46-48. 2.Свечарник Д. В. Дистанционные передачи. М., Энергия, 1974, стр. 99-115.