Преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ БЕСКОК ТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащий роторную часть, состоящую из равно1яерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполненных в виде набора пластин с двумя окнами, в которых расположены секции слгнальных обмоток, соединенные пЬследовательно и согласно, и секции обмотки модуляции, соединенные последовательно и встречно на каждом магнитопроводе, статорную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроведов , выполненных в виде Н-о(разных секторов с расположенными на средней их части измерительными оЬмот .каг, индуктивный токосъемник, роторная обмотка которого подключе:На к общей обмотке модуляции, коммутатор , к входам которого подклю чены измерительные обмотки, и датчик скорости вращения объекта, ; соединенный с коммутатором, о т :Л и ч а ю Ъ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразо|ванйя , дополнительно введены фер;ромап итные вставки, расположенные с гарантированным зазором между не (Л : подвижными Н-образными магнитопроводами , а торцевые части Н-образных магнитопроводов выполнены со скосом , величина которого равна толщине набора пластин роторного магнитоц провода, и ферромагнитные вставки , выполнены в виде буквы П, повторяющей сечение Н-образного статорного магнитопровода. М о to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С НЮНЮ И

РЕСОУБЛИК

3 0 G 0) D 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНСМУ СИИДЕТЕЛЬСТВМ

ГООУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (121) 3327146/18-21 (22). 31.07.81 (46) 15.05.83 Бюл. В 18 (72) В.Г.Гусев, И.П.Иванов, В.Б.Иа лешин и A.Ï.Tîðãàøåâ (71) уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621. 336 (088.8) (56) 1. Гусев В.Н., Андрианова Л.П.

Индуктивные и магнитомодуляционные преобразователи для передачи информации с вращаккцихся объектов.

М.,"Энергия", 1979, с. 47-59, 74-80.

2. Автооское свидетельство СССР по заявке В .3263554/24,кл. G 01 0 5/t2,.

24.03. 81. (54) (57 } ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ БЕСКОЬ

ТАКТНОЙ . НЕРЕЛАЧИ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВРА)ЦА)ИЦЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащий роторную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполнен» ных в виде набора пластин с двумя окнами, в которых расположены секции сигнальных обмоток, соединенные ,-последовательно и согласно, и секции обвей обмотки модуляции, соеди, Su„„1017927 А

:ненные последовательно и встречно на каждом магнитопроводе, статорную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроведов, выполненных в виде Н-образных секторов с расположенными на средней их части измерительными обмот,ками, индуктивный токосъемник, :роторная обмотка которого подключена к общей обмотке модуляции, коммутатор, к входам которого подклю:чены измерительные обмотки, и дат.чик скорости вращения объекта, соединенный с коммутатором, о т—

:л и ч а ю 3е и и с я тем, что, с

;целью повышения точности преобразо вания, дополнительно введены фер;ромагцитные вставки, расположенные Щ с гарантированным зазором между не:подвижными Н-образными магнитопроводами, а торцевые части Н-образных магнитопроводов выполнены со ско- % сом, величина которого равна толщине набора пластин роторного магнито- Й провода, и ферромагнитные вставки ,. выполнены в виде буквы П, повторяю. щей сечение Н-образного статорного . („) магнитопровода. ваай

1017927

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и предназначено для бесконтактной передачи измерительных сигналов постоянного тока с вращающихся об*ектов на неподвижную измерительную аппаратуру.

Известен преобразователь магнитомодуляционного типа для бесконтактной передачи медленно изменяющихся электрических сигналов с вращающегося объекта на неподвижные (1 ), I

Этот преобразователь позволяет реализовать многоканальную передачу при .сравнительно небольших габаритах и уменьшенной потребляемой мощности модуляции, однако требует тщательной регулировки воздушных зазоров между вращающимися и неподвижными частями и не можвт быть установлен на проходной части валов.

