Индуктосин

 

1.ИНДУКТОСИН, содержащий ротор и статор в ввде дисков с рабочимиобмотками, выполненными в виде последовательно соединенных радиальных проводников, установленных с шагом Т рад,, и обмотками питания из последовательно соединенных концентрических печатных проводников, распо ложенных с радиусом установки наруягного проводника Ец и внутреннего проводника Rg, отличающийс я тем, что, с уелью уменьшения погрешности, концентрические проводники обмоток питания соединены зигзагами с шагом зигзага Т,; , опреденяе в4м выражением i , обмотка питания ротора и рабочая обмотка выполнены секционированными с равным числом секций и каждая секция рабочей обмотки ротора соединена параллельно с диаметрально противоположно расположенной секцией обмотки питания ротора. 2. Ьдуктоснн по п. I, о т л и чающийся тем, .что шаг зигзага проводников обмотки питания равен Т(Нр+Нц)/2. 3.Индуктосин по п. I, о т л и чающийс я тем. что шаг зигзага проводников обмотки питания переменный и равен , где RJ - радиус расположения концентрического проводника между двумя другими проводниками , смещенными между собой иа Т, .I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ,И ГМВЦ

РЕСПУБЛИК

uce (II) 4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И CAHPhfT3O (21} 3615146/24-07 (22) 07.07.83 (46) 23.01.85. Бюл. 11! 3 (72) Г.И.Алкин, В.Л.Ройтер, В.Н.Иакарцев и В.В.Лучинин (53) 621 31 3. 17(088.8) (56) 1. Патент США У 2799835, кл. 336-123 1957.

2. Авторское свидетельство СССР

I1! 658672, кл. Н 02 К 24/00, 1977. (54)(57) 1.ИНДУКТОСИН, содержащий ротор и статор в виде дисков с рабочими обмотками, выполненными в виде последовательно соединенных радиальных проводников, установленных с шагом Т! рад.и обмотками питания нз последовательно соединенных концентрических печатных проводников, распо. ложенных с радиусом установки наружного проводника Rö и внутреннего проводника R,,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с уелью уменьшения погрешности, концентрические проводники обиоток питания соединены зигзагами с шагом зигзага Т2,, онределяе-! а!м выражением Т!к Т r, Т RÄ, обмот2 1 ка питания ротора и рабочая обмотка выполнены секционированными с равным числом секций и каждая секция рабочей обмотки ротора соединена параллельно с диаметрально противоположно расположенной секцией обмотки питания ротора.

2. Индуктосин по и. 1, о т л ич а ю шийся тем,,что шаг зигзага проводников обмотки питания равен

Т4 (Rs+Rн) /23. Индуктосин по и. 1 о т л и - I ч а ю шийся тем. что шаг зигза га проводников обмотки питания переменный и равен Т, R;, где R; - радиус расположения концентрического проводника между двумя другими проводниками, смещенными между собой мВ на Т ° °

1 1I362

Изобретение относится к электротехнике и,измерительной технике и может быть использовано в устройст- . вах измерения перемещений поворотных столов станков, измерительных машин и приборов.

В современном машиностроении и приборостроении для определения точного угла поворота столов станков, машин и приборов используются датчики угла поворота нала с печатными обмотками.

Известен датчик угла поворота, со. держащий дисковые статор и ротор с печатными рабочими обмотками, вклю!

5 чающими две синусно-косинусные обмот" ки на статоре,и одну на роторе, выполненными иэ последовательно соединенных радиальных проводников, имеющих вид зигзага с равномерным шагом.

2Q

В двух соседних проводниках таких обмоток ток протекает в противополож. ных направлениях .

Г-1

Недостатком датчика является погрешность, которая возникает при перекосах во взаимном положении обмоток ротора и статора.

Обмотки питания могут изготовляться в индуктосине печатными.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является индуктосин с рабочими обмоч хами, выполненными иэ последовательно соединенных радиальных проводников с шагом Т рад и обмотками питания, состоящими из З5 последовательно соединенных концентрических печатных проводников с минимальным наружным и максимальным внутренним радиусами расположения проводников в обмотке К н R>, с обмотками питания и рабочей на роторе, включенными параллельно. В этом датчике концентрические проводники соединены последовательно таким образом, что ток в соседних проводниках про- 45 текает в одном и том же направлении, и обмотки питания не имеют вида зиг" зага периодического или с переменным шагом 2).

Недостатком известного датчика является погрешность, которая возникает при перекосах во взаимном расположении обмоток ротора и статора. Эти перекосы, которые выражаются в радиальном биении обмоток отно" 55 сительно оси вращения ротора и торцовых перекосах обмоток относительно плоскости, перпендикулярной оси

66 2 вращения, возни а,от при изготовлениииндуктосина и его установке в корпусе или оборудовании.

