Магнитный преобразователь углового положения вала в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/04 

1

Изобретение относится к области дистанционной передачи сигналов, в частности,к устройствам преобразования углового положения вала в код.

Изобретение может быть исдользова- 5 но в электромеханических устройствах цифровых систем автоматического управления и для преобразования информации из аналоговой формы в цифровую и наоборот.10

Известен преобразователь, содержащий кодовый барабан; набранный из разрядных дисков, и головки считывания типа индуктивного датчика с ферромагнитными (ферритовыми) сердечни- 15 ками, расположенные с зазорами по отношению к кодовому барабану l . Головки считывания выполнены в виде индуктивных дифференциальных датчиков и позволяют получить более вы- 20 сокое значение отношения величин сигнал /помеха при прочих равных условиях, в том числе при изменении температуры окружающей среды в значительных пределах..25

Недостатками указанного преобразователя являются относительно большие габариты головок считывания вследствие того, что точность балансировки помехи в головке зави- 30

сит от допусков на геометрические размеры элементов сердечника и -допуска на число витков обмоток, следовательно, при уменьшении размеров сердечника допуски становятся слишком жесткими и конструкция считывания нетехнологичной, и отсутствие в головках считывания конструктивных элементов для регулировки сигнала помехи после намотки сердечника в процессе сборки головки для регулировки полезного сигнала с головки.

Известен также многоотсчетный преобразователь углового положения вала в код, содержащий кодовые барабаны точного и грубого отсчета, собранные из разрядных дисков, выполненные из немагнитного материала с ферромагнитными вставками кодовые барабаны установлены в корпусах, один из которых снабжен установочным фланцем, магнитные головки считывания, установленные на корпусах с зазором относительно кодовых барабанов, редуктор, соединяющий кодовый барабан грубого отсчета с кодовым барабаном точного отсчета 2.

Недостатком известного многоотсчетного преобразователя является

низкая чувствительность, обусловленная тем, что вставки из ферромагнитного материала выполнены из кусков подковообразно изогнутой ленты из стали пермаллой, и укреплены в дисках на клее или впрессованы так, что на внешней цилиндрической поверхности каждого диска образована упомянутая кодовая шкала, состоящая из чередующихся ферромагнитных элементов-вставок и немагнитных элементов-участков цилиндрической поверхности диска в промежутках между вставками; при этом число пазов в дв раза превышает число ферромагнитных элементов шкалы. Такая конструкция вынуждает изготавливать диски младших разрядов большими по диаметру дисков старших разрядов (с целью уменьшения инерционности ротора за счет уменьшения массы дисков старших разрядов). Вставки выступают над цилиндрической поверхностью обода диска в радиальном направлении на величину, равную или несколько превышающую толщину исходной ферромагнитной ленты вставок, и в совокупности образуют на ободе диска зубчатый венец, смещенный вдоль образующей цилиндрической поверхности в сторону одного из торцов диска, так как пазы в дисках выполнены неполными по его ширине (не сквозными) Наличие выступающих за цилиндрическую поверхность частей вставок, образующих на ободе диска зубчатый венец при вращении диска вокруг своей оси, создает дополнительное сопротивление его вращению, что, в свою очередь, дополнительно снижает чувствительность преобразователя. Наличие дисковых шкал на роторах увеличивает их. инерционность, а следовательно, понижает чувствительность усройства. Диски кодового барабана выполнены из легкого сплава, например алюминиевого, однако алюминиевые сплавы в большей степени изменяют линейные размеры при изменении температуры, чем специальные стали (сплавы с более высокой плотностью), из которых изготовлены ферромагнитны вставки, например пермаллой. Поэтому при воздействии внешних температу ных факторов в кодовых барабанах известного преобразователя возникают деформации, что отрицательно влияет на чувствительность и надежность преобразователя.

Головки считывания преобразовател выполнены выполнены по типу катушек с подковообразным сердечником из ферромагнитного материала и включе;зы в мостовую схему, вследствие чего изменение температуры окружающей среды резко влияет на изменение баланса моста, реагирующего на значени цифры в данном разряде, что допускает нормальное функционирование преобразователя в узком интервале рабочих температур (0-4(f) . Кроме того, головки считывания установлены в корпуса секций преобразователя без возможности регулировки зазора межд полюсами сердечников головок считывания и кодовой шкалой ротора, так как зазор между головками и ферромагнитныг ш элементами изменяется от одного элемента к другому при вращении ротора из-за набега допусков.

Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности преобразователя.

