Трансформаторный датчик угловых перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B7/30 G01D5/20 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в машиностроении для контроля положения рабочего органа металлорежущих станков, например фрезерных, строгальных и т.п.

Известен трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижные первичную и вторичную обмотки и размещенный между ними металлический диск, профиль которого оформлен по одной или двум симметрично замкнутым спиралям Архимеда. При вращении диска во вторичной обмотке наводится линейно модулированный по амлитуде аналоговый сигнал переменного тока, несущий информацию об угловом положении вала или о количестве его оборотов fl.

Однако у датчика недостаточная чувствительность и ограниченная JMomность выходного сигнала, обусловленная тем, что датчик не имеет ферромагнитного магнитопровода.

Более близким техническим рещением к данному изобретению является трансформаторный датчик угловых пере.мещений, содержащий неподвижный Фрбразный магнитопровод с тремя полюс-г

наконечниками, торцы которых обращены к воздушному зазору между ними, установленный в этом зазоре кольцевой ферромагнитный якорь с осью симметрии, расположенной под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода, и поперечным сечением в зоне воздушного зазора не менее, чем в два раза меньшим по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода, и размещенные наполюсных наконечниках первичную и две встрбчно соединенные вторичные обмотки 2.

Чувствительность этого датчика .. недостаточна, вследствие ограниченной площади ферромагнитного якоря в зоне воздушного зазора.

Цель изобретения - повышение чув20ствительности датчика.

Для достижения поставленной цели в трансформаторном датчике угловых перемещений кольцевой якорь снабжен размещенными на его противолежащих поверхностях двумя парами аналогично выполненных, но расположенных взаимно противоположно полюсных наконечников, каждый из которых выполнен в виде замкнутог:о контура, 30 образованного отрезками одинаковых.

Обращенных одна к другой спирали Архимеда соответствующего размера, полюсные наконечники в каждой паре обращены один к другому взаимно противоположными участками спиралей, причем один из них размещен внутри другого, а каждая пара полюсных наконечников охватывает боковые полюсные наконечники неподвижного магнитопровода с противоположных сторон.

Кроме того, трансформаторный датчик угловых перемещений мо:«ет.быть снабжен вторым, выполненным идентично первому, неподвижным магнитопроводом и размещенными на его полюсных наконечниках вторыми первичной и встречно соединенными вторичными обмотками, оба магнитопровода установлены в одной плоскости, симметрично относительно оси вращения якоря, и примыкают один к другому своими сплошныг/и торцами.

На .фиг, 1 представлен датчик, общий вид, продольный разрез; на фиг,2разрез А-А на фиг. 1J на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 вариант выполнения датчика с двумя неподвижными магнитопроводами.

Трансформаторный датчик угловых перемещений содержит неподвижный Ф-образный магнитопровод 1 с тремя полюсными наконечниками 2- 4, обращенными торцами к воздушному зазору мезкду ними. На среднем полюсном наконечнике размещена первичная обмотка 5, а на боковых - вторичные обмотки 6 и 7. В воздушном зазоре магнитопровода 1 размещена ферромагнитный кольцевой якорь 8 с немагнитным основанием 9 и полюсными наконечникаг-т 10-13. Якорь 8 жестко установлен на оси 14, вращающейся или поворачивающейся в подшипниках 15 и 16, и имеет ось симметрии, расположенную под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода. Площадь поперечного сечения якоря в зоне воздушного зазора не менее, чем в два раза меньше по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода. Пары полюсных наконечников 10-11 и 12-13 якоря 8 выполнены в виде замкнутых контуров (фиг. 2 и 3), образованных отрезками одинаковых, обращенных одна к другой спиралей Архимеда соответствующего размера. Пары полюсных наконечников 10-11 и 12-13, расположенные на противолежащих поверхностях якоря 8, повернуты одна относительно другой на -180° , т.е. размещены взаимно противоположно. Полюсные наконечники в каждой паре, например 10-11, также обращены ,один к другому взаимно противоположными участками спиралей Архимеда, причем один из jHHX размещен внутри другого, и охватывают боковые полюсные наконечники 2 и 3 неподвижного магнитопровода с противополохсных сторон, В варианте выполнения датчика он снабжен вторым неподвижным маг штопроводом1 выполненным идентично первому, и обмотками 18-20, размещенными на нем аналогично обмотками 5-7. Ферромагниная часть кольцевого якоря 8 симметрично расположена в зазорах магнитопроводов 1 и 17, установленных в одной плоскости и примыкающих один к другому своими сплошными торцами.

