Датчик углового положения Советский патент 1981 года по МПК G01B7/30 G01D5/20 

(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

Изобретение относится к контрольноизмеритепьной технике и может найти применение в системах автоматического регулирования частотных электроприводов переменного тока с синхронными, асинхронизированными синхронными и асинхро ными двигателями, обеспечивая формирование сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота. Известен датчик углового положения индуктосин, имеющий статор с двухфазной измерительной обмоткой и дисковый ротор с обмоткой возбуждения, подключенной через скользящие контактные токоподводы к источнику напряжения повышенной часто ты 12. Выходные сигналы измерительных обмоток демодулируются. Демодулированные сигналы представляют собой периодические функции угла поворота, близкие к синусоидальным. Индуктосин обеспечивает высокую точность измерений, однако имеет ряд недостатков. Основной из них наличие контактного токоподвода, что снижает надежность и исключает возможкость использования такого датчика при большой угловой скорости вращения ротора.Выполнение индуктосина с малым зазором между ротором и статором обуславливает чувствительность датчика к аксиальным отклонением и неплоскостности ротора. Наиболее близким техническим реиением к изобретению является датчик углового положения, содержащий высокочастотный источник тока, дисковый ротор и установленные по обе стороны от него два элемента статора, на одном из которых размешена плоская секционированная измерительная обмотка, а на другом - обмотка возбуждения, подключенная к высокочастотному источнику тока Г21. Дисковый ротор - электромагнитный экран - обеспечивает при вращении модуляции электромагнитного потока в зазоре между обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой и дриводит к амплитудной моду 1яции выходного сигнала датчика. 38 Недостатком датчика является наличие в демодулированном сигнале постоянной составляющей, обусловленной размещением обмотки возбуждения и измерительной обмотки на периферии элемента статора датчика относительно оси вращения ротора, а также его однополюсностью. Наличие постоянной составляющей снижает точность измерения углов в широком диапазоне скоростей начиная от нуля, когда схемные методы точной компенсации постоянной составляющей неприменимы. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цель достигается благодаря тому, что обмотка возбуждения выполнена в виде кольца, соосного с осью вращения ротора, а ротор выполнен из частично металлизированного диэлектрика, наметаллизированные участки которого, образую.щие разноименные полюса, размещены поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуж дения на плоскость ротора. На фиг. 1 показан предлагаемый шести полюсной датчик, разрез; на фиг. 2 - ротор, разрез; на фиг. 3 - статор, разрез; на фиг. 4 - электрическая схема датчика. На валу 1 датчика, соединяемом в про цессе измерения с валом, положение которого контролируется, установлен дисковый ротор 2, выполненный из частично металлизированного диэлектрика, например из фольгированного стеклотекстолита, небьющегося стекла, фарфора и т.п. По обе стороны от дискового ротора 2 установлены два элемента 3 и 4 статора 5. На элемен те 3 статора 5 размещена плоская секцио нированная измерительная обмотка 6, а на элементе 4 - обмотка 7 возбуждения, выполненная в виде кольца, соосного с осью вращения ротора 2 и утопленного в канавку ротора. Элементы 3 и 4 статора выполнены из магнитодиэлектрика и являются магнитопроводами. Секции измерительной обмотки 6 образуют две системы печатных обмоток, сдвинутых между собой на угол ( 2.У1 JT) эл. радиан, где rt - целое число. Металлизация дискового ротора 2 выполнена таким образом, что неметаллизироёанные участки 8, образующие полюса, размещены по обе стороны от проекции 9 окружности среднего диаметра кольца обмотки 7 ваэбужцения на плоскость дискового ротора 2. Обмотка 7 возбуждения подключена к источнику напряжения. 1 Число полюсов определяется необходимой величиной редукции. Форма неметализированных участков 8 (полюсов) определяется функциональной зависимостью ныт ходного сигнала от угла поворота, которую еобходимо получить. Например, для получения синусоидальной зависимости выходой ЭДС от угла поворота эта форма будет определяться из соотношения I A-sind, площадь полюсй; угол поворота ротора; постоянный коэффициент, зависящий от геометрии обмоток статора. Обе секции измерительной обмотки 6 подключены ко входам демодуляторов (не показаны). Датчик работает следующим образом. , При выходе на обмотку 7 возбуждения от высокочас1х гного источника Ю напряжения питания прямоугольной или синусоидальной формы с частотой 5О-10О кГц возбуждается магнитное поле, силовые линии которого, имеющие .одинаковое направление и проходящие через одноименные полюса (неметаллизированные участки 8) наводят в каждой из Секций измерительной обмотки б ЭДС одного знака. ЭДС в секциях измерительной обмотки 6 равна алгебраической сумме ЭДС, наводимых потоками полюсов - неметаллизированных участков 8, которые в данный момент времени проектируются на площадь данной секции. При повороте дискового ротора 2 высокочастотный сигнал в измерительной обмотке 6 статора 5 изменяется по амплитуде, в определенном положении проходит через ноль, изменяя фазу на противоположную по отношению напряжению возбуждения. В двух положениях ротора, отличающихся на полюсиое деление, напряжение на выходе измерительной обмотки 6 имеет одну а ту же амплитуду и противоположные фазы. Напряжения на выходе двух демодуляторов, подключенных к секциям измерительной обмотки 6, будут периодическими функциями угла поворота, причем функциями, симметричными относительно оси абсцисс, то есть не содержащими постоянных составляющих и четных гармоник. Эти напряжения имеют одинаковый вид, период их - 1/р оборота (где р число пар полюсов), а сдвиг по фазе на 1/4 р оборота.

Проводники секций измерительной обмотки известными методами могут быть расположены таким образом, чтобы напряжения на выходах демодуляторов в функции угла поворота мало отличались от синусоидальных функций.

Таким образом, выполнение обмотки возбуждения в виде кольца, соосного с осью вращения ротора, и ротора - из частично металлизированного диэлектрика с неметаллизированными участками - полюсами, размещенными поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость ротора, позволяет получить выходной сигнал, изменяющийся как по амплитуде, так и по фазе и не имеющий постоянной составляющей, что повьпиает точносгь измерений в широком диапазоне скоростей начиная от нулевой скорости. Ф о рмула изобретенияДатчик углового положения, содержащий высокочастотный источник тока,

ковый ротор и установленные по обе стороны от. него два элемента статора, на одном из которых размещена плоская секционированная измерительная обмотка, а на другом - обмотка возбуждения, подключенная к высокочастотному источнику тока, отличающийся тем, что, с целью по выщения точности, обмотка возбуждения выполнена в виде кольца, соосного с осью вращения ротора, а ротор выполнен из частично металлизированного диэлектрика, неметаллизированные участки которого, образующие разноименные полюса, размещены поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость дискового ротора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

//