Это достигается тем, что в магнитный преобразователь углового положния вала в код, содержащий кодовые барабаны точного и грубого отсчета, собранные из разрядных дисков, выполненные из немагнитного материала с ферромагнитными вставками кодовые барабаны установлены в корпусах, один из которых снабжен установочны фланцем, магнитные головки считыван установленные на корпусах, с зазоро относительно кодовых барабанов, редуктор, соединяющий кодовый барабан грубого отсчета с кодовым барабаном точного отсчета, введены устройство регулировки полезного сигнала и устройство регулировки сигнала помехи, ферромагнитные вставки выполнены из компаунда с ферритовым наполнителем, у которого плотность и температурный коэффициент линейного расширения равен соответственно плотности и температурному коэффициенту Лушейного расширения материала дисков, головки считывания выполнены в виде дифференциального индуктивного датчика с Н-образным сердечником и снабжены устройством регулировки полезного сигнала, которое выполнено в виде набора прокладок, пакеты которых установлены между головками считывания и корпусами кодовых барабанов, и устройством регулировки сигнала помехи, выполненным в- виде набора компенсационных ферромагнитных и немагнитных шайб, установленных по торцам головок считывания против полюсов сердечников и укрепленных на головках считывания, а также тем, что на валу внешнего разрядного диска кодового барабана точного отсчета и на корпусе кодового барабана точного отсчета выполнены отметки, а в корпусе кодового барабана грубого отсчета дь1полнено окно, в котором укреплен прозрачный указатель с отметкой.

На фиг. 1 изображен преобразователь углового положения вала в код, общий вид; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 на диск старшего разряда кодового барабана; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1 на торец установочного фланца корпуса секции

точного отсчета; на фиг. 4 - кинематическая схема преобразователя; на фиг. 5 - сборка ведущей шестерни редуктора с валом кодового барабана точного отсчета; на фиг. 6 - установка головка считывания на корпусе с набором прокладок для регулировки зазора между головкой и кодовьом барабаном; на фиг. 7 - головка считывания в разрезе, обший вид; на фиг.Ввид по стрелке В на фиг. 7; на фиг.9схема выполнения обмоток на ферритовом сердечнике головки считывания, направления и взаимодействия магнитных потоков в головке при совмещении полюсов сердечника с ферромагнитным элементом кодового барабана.

Предлагаемый многоотсчетный преобразователь углового положения вала в код содержит кожух 1, внутри которого имеется секция 2 точного и секция 3 грубого отсчетов и соединяющий их малогабаритный редуктор 4 (фиг. 1, 4) . Каждая из секций содержит вал 5 (б) и корпус 7 (8). Валы являются носителем кодовых барабанов, которые набраны из отдельных 1разрядных дисков 9 и 10 и укреплены на валу. Валы установлены в корпусах на шарикоподшипниках 11 имеют минимальное допустимое осевое смещение, которое выбирается регулировочной шайбой 12, которая расположена под крышкой 13. Валы 5 и 6 секций точного и грубого отсчетов содержат идентичный набор разрядных дисков 10. Вал 5 кодового барабана 14 точного отсчета с одной стороны -имее выход, посредством которого преобразователь соединяется с управляющим валом объекта, а с другой стороны на нем укреплена посредством клеевого соединения 15 шестерня 16, закаленная до твердости 55-60 ед.по Роквеллу с помощью которой вал 5 сопрягается с редуктором 4. Крышка 17 укреплена на корпусе 7. Крышка 18 имеет кольцевую заточку, служащую для посадки корпуса 8, и образует с сорпусом 7 полость редуктора 4 (фиг. 1) . Для повышения точности передачи редуктор 4 содержит люфтовыборные колеса 19. Зубчатый венец корпуса 8 находится в зацеплении с шестерней 20. Вращением шестерни 20 достигается плавная и точная компенсация технологических погрешностей относительно углового положения секций 2 и 3 отсчета. Установка начального относительного положения секций 2 и 3 выполнена с помощью шестерни до совмещения риски нулевого положения вала 6 секции 2 грубого отсчета с индексом 21 и риски 22, нанесенной на торец выхода вала секции точного отсчета, с риской 22 на корпусе той же секции (см. фиг. 3J. После юстировки корпус фиксирован прижимами 23 и 24. Головки считывания 25 укреплены в корпусах 7 и 8 секции 1 точного и секции 2 грубого отсчетов по схеме У-кода. Набор прокладок 26 между головками считывания 25 и корпусами 7, 8 служит для установки рабочего зазора, необходимого для исключения заедания вала при работе в условиях значительного изменения

0 температуры окружающей среды и повышенной влажности и достаточного для получения амплитуды полезного сигнала с головки считывания 25 в пределах допустимых отклонений. Голов5ка считывания 25 представляет собой дифференциальный индуктивный датчик, состоящий из корпуса 27 (см. фиг.7) и укрепленного в нем Н-образного ферритового сердечника 28. Одним тор0цом сердечник вставлен в паз корпуса

27и доработан заподлицо с плоскостью Т. На другой торец сердечника

28надета прижимная шайба 29. На Н-образный сердечник 28 намотана, как показано на фиг. 9, первичная

5 обмотка 30, концы которой распаяны на плату, и вторичная обмотка 31, концы которой распаяны на плату. Первичная обмотка 30 расположена на боковых симметричных элементах серDдечника в виде четырех одинаковых секций. Секции намотаны таким образом, что магнитные потоки Ф и Ф (см. фиг. 9) , возникающие в верхней и нижней половинах сердечника