В том случае, когда присутствуют отдельно либо радиальные, лиЬо торцовые перекосы обмоток, погрешности датчика незначительны. Однако, когда торцовые и осевые биения присутствуют одновременно, что всегда имеет место в реальном датчике, погрешности датчика резко возрастают.

Максимальные величины переменной и постоянной составляющих погрешности определяются соответственно

» тес»1 - . (1 2 »1 з ча» 2 ср

И

4Чтох -+, («S»». ãáã1, сО»\м 2 р где Р - число пар полюсов индук", л тосииа (Р = — — )Т

Т - шаг периода зигзага обмоток, рад);

К. — средний радиус обмотки, . мм;

E» Pg - эксцентриситет геометри° ческого центра обмоток соответственно статора и ротора относительно оси вращения ротора, мм;

5»,5 - максимальные перекосы обмоток соответственно ста4 тора и ротора относитель" но плоскостей, проведенных перпендикулярно оси вращения, измеренные на расстояйии К от оси вращения, мм.

Например, в индуктосине с параметрами P = 360; К 60 мм, Я» ср

= 3» = 8 = 0,02 мм максимальная пе" ременная составляющая погрешности, вызванная перекосами, составляет

+ 8 угл. с, а полный размах погрешности )6 угл. с.

Целью изобретения является уменьшение погрешности, возникающей при радиальных и торцовых перекосах обмоток ротора и статора.

Поставленная цель достигается тем, что в индуктосине,содержащем рабочие обмотки, выполненные иэ последовательно соединенных радиальных провод. ников с шагом Т рад., и состоящие из последовательно соединенных концентрических печатных проводников обмотки питания с минимальным наруж136266 4 каждой из обмоток питания течет в противоположных направлениях (по ча" совой стрелке и против нее) . Проводники 9 и 10 в обмотках 7 и 8 питания, имеют одинаковые радиусы R, 1

Rs и R„ — радиусы окружностей первого и й,-ro проводников, а Т, шаг зигзага обмоток 7 и 8, выбранный из условия (1) . Ha роторе обмотка 8 питания состоит из одинаковых, равномерно расположенных по окружности сеций, гальванически не связанных между собой, число которых равно числу секций рабочей обмотки 3. В каждой паре диаметрально противоположных секций рабочих обмоток 3 и 8 секции включены параллельно с помощью проводного монтажа 13 (на фиг.2 для простоты иллюстрации показано соединение только двух пар секций ), остальные пары секций соединены ана. логично (14 - !6 - выводы обмоток

4, 5 и 7; !7 и !8 - крепежные отверстия статора и ротора) .

Датчик работает (в фазовом, напри" мер, режиме) следующим образом.

Обмотки 4 и 5 статора эапитывают синусоидальными токами соответственно

Ь 2 и ( обмотка питания ротора и рабочая обмотка выполнены секционированнымн с равным числом секций и каждая сек-: . ция рабочей обмотки роТора соединена параллельно с диаметрально противо.положно; расположенной секцией обмот. ки питания ротора.

При этом шаг зигзага проводников обмотки питания может быть равен

Т,,(К + RÄ)/2.

Кроме того, шаг зигзага проводни" ков обмотки питания может быть переменным, равным Т R где R — pal 1 диус расположения концентрического проводника между двумя другими проводниками, смещенными между собой на Т«, На фиг.1 изображен статор датчика; на фиг.2 - ротор; на фиг.3секции рабочей обмотки и обмотки питания ротора, выполненной с переменным шагом.

- Датчик (фиг.1j содержит статор и ротор 2. Они выполнены в виде дисков, на торцовых поверхностях которых укреплены рабочие печатные обмот ки 3 - 5. Рабочая обмотка 3 ротора, расположенная на роторе 2, имеет вид периодического зигзага с шагом Т рад и состоит из одинаковых равномерно расположенных по окружности секций, гальванически не связанных между собой. Рабочие обмотки 4 и 5 статора состоят из чередующихся между собой секций различных обмоток и являются синусно-косинусными (пространственно смещенными íà Т! /4). В пределах каждой рабочей обмотки статора сек-: ции соединены между собой с помощью проводного монтажа 6. Обмотки 7 пи» тания статора и обмотка 8 питания ротора состоят из одинакового числа п1(п1 = 10) концентрических проводников 9 на статоре и проводников 10 на роторе, соединенных между собой радиальными проводниками 11 на статоре и проводниками 12 на роторе таким образом, что обмотки питания имеют вид зигзага и ток в двух соседних концентрических проводниках

I Е /,, (5) Еч М

4Ia .В,1 (6) 3 1 ным.и максимальным внутренним радиусами К„ и К ; концентрические проводникй обмоток питания соединены зигзагами с шагом зигзага Т, вьг« бранным из условия

Х = -Х созцС

= -I sinat, (3) где I — максимальное значение тока;

- круговая састота; — время. здесь и далее обмотки питания имекуются просто обмотками) .