Наиболее близким по технической сущности является многоканальный преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта, включающий роторную часть, содержащую вращающиеся магнитопроводы с сигнальными обмотками и общей обмоткой модуляции, статорную часть, содержащую неподвижные магнитопроводы с измерительными обмотками, индуктивный токосъемник, коммутатор и датчик скорости вращения. Неподвижные магнитопроводы выполнены в виде Н-образных секторов с расположенными на средней их части измерительными обмотками. Вращающиеся магнитопроводы выполнены в виде выбора пластин с двумя окнами, в которых расположены секции модуляционной и сигнальной об моток, причем секции модуляционной обмотки на каждом магнитопроводе включены последовательно и встречно, а секции сигнальной обмотки включены последовательно и согласно. Роторная обмотка индуктивного токосъемника подключена к модуляционной обмотке, а концы неподвижных измерительных обмоток подключены к входам коммутатора, синхронизированного от датчика скорости вращения. Указанное устройство имеет повышенную технологичность и позволяет увеличить число каналов преобразования при расположении его на валах большого диаметра и ограниченных осевых размерах для установки P2)..

Однако иэ-за наличия воздушных зазоров между неподвижными магнитопроводами, принципиально необходимых для обеспечения нормальной работосп- обности преобразователя, при пе. еходе вращающегося магнитопроведа от одного неподвижного магнитопровода к другому в измерительных обмотках наводится импульс ЭДС, вызванный резким изменением магнит60

65 обмотки,в неподвижных Н-образных магнитопроводах в моменты перехода вращающихся магнитопроводов от одного неподвижного сердечника.к другому. Амплитуда и длительность переходных процессов при этом суного потока в неподвижном магнитопроводе ° Выделить на фоне возникающего переходного процесса измерительный сигнал достаточно сложно, поэтому в течение части отрезка вре5 мени, когда вращающийся магнитопровод находится под конкретным неподвижным, часть информации теряется или искажается затухающим переходным процессом. Это приводит при наличии

10 в электронной аппаратуре интегратора к появлению дополнительной погрешности, величина которой зависит от параметров обмоток (активного и индуктивного сопротивления ) и скорости вращения.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Цель достигается тем, что в преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта, содержащий роторную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполненных в виде набора пластин с двумя окнами, в которых расположены секции сигнальных обмоток, соединенные последовательно и согласно, и секции общей обмотки модуляции, соединенные последовательно и встречно на каждом магнитопроводе, 30 статорную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполненных в виде

Н-образных секторов с расположенными на средней их части измеритель35 ными обмотками, индуктивный токосъем ник, роторная обмотка которого подключена к общей обмотке модуляции, коммутатор, к входам которого подключены измерительные обмотки, и

40 датчик скоРости вращения объекта, соединенный с коммутатором, дополнительно введены ферромагнитные вставки, расположенные с гарантированным зазором между неподвижными Н-образными магнитопроводами, а торцевые

45 части Н-образных магнитопроводов выполнены со скосом, величина которого равна толщине набора пластин роторного магнитопровода, а ферромагнитные вставки выполнены в виде буквы П, повторяющим сечение Н-образного статорного магнитопровода.

Введение в зазоры .между неподвижными Н-образными неподвижными магнитопроводами ферромагнитных вставок и выполнение скосов на неподвижных магнитопроводах позволяет существенно уменьшить изменение постоянного магнитного потока, соэдаваемого секциями неподвижной измерительной

1017927

10

65 щественно уменьшается, что обеспечивает повышение точности преобразования, На фиг. 1 и 2 приведена конструкция, поясняющая работу одного из каналов (статорный Н-образный и роторный магнитопроводы с обмотками ); на фиг. 3 - электрическая схема пре1обраэователя.

Преобразователь включает (см.. фиг 1,) роторную 1 и статорную 2 части. Роторная часть 1 включает вращающиеся магнитопроводы 3 с обмотками, равномерно расположенные по окружности вращения на валу 4, ферромагнитный сердечник 5 с обмоткой

6 индуктивного токосъемника. Ферро-. магнитный сердечник 5 отделен от вращающихся магнитопроводов 3 магнитным экраном 7.