5 28, вычитаются в перемычке. Вторичная (выходная) обмотка 31 расположена на перемычке сердечника 28. Головка считывания 25 устанавливается в корпусе 7, В секций 2, 3 та0ким образом, что нижняя часть сердечника 28 располо : ена над кодовым барабаном 14, содержащим на цилиндрической поверхности ферромагнитные элементы 32 и немагнитные элементы,

с зазором порядка 0,07 мм. Для повы5шения чувствительности головки предусмотрена дискретная регулировка амплитуды сигнала/помехи в сторону ее уменьшения путем установки компенсационных шайб 33 из немагнитных и

0 ферромагнитных материалов, из которых те или иные крепятся с помощью клея по торцам головок против полюсов сердечника со стороны выхода обмоток. Преобразователь снаружи закрыт защит5ным кожухом 1, имеющим окно для выхода выводов монтажной платы. Благодаря наличию круглого установочного фланца и соосно расположенных валов 5, 6 корпусов 8 и редуктора 4 преобразователь крепится на объекте

0 сухарями и имеет возможность разворачиваться на определенный угол для юстировки с элементами объекта.

Преобразователь работает следую5щим образом.

При совмещении поверхности ферромагнитного элемента 32 (лиг. 2, 9) с Н-образньм сердечником 28 головки считывания 25 во время вращения валов 5 и б происходит зa лыкaниe магнитопровода, з результате чего во вторичной обмотке 31 наводится электродвижущая сила, пропорциональная результирующему потоку Ф. -( ®2 которая снимается с обмотки в виде напряжения соответствующего 1 соответствующего разряда в двоичном коде. При прохождении под головкой считыв.ания участка из немагнитного материала (фиг. 2) напряжение во вторичной обмотке отсутствует или имеет место некоторое остаточное напряжение помехи отрицательной полярности, что соответствует О в связи с тем, что магнитные потоки Ф и Ф незначительно отличаются.

Предлагаемый преобразователь позволяет уменьшить габариты и массу влов, повысить чувствительность преобразователя на изменение скорости вращения управляющего вала приборны систем вследствие уменьшения момента инерции ротора по сравнению с прототипом; позволяет нормально функционировать системам при отрабоке данных с угловым ускорением более 0,5 рад/с (на валу секции грубого отсчета); уменьшить сложность конструкции и ее изготовления, т.е. повысить технологичность кодовых шкал разрядных дисков преобразователя; повысить надежность кодового барабана при работе преобразователя в режиме повыщенных скоростей врщения ротора при значительных изменениях температуры окружающей среды воздействии вибрационных и ударных нагрузок, повышает надежность работы при изменяющейся температуре окружающей среды, позволяет упростить размещение преобразователя в современных малогабаритных устройствах и обеспечить юстировку его на объекте. Все это дает возможность использовать преобразователь в сложных условиях эксплуатации в пределах ресурса системы, в которой он установлен.

Формула изобретения

1. Магнитный преобразователь углвого положения вала в код, содержаший кодовые барабаны точного и грубого отсчета, собранные из разрягтгтлу дисков, выполненные из немагнитного материала с ферромагнитными вставками кодовые барабаны установлены в корпусах, один из которых 5 снабжен установочным фланцем, магнитные головки считывания, установленные на корпусах, с зазором отно-сительно кодовых барабанов, редуктор, соединяющий кодовый барабан грубого отсчета с кодовым барабаном точного отсчета, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности преобразователя, в него введены устройство

5 регулировки сигнала помехи, ферромагнитные вставки выполнены из компаунда с ферритовым наполнителем, у которого плотность и температурный коэффициент линейного расширения

Q равен соответственно плотности и температурному коэффициенту линейного расширения материала дисков, головки считывания выполнены в виде дифференциального индуктивного датчика с Н-образным сердечником и

снабжены устройством регулировки полезного сигнала, которое выполнено, в виде набора прокладок, пакеты которых установлены между головками считывания и корпусами кодовых

0 барабанов и устройством .гегулировки сигнала помехи, выполненным в виде набора компенсационных ферромагнитных и немагнитных шайб, установленных на торцах головок считывания

5 против полюсов сердечников и укрепленных на головках считывания. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что на валу внешнего разрядного диска

п кодового барабана точного отсчета и на корпусе кодового барабана точного отсчета выполнены отметки, а в корпусе кодового барабана грубого отсчета выполнено окно, в котором укреплен прозрачный указатель с

5 отметкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Филиппов В.Г. Цифраторы перемещений. Изд. МО СССР, М. 1965, с.98

2.Научно-техническая информация по приборостроению, № 3 (11) , Техническая информация № 15, Судпром гиз. Л., 1959, с. 49-51 (прототип)

/5 // 2 2J

Г-/7

ВидА

П

IS