Эти токи наводят в секциях обмот40 ки 3 ротора суммарную ЭДС

:где М > и М - взаимные инлуктив ности обмоток 4 и 3, 5 и 3 сзответ45 ственно.

Под действием Е в секциях обмотки 8 ротора протекают токи

50 где - полное суммарное сопротивление цепей, в которые обьединены секции обмоток 3 и 8.

Ток >8 наводит в обмотке 7 статора

ЭДС, являющуюся выходным сигналом датчика

Э l1 где М - взаимная индуктивность В

-обмоток 3 и 8.

Подстановка в последнее выражение

"(3) и (4) дает 4 1 1У1

E,= <(Z М„М,, -, ° М„, . (7) Я

В правильно сконструированном датчике при отсутствии перекосов обмоток И 8 представляет собой величину

1 постоянную, независящую от угла поворота ротора. а М4,9 и И5Т при по- вороте ротора меняются по строго синусоидальным законам

И4 = М зхп pq;

И 1 = И соз РЧ (&) где М„ - максимальное значение взаимной индуктивности;

2 и /Т - число пар полюсов обмотки 3;

Ч" - угол поворота ротора.

Подставляя (3) и (8) в (7), получаем

Е = — М 8М ср ею(ц1 Рср}. (Й

Таким образом, без учета погрешностей, вносимых перекосами, фаза выходного сигнала линейно изменяется при изменении g . Измеряя фазу полученного сигнала (9), определяют величину угла поворота ротора.

Если же в предложенном индуктосине имеются перекосы обмоток, то взаимные индуктивности И4 и Mg Э не строго синусоидальны, что приво-. дит к погрешности измерения.

Для данного индуктосина максимальные величины постоянной и переменной погрешностей определяются соответственно

16Р q„, = —,(я,3,-я,8, ; со 4 Й РЙ

16Р

ИФЛО» g g (K<8gtE28g) 1

vvaar и М где Я - число секций обмотки 3 (четное число).

При выводе формул (10) предполагалось, что количество секций обмоток рогора четное, а количество секций каждой иэ синусно-косинусных об" моток статора в 2 Иz раз (я = 1, 40

SO

1 Ч я» Юта» =+0ь4 угл, с, ъат со э то есть погрешность уменьшилась в

20 раз по сравнению с известным устройством.

Путем увеличения числа М секций, на которые разделены обмотки ротора, величина погрешности перекосов может быть уменьшена до любой заданной величины.

Другим преимуществом датчика является упрощение его изготовления и применения, так как он допускает значительно большие эксцентриситет и перекосы обмоток относительно базовых поверхностей как нри изготовлении обмоток, так и при установке статора и ротора в оборудовании или корпусе датчика.

36266 б

2 ...1 больше М, т.е. равно 2п й.

Я

Соотношения (10) сохраняются при любом четном числе секций синуснокосинусных обмоток статора и любом четном чли нечетном числе hl:, 2 секций обмоток ротора.

Также предполагалось, что шаг Т зигзага обмоток питания выполнен постоянным, равным Т (R +К,) /2.

10 Как показывают расчеты, лучшую компенсацию погрешности перекосов и эксцентриситета имеют датчики с переменным шагом Т, равным Т|R, где

R, — радиус окружности проводника, 1 расположенного внутри зигзага. На фиг.3 показана конструкция питающих обмоток с таким шагом. В этом случае любой из шагов Т равен длине ду1 ги 1„:, отсекаемой от проводника, 2О расположенного внутри рассматриваемого шага, двумя прямыми, проведенными под углом Т из геометрического центра 0 обмоток.

Сравнение (1) и (10) показывает, что погрешность предложенного датчи" ка, вызываемая перекосами и эксценчриситетом, как постоянная, так и переменная приблизительно в 0,32 Ю раза меньше, чем погрешность известного устройства. Увеличивая .число

N секций,,на которые делятся обмотки ротора, эту погрешность можно снизить до любой заданной величины.

Так, в датчике, имеющем те же параметры, что и в приведенном примере (р = 360, К,),ф60 мм;, P E > 3< =3

= 0,02 мм) при М = &

1136266

1136266

Филиал ППП "Патеит",4 r. Уигород, ул. Проектная, ВНИИПИ

Тираи 646

Заказ 10298/

Подписное