Преобразователь угловой скорости

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, содержащий статор в виде кольцевого магнитопровода со сдвинутыми относительно друг друга парами равномерно намотанных бифилярнык обмоток, включенных в каждой паре последовательно встречно и смещенных на 180 относительно друг друга. ротор в виде постоянного магнита прямоугольного сечения, установленный диаметрально, датчик угла и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения малых угловых скоростей, на постоянном магните симметрично относительно его продольной оси вдоль его боковых поверхностей, обращенных к магнитопроводу, закреплены пластины из ферромагнитного материала с угловым размером a угол смещения каждой пары обмоток относительно предьдущей выбран равным причем величины /J и р i удовлетворяют условиям: 180°/р /i 180°-ct-,/3 180°/

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН зла (. 01 Р 3/46

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13 ". !3) н .

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3519135/18-1.0 (22) 08, 12.82 (46) 30.07.84. Бюл. ¹ 28 (72) В.Н. Горюнов, A.Ô. Греков, В.Н. Зажирко и Б.M. Ямановский (71) Омский политехнический ин— ститут (53) 681.2.083.8:531.77 (088.8) (56) 1,Авторское свидетельство СССР № 391481, кл. G 01 P 3/46, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 949502, кл . С 01 P 3/46, 1980 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ

СКОРОСТИ, содержащий статор в виде кольцевого магнитопровода со сдвинутыми относительно друг друга парами равномерно намотанных бифилярных обмоток, включенных в каждой паре последовательно встречно и смещенных на 180 относительно друг друга,, SU„„1105818 А ротор в виде постоянного магнита прямоугольного сечения, установленный диаметрально, датчик угла и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения малых угловых скоростей, на постоянном магните симметрично относительно его продольной оси вдоль его боковых поверхностей, обращенных к магнитопроводу, закреплены пластины из ферромагнитного материала с угловым размером р а угол смещения каждой пары обмоток относительно предыдущей выбран равным

180 / p причем величины р и р удовлетворяют условиям:

180 /Р < (3 < 180-с :р 180 /(180 -с ), где 0 -. угловая ширина полюса магнита;

P - число пар обмоток.

11058 18

Изобретение относится к технике контроля и регулирования и может быть использовано для измерения мгновенных значений малых скоростей вращения .

Известен преобразователь угловой скорости, содержащий постоянный магнит прямоугольной фор.at, кольцевой магнитопровод с равномерно pac" пределенными обмотками, датчик угла и коммутатор (1).

Недостатком такого устройства является низкая точность измерения мгновенных значений малых угловых скоростей, так как амплитуда пульсаций при постоянной угловой скорости составляет до 50 от уровня выходного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является датчик частоты вращения, у которого размещенные на магнитопроводе обмотки выполнены бифилярно и соединены попарно последовательно и встречно, причем угол смещения второй обмотки относительно первой в каждой паре выбран равным 180 а смещение каждой из образованных пар относительно предыдущей равно ширине полюса ротора (2 J.

Недостатком известного устройства является ограничение точности преобразования из-за того, что смещение пар обмоток на угол, равный ширине полюса, приводит к неравномерному перекрытию плоских (при и) =- canst) вершин ЭДС пар обмоток на отдельных участках. Наличие в магнитной системе потоков рассеяния приводит к уменьшению длины плоских вершин, а следовательно, возможно появление участков, когда они полностью не перекрываются .

Цель изобретения — повышение точности измерения малых угловых скоростей.

50.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе угловой скорости, содержащем статор в виде кольцевого магнитопровода со сдвинутыми относительно друг друга парами равномерно намотанных бифилярных обмоток, включенных в каждой паре последовательно встречно и смещенных на 180 относительно друг друга, ротор в виде постоянного магнита прямоугольного сечения, уста5

45 новленный диаметрально, датчик угла и коммутатор, на постоянном магните симметрично относительно его продольной оси вдоль его боковых поверхностей, обращенных к магнитопроводу, закреплены пластины из ферромагнитного материала с угловым размером р а угол смещения каждой пары обмоток относительно предыдущей выбран равным 180 /,причем величины р и р удовлетворяют ус180 ловиям: 180 /р< 3(180 -e )

180 -с 1 где oL — угловая ширина полюса магнита, р — число пар обмоток.

На фиг.1 изображен чувствительный элемент преобразователя угловой скорости; на фиг.2 — блок-схема предлагаемого преобразователя, на фиг.3 фазовые диаграммы напряжение для р-3 в парах обмоток и на выходе преобразователя при постоянной угловой скорости.