Трансформаторный датчик угловых перемещений работает следующим образом.

На первичную обмотку 5 датчика подается напряжение переменного тока промышленной или повышенной частоты. Магнитные потоки Ф и ф, созданные этой обмоткой, за лыкаются через полюсные наконечники 2-4 магнитопрово1да 1, кольцевой якорь 8 и его полюсные наконечники 10-13, а также воздушный зазор между ними. Благодаря тому, что кольцевой участок якоря 8 имеет площадь поперечного сечения в области воздушного зазора уменьшенную вдвое и смещенную относительно оси неподвижного магнитопровода 1 происходит возвратно-поступательное перемещение этого участка между боковыми полюсными наконечниками 2 и 3 и средним полюсным наконечником 4. При повороте якоря 8 в ту или другую сторону от начального положения tфиг.l) величина участков зазора (например, б , (f и ( ) с одной стороны HKOpjf 8 уменьшается, а с другой стороны якоря (cQjd и с ) увеличивается. Соответственно,- -лоток ф увеличивается, а поток ф уменьшается, вследртвие чего и ЭДС, наведенная в одной вторичной обмотке 7, увеличивается, а ЭДС, наведенная в другой вторичной обмотке б, уменьшается, благодаря-чему на выходе датчика появляется разностный сигнал. При угле поворота якоря, равном 180, ЭДС в одной из обмоток достигает максимума, а в другой обмотке - минимума. В результате, выходной (разностный; сигнал датчика будет максимальным. При повороте якоря 8 на угол, превышающий 180, фаза этого сигнала изменяется на противоположную.

При вращении якоря происходит поочередное перераспределение магнитных потоков между полюсными наконечниками 2-4 неподвижного магнитопровода 1 и кольцом якоря 8 с одной стороны, а также между указанными полюсными наконечниками неподвижного магнитопровода и замк11утыг1и полюсными наконечниками 10-13 якоря - с другой стороны. В результате на выходных зажимах датчика появляется напряжение, изменяющееся примерно по синусоидальному закону с периодом, равным одному обороту лкоря. Фаза этого напряжения зависит от направления врацения,а амплитуда характеризует осуществленное объек.том угловое перемещение. При непрерывном вращении якоря 8 под действием перемещающегося объек та выходная ЭДС пропорциональна его скорости вращения, т.е. датчик може работать и как датчик скорости вращения. В варианте исполнения датчика по фиг. 4 обеспечивается двукратное увеличение выходного сигнала датчика по сравнию с другим вариантом по фиг. 1 практически без увеличени его габаритов. Таким образом, благодаря указанному изменению конструкции якоря трансформаторного датчика обеспечивается более интенсивное увеличение его выходного сигнала при одном и том же угла поворота якоря, т.е. обеспечивается увеличение его чувст вительности. Формула изобретения 1. Трансформаторный датчик угловых перемещений, содерзхащий неподви ный Ф-образный магнитопровод с трем полюсными наконечниками,торцы которы обращены к воздушному зазору между ними, установленный в этом зазоре кольцевой ферромагнитный якорь с осью симметрии, расположенной под углом к оси симметрии неподвилсного магнитопровода, и поперечным сечени ем в зоне воздушного зазора не мене чем в два раза меньшим по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода, и размещенные на полюсных наконечниках первичную и две встречно соединенные вторичные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, кольцевой якорь снабжен размещенными на его противолеж-ащих поверхностях двумя парами аналогично выполненных, но расположенных взаимно противоположно полюсных наконечников, каждый из которых выполнен в виде замкнутого контура, образованного отрезками одинаковых, обргоденных одна к другой спиралей Лрхимеда соответствующего размера, полюсные наконечники в каждой паре обращены один к другому взаимно противоположными участками спиралей, причем один из них размещен внутри другого, и каждая пара полюсних наконечников охватывает боковые полюсные наконечники неподвижного магнитопровода с противоположных сторон. 2, Датчик поп, 1, отлича ющ и и с я тем, что.он снабжен вторым, выполненным идентично первом , неподвижным магнитопроводом и paзмeщeнны ш на его полюсных наконечниках вторыми первичной и встречно соединенными -вторичными обмотками, оба магнитопровода установлены в одной плоскости, симметрично относительно оси вращения якоря и пpи вJкaют один к другому своими сплошными торцами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 4025934, кл. G 01 Р 3/46, .1977. 2.Авторское свидетельство СССР № 473052, кл. G 01 О 5/20, 1973 (прототип).

Ф2

ff