Статорная часть 2 включает второй ферромагнитный сердечник 8 с обмоткой 9 индуктивного токосъемника вто-.. рой магнитный экран 10, ряд Н-образных магнитопроводов — секторов

11 с расположенными на них измерительными обмотками 12. Между неподвижными магнитопроводами расположены ферромагнитные вставки 13, отделенные от каждого чз них гарантированным воздушным зазором 14. торцы неподвижных магнитопроводов имеют скос, величина которого равна толщине вращающихся магнитопроводов 3.

Для обесп :ения механической прочности роторная 1 и статорная

2 части преобразователя залиты компаундом 15, например эпоксидной смолой.

Статорная 2 и роторная 1 части отделены друг от друга воздушный зазором 16.

На фиг. 2 приведены конструкции вращающегося магнитопровода 3 с обмотками, неподвижный Н-образный магнитопровод 11 с измерительной обмот кой 12 в момент прохождения магнитопровода 3 мимо магннтопровода 11 и показано соединение секций обмоток.

У

Секции 17 и 18, расположенные в окнах роторного магнитопровода 3, образуют мОдуляционную обмотку и соединены последовательно и встречно так, что создаваемые ими магнитные потоки в секциях 17 и 18 направлены в среднем стержне 19 встречно.

Свободные концы секций 17 и 18 под-. ключаются к концам роторной обмотки

6, служащей источником переменного тока (на фиг. 2 показано условно ).

Секции 20 и 21, расположенные в тех же окнах роторного магнитопровода 3, образуют сигнальную обмотку, соединены последовательно и согласно, а их свободные концы подключены к источнику преобразуемого постоянного сигнала, например, к термопаре 22.

Роторный магнитопровод 3 целесо.образно выполнять шихтованним в виде набора пластин, изолированных друг от друга.

На фиг, 3 приведена электрическая схема устройства. Секции 17 и 18 обмоток модуляции (для удобства обозначены элементы только одного канала преобразования ) на всех вращающихся магнитопроводах 3 соединены между собой последовательно и подключены к роторной обмотке 6 индуктивного токосъемника 23.

Измерительные обмотки 12 подклю чены к коммутатору 24, синхронизиро15 ванному от датчика 25 скорости вращения вала 4. Выход коммутатора 24 подключен к регистратору 26 (их число может быть больше — на каждый вращающийся магнитопровод 3 .свой регистратор ), например светлучевому осциллограмму или самописцу.

Преобразователь работает следующим образом (рассматривается работа одного канала преобразования) °

Роторная часть 1 преобраз зателя располагается на проходной части вала 4 и вращается вместе с ним. Питание секций 17 и 18 модуляционной обмотки осуществляется с помощью индуктивного токосъемника 23 (пози30 ции 5 6 8 и 9 на фиг. 1 ) от источника переменного тока (на фиг. 1 показан условно ). Вращающиеся секции

20, 21 сигнальной обмотки подключены к источнику преобразуемого сигна35 ла, например к термопаре 22, и по ним протекает постоянный ток, величина которого пропорциональна разности температур между спаями термопары 22.

40 Создаваемый этим током магнитный поток ф (см. фиг. 2 ) при прохождении вращающегося магнитопровода 3 ми.мо ферромагнитного сердечника замыкается в основном по двум путям— по самому вращающемуся магнитопроводу 3 (,магнитный поток ф")и через

:воздушный зазор 16 по неподвижному магнитопроводу 11 {магнитный поток Ф L

Если магнитное состояние роторного магнитопровода 3 неизменно, то из50 за наличия воздушного зазора Ф"» Ф

Однако, если амплитуда тока в секциях 17,18 модуляционной обмотки достатояно велика и магнитные потоки в секциях 17 и 18 доводят материал

55 вращающегося магнитопровода 3 до насыщения (в основном в самых узких местах ), то соотношение проводи" мостей на путях магнитных потоков ф и Ф" существенно меняется. ф

60 резко возрастает, а Ф" — уменьша:ется.

Посйольку секции 17,18 запитаны переменным током, то изменение магнитного потока Ф от минималь1017927 ного до максимального значения происходят дважды за период.