Чувствительный элемент содержит кольцевой магнитопровод 1 с измерительной обмоткой 2 и двухполюсный магнит 3. Измерительная обмотка вклю чает равнораспределение р пар обмоток (на фиг.1 принято р-3). Измерительные пары обмоток состоят из двух обмоток, которые включены последовательно и встречно, Начала обмоток (Н1,Н2,HÇ,Н4,Н5,Нб на фиг.1) смещены относительно концов (К1,К2, K3,К4,К5 Кб) соответственно на угол

180, т.е. угол намотки каждой обмотки составляет 180 . Угол намотки пары"обмоток — Зб0 . Измерительные пары обмоток сдвинуты относительно друг друга на угол 180 / р Двухполюсный магнит 3 с угловой шириной полюса о установлен диаметрально на валу 4 (фиг.2) внутри магнитопровода 1. На магните 3 симметрично его продольной оси с .помощью немагнитных держателей 5 с двух сторон укреплены ферромагнитные пластины б, которые предктавляют части колец с угловым размером р, Вал 4 (фиг.2) соединен с объектом, скорость которого контролируется, с датчиком 7 угла и с двухполюсным магнитом 3 чувствительного элемента преобразователя 8, Выход датчика

7 угла соединен с управляющим входом электронного коммутатора 9, второй вход которого соединен с выводами

11058 18

Ь(г, Y) 3rd ;

3 отдельных пар обмоток чувствительного элемента 8.

Устройство работает следующим образом.

При вращении магнита 3 в измерительной обмотке 2 наводится ЭДС, пропорциональная скорости вращения контролируемого вала ч. Форма ЭДС 0

1 (фиг.3 ) в первой паре обмоток (Н1-К1, Н2-К2) в пределах 180 определяется выражением

Е„=гk (u„-u, j, (1) где — постоянный коэффициент, зависящий от. параметров элементов преобразователя; — угловая скорость вращения; (2%id} v„ - постоянная составляющая ЭДС; (2%и} 0 — ЭДС, обусловленная потоками рассеяния.

Значения U u U вычисляются по формулам!

2 25

r Ц2 о лр2 где p f ri Vl — распределение индукции в зазоре; 35

à — толщина обмотки в воздушном зазоре; — угловое отклонение ротора от середины обмотки, изменяющееся от 4О

0 до 90

Ч - угол распределения обмотки (секции).

В пределах последующих 180 величина ЭДС 1„меняет знак на противо- 45 положный, сохраняя неизменной форму (фиг . 3 и) .

Выходные напряжения Р и Р во 2-ой

2 3 и 3-ей парах обмоток подобны но сдвинуты по фазе относительно 0 со-N о

1 ответственно на 180 / F в частности на 60о, и 120 при -3 (фиг.36, 38) .

Измерение мгновенной скорости от о

180 с использованием первой пары обмоток возможно на участке с угловым 55 размером } = g - У„ (фиг.Зч), так как на участках 0- „ и У -180 выходной сигнал определяется преимущественно угловым положением ротора и величиной потоков рассеяния.

Измерение мгновенной скорости в пределах полного оборота производится следующим образом.

В промежуток времени, когда двухполюсный магнит 3 находится в пределах угла Y„- У электронный коммутатор 9 по сигналу датчика 7 угла подключает к выходу преобразователя первую пару обмоток (фиг.3) . Аналогично на участке Ч5--Ч, работает вторая пара обмоток,.а в диапазоне

1 т(180 + ) — третья. Иоменты и направления переключений показаны на фиг.3 стрелками °

В дальнейшем процесс повторяется, однако на участках (180 + Y )-360

2 и 0- Р подключение обмоток осуществляется одновременно с инверсией напряжения.

В результате обеспечивается измерение мгновенной скорости в пределах полного оборота и выходное напряжение преобразователя (фиг.Зь) определяется только значением ы и не зависит от углового положения ротора и потоков рассеяния.

Измерение мгновенных значений угловых скоростей с высокой точностью возможно только на плоских участках характеристик каждой пары обмоток. Длина этих участков в пределах 2й не превышает 2(-Ф.

Так как для точного измерения скорости в пределах полного оборота линейная часть характеристики преобразователя в целом должна быть

I не менее 2Т1 то выбор числа пар обмоток определяется выражением .

Выбор углового размера ферромагнитных пластин и их установка на роторе обусловлена их назначением: они должны экранировать потоки рассеяния для данной пары обмоток до тех пор, пока электронный коммутатор не подключит к выходу преобразователя следующую пару, для которой пластины уже должны быть готовы выполнить свои функции.

Прн введении р пар обмоток с равномерным перекрытием их характеристик каждая должна обеспечить работу преобразователя в угле О /р.

Следовательно, участок экранирования необходимо обеспечить не менее

360о/Р а так как пластин две, то получаем р> 180 / F .

1105818

K ЗлЕкюРанвоюу коммуиийипрЯ

С другой стороны, размер р определяемый конструктивными особенностями (фиг.1), не может превышать Р-о ° В результате определяем, что 180 О/ (P (180 о- о", Расчеты показали, что точность преобразования в предлагаемом преобразователе по сравнению с известным повышается минимум в

5 8-10 раз.

1105818 е, 6) О

Фиг.3

Составитель Б. Кошелев

Редактор М.Циткина Техред Л.Коцюбняк Корректор M. Шароши

Заказ 5594/35 е

Ю) О

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и -открытий

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

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