Многополюсный двоичный двухфазный бесконтактный датчик

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к бесконтактным двухфазным датчикам угла поворота. Целью изобретения является повьппение точности, расширение области применения и повышение стабильности выходного напряжения. Датчик содержит безобмоточный зубчатый ротор и зубчатый статор с обмоткой возбуждения и пятью измерительными обмотками. На статоре узкие зубцы чередуются с широкими. Расстояние между осями зубцов статора чередуется согласно последовательности 0,9, 0,7(Г и т.д., где Т - угловой шаг зубцов ротора. В каждой измерительной обмотке последовательно соединенные катушки установлены с интервалами между осями, чередующимися в последовательности 2,5(7, 5,5 и т.д. В каждой последовательной паре катушек измерительной обмотки,, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовых деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовьпс делений, - согласно . Параллельно каждой измерительной обмотке включен делитель напряжения трансформаторного типа, так что образуется несколько цепочек, в которых делители напряжения соедине ны по входу-выходу. Для получения коэффициентов деления с точностью до десятичного знака введены вольтодобавочные трансформаторы. В данном датчике возможно получение выходного напряжения заданной формы с заданным набором высших гармонических или чисто синусоидальной формы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л 00 sl ko М со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (g1) 4 Н 02 К 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3935397/24-07 (22) 30.07.85 (46) 29.02.88.. Бюл. У 8 (72) В.А.Карасев (53) 621.314.214 (088.8) (56) Ахметжанов А.А, и др. Индукционный редуктосин. N.: Энергия, 1971, с ° 5-7.

Детали и узлы гироскопических приборов. Атлас конструкций. М.: Машино. строение, 1975, стр.149. (54) МНОГОПОЛЮСНЫЙ ДВОИЧНЫЙ ДВУХФАЗНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным двухфазным датчикам угла поворота. . Целью изобретения является повышение точности, расширение области применения и повышение стабильности выходного напряжения. Датчик содержит беэобмоточный зубчатый ротор и зубчатый статор с обмоткой возбуждения и пятью измерительными обмотками. На статоре узкие зубцы чередуются с широкими, Расстояние между осями зубцов статора чередуется согласно последовательности 0,9, 0,7 и т.д., где — угловой шаг зубцов ротора. В каждой измерительной обмотке последовательно соединенные катушки установлены с интервалами между осями, чередующимися в последовательности 2,5, 5,5 i и т.д. В каждой последовательной паре катушек измерительной обмотки, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовых деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовых делений, — согласно. Параллельно каждой измерительной обмотке включен делитель напряжения трансформаторного типа, так что образуется несколько цепочек, в которых делители напряжения соедине ны по входу-выходу. Для получения коэффициентов деления с точностью до десятичного знака введены водьтодобавочные трансформаторы. В данном датчике возможно получение выходного напряжения заданной формы с заданным набором высших гармонических или чисто синусоидальной формы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1377973

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным многополюсным датчикам угла поворота с двоичным числом периодов. 5

Цель изобретения — повышение точности, расширение области применения, получение синусоидального по углу

1 выходного напряжения и повышение его стабильности.

На фиг.1 изображен участок магнитной цепи статора с обмотками; на фиг.2 — участок магнитной цепи ротора и статора с измерительными обмотками; на фиг.3 — электрическая схема соеди- 1> нения обмоток с двумя цепочками делителей напряжения; на фиг.4 — электрическая схема соединения обмоток с . пятью цепочками делителей напряжения.

На фиг. 1 изображены катушки обмот- 20 ки 1 возбуждения, зубцы 2 и 3, образующие узкий паз, зубцы 3 и 4, обра зующие широкий паэ, и катушки измерительной обмотки 5.

Расположение зубцов статора и ро» тора показано на фиг,2. Зубцы безобмоточного ротора имеют угловой шаг

2П где Р— число периодов по окУ ружности.

Число зубцов ротора равно Z =8Q

Р кратно шестнадцати, Расстояние между осями зубцов статора чередуется согласно последовательности 0,9(о, 0,77, 0,9(,, 0,7 и т.д. Зубцовые дуги статора примерно равны зубцовым дугам ротора. Равновитковые катушки обмотки 1 возбуждения соединены последовательно так, что направления магнитодвижущих сил равные друг дру- 40 гу, показанные стрелками на фиг.2 попарно чередуются..Промежутки между зубцами чередуются в последовательности 0,4(,, 0,2о; 0,4с; 0,2 и т.д., статор несет кРоме того пять измери- 45 тельных обмоток 6 - 10, каждая из них образована последовательно соединенными равновитковыми катушками.

В каждой измерительной обмотке промежутки между осями катушек образуют чередующийся ряд 2,5(,, 5,5ь; 2,5(;

5,5с и т.д.

В каждой последовательной паре катушек измерительной обмотки, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовые деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовых делений — сог. ласно .

Начала измерительных обмоток находятся на зубцах соответственно

3,5,7,9. Концы измерительных обмоток расположены на зубцах, номера которых определяются последовательностью

10Q+4, 10Q+6, 10Q+80 10Q+tO, Датчик содержит делители напряжения трансформаторного типа, соединенные по входу — выходу последовательно с образованием цепочек 11 — 15.

Сложение ЭДС .обмоток осуществляется в соответствии с выражениями

) < н 9 9 Ю

9 9 <о

Напряжения обмоток 6-10 определяются выражением вида е Те соя(р(2я-))к ((), (2)

2ll 2П

5 (3) q, где Я = 1,2,3,...; E -Е < — ЭДС соответствующих измерительных обмоток

Э г -г, — коэффициенты деления первой цепочки делителей напряжения r --r"

6 !О коэффициенты делений второй цепочки делителей напряжения; q=0 1,2,3,4.