Эти изменения наводят в обмотке

12 ЭДС удвоенной частоты тока модуляции, амплитуда которой пропорциональна величине постоянного тока в секциях 20,21 сигнальной обмотки.

Скорость вращения объекта (роторной части 1 ) на величину этой ЭДС не влияет, так как направление силовых линий магнитного поля, создаваемого роторными секциями 20,21 сигнальной обмотки, параллельно расположению витков измерительной обмотки 12.

Благодаря встречному включению .секций 17,18 модуляционной обмотки при равенстве их чисел витков помехи от модулирующего поля (первая и нечетные гармоники частоты тока модуляции ) в измерительной обмотке

12 минийальны.

Таким образом, при прохождении вращающегося магнитопровода 3 мимо неподвижного магнитопровода 11 последние с обмотками образуют магнитомодуляционный токосъемник 1

Сигнал с обмотки 12 йостуйает через коммутатор 24 (например, кольцевого типа ), синхронизированный от ,датчика 25 скорости вращения, на регистратор 26.

Каждый вращающийся магннтопровод

3 йри вращении последовательно обходит ace неподвижные магнитопрово, ды 11, а коыиутатор 24 последова- . тельно подключает ко входу регистратора 26 соответствующую измерительную обмотку 12.

Таким образом, осуществляется однозначная передача, сигналов .постоянного тока с вращающегося объекта на неподвижный в виде амплитуды переменного напряжения удвоенной частоты тока модуляции.

При необходимости получения ин» формации с каждого датчика 22 за один оборот последовательно коииута ор 24 может непрерывно подключать одну и ту же измерительную обмотку 12 к регистратору 26 и информация с небольшими разрывами на время перехода роторного магиитопровода

3 от одного неподвижного магиитопровода 11 к другому может быть передана через каждый канал преобразования.

Если эа один оборот вала 4 достатояво получить информацию о величине постоянного сигнале в роторных секциях 20,21 еигнальных обмоток один раэ, то достаточно одного статорного магнитопровода 11 с измерительной обмоткой 12.

Датчик скорости вращения 25 может быть выполнен в виде одновибратора, 5 выдающего управляющие импульсы на коммутатор 24 в моменты прохождения мимо него вращающихся магнитопроводов 3.

В моменты перехода вращающегося

{О магнитопровода 3 от одного статорного магнитопровода 11 к другому магнитное сопротивление на пути магнитного потока Ф за счет введения ферромагнитной.вставки 13 и скоса торцов статорных магнитопроводов 11 увеличивается незначительно, так как магнитный поток ф начинает замыкаться по следующему пути: статорный магнитопровод 11 - воздушный зазор 14 — ферромагнитная вставка 13 — второй воздушный зазор 14статорный магнитопровод 11. Поскольку величина воздушных .зазоров 14 вы.полняется минимальной, то и изме нения магнитного потока Ф при пе реходе от одного статорного магнитопровода 11 к другому существенно уменьшаются.

Наилучшие результаты получаются при выполнении ферромагнитной вставки 13 в виде, буквы П, повторяющем сечение Н-образного статорного магнитопровода 11.

В макетном варианте устройства введение ферромагнитных вставок 13

35 позволяет уменьшить амплитуду переходных процессов почти в 2 раза и уменьшить их длительность в 2,6 раза по сравнению с прототипом.

Для уменьшения габаритов устройст4{3 ва в осевом направлении роторные и статорные магнитопроводы с обмотками могут располагаться в одной плоскости с индуктивным токосъемником (позиции 5, 6, 8 и 9 ).

45 Предлагаемый преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с врацамщегося объекта позволяет в небольшом объеме получить достаточно большое число каналов преобразования .(10-12 на диаметре 250 мм при ширине 30-35 вм J. Допуски на изготовление элементов преобразователя достаточно велики и. сборка не вызывает существенных затруднений.

Сокращение амплитуды и.длительности переходных процессов в неподвижной обмотке 12 позволяет повысить точность преобразования.

1017927

1017927

Составитель С. Морозов

Техред В,Далекорей Корректор A. Ференц. ,

Редактор О. Колесникова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Эакаэ,3524/38 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5