Выходные фаэовые напряжения определяются равенствами н н

U, (К) =Е, cosg+ l„cos +U„sinker и -z. (3) н

U< (sL) =E> sin()!+, 1„cosk<+U), sinks

< (< 4), то U„=O, 1„=0

Для пблучения коэффициентов деления с точностью до десятичного знака введены вольтодобавочные трансформа-, торы 16-19.

Каждая гармоника в выражении (2) для напряжения измерительной обмотки может быть выражена суммой "косинусной" и синусной" гармоник

Е 9,,cos(p(2Ъ-1)()(.+ (1 Д =1,„cosy(2a-1)*-Б sinð(29-1)oc, (4). где 1 >=E << cos

1 а

r cosg > и r зхпч) 1377973

Если требуется образовать напряжение с составом гармоник

l,cosa+i„cos3(((.+l cos5<+U sina+

+U sin3(((+U

Il

Заготовим расчетом шесть включений" S „ (k=1,2,...,6), на выходе ко11 tt торых остаются только выделенные гармоники U»

U, =E tcost(L; Бг =Е созЗЫ; U> =Е сов5э(.

U4=E(sineL; U =E>sin3g.; Uz =Е sin5ot.

Вычисляем коэффициенты

1 -Еэг

Еэ

Uq-Е» г = — ——

Е

l э-Еэ

Еэ (U>-Еэ

Еэ

1 -Е(r = — — —

Е, Ut -Е г

Е !

И, (э(.) =Ut (P), где P = (((.— т.е. с одинаковой формой напряжения в обеих фазах, даются следующие и образуем включение, последовательное с обмоткой 6.

S2. +r St г 84 гэ S 5+r S

На концах этого включения получится напряжение с составом гармоник (5) °

В том случае, когда основные (первые) гармоники на выходе должны образовать двухфазное напряжение со сдвигом 90, а содержание высших гармоник практически безразлично, к ко((( эффициентам деления г, г, г,, г

r, образующим одну фазу, и к коэф1(И (1 фициентам r6 r1 rB г, г,р, обра- 35 зующим другую фаз у пр едъявляютс я лишь следующие условия

r cose-r, cos (36 -В) +г cos (72 -9) +

+r cos(72 +e) raisin(54 @

"г".sine-r,sin(36 -О)+г cos(18 +О)- 40

-r> cos (18 -6)+г(cos(54 -О) =1

Для выделения косинусной третьей гармоники применяется включение с обмотками 6-10

+0,40 О, 122-0,326 0,326+0,122; 45 для выделения синусной третьей — с обмотками 7-10:

-0,38 — 0,236 + 0,236 + 0,38; для выделения кссинусной пятой — с обмотками 6-10: 50

+0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2 + 0,2.

Для образования двухфазного напряжения с типичной зависимостью фаз вида включения с обмотками 6-10:.

Для Ui . +0,80-0,20-0> 20-0,20-0,20-0,20 (7)

Для Б — включения с обмотками 7-10:

0,144-0,616-0,616+0,144 (8)

Для образования синусоидального двухфазного напряжения практически без наличия высших пространственных гармоник в обеих фазах для U применяем включение с обмотками 6-10:

+0,40-0,322+0,236+0, 126-0,322 (9)

Для U — включение с обмотками ?-10:

+0,233-0,375+0,375-0,233, (10)

Здесь всюду коэффициенты деления подобраны так, что угловая амплитуда выходного фазового напряжения равна угловой амплитуде напряжения измерительной обмотки.

При отрицательном коэффициенте деления выход делителя напряжения подключен к началу измерительной обмотки, а при положительном — его вход подключен к началу измерительной обмотки.

В общем виде каждая обмотка может ( быть приключена к трехобмоточному трансформатору.

Отсюда видим, что для выражений (7,8) и (9,10) требуется по четыре трехобмоточных делителя, поскольку коэффициент деления "единица" естественно не требует делителя.

При этом, выходные напряжения повысятся соответственно в 1,25 и в

2,5 раза.

Нужно особо отметить роль включений (9) и (10) с уничтожением практически всех высших гармоник каковы бы ни были амплитуды натуральных гармоник Е,, Е, Еэ обмотки б датчика, а также амплитуды. гармоник всех остальных измерительных обмоток, поскольку они прямо зависят от Е,, Еэ, Е, Под влиянием атмосферных условий и других причин могут измениться отЕ Еэношения -, — (может измениться форЕ, Е» ма напряжения) . В обычном многополюсном датчике это означает нарушение соответствия между первоначальным настроем принимающего электронного прибора и составом гармоник датчика, а как следствие появление:ошибки в коде. Такие явления наблюдались на практике. Но в предлагаемом датчике при включениях (9) и (10) изменение состава гармоник измерительных обмоток не повлечет нарушения синусои1377973 дальности, т.е. не повлечет нарушения формы, на которую настроен принимающий прибор, и точность сохранится.

Действительно, вывод формул (9), (10), обусловливающих синусоидальность, произведен для произвольных амплитуд гармоник Е,, Е» Е z и если набор этих величин изменится, сину- 10 соидальность выхода все равно сохранится

При требуемой точности прибора порядка 1"2 с (19-20 разрядов) периодичность должна быть еще более точ 5 ной.

В данном примере учитывается диапазон до пятой гармоники включительно. При самых высоких требованиях по точности этого достаточно. 20

Предлагаемый датчик имеет также следующее важное технологическое преимущество, При том же диаметре ротора и в том же числе "периодов на окружности" минимальный зубцовый шаг больше, чем у известных датчиков, при высокой точности преобразования.

Формула изобретения 30

1. Многополюсный двоичный двухфазный бесконтактный датчик, содержащий зубчатый безобмоточный ротор и зубчатый статор с обмотками возбуждения и двумя измерительными в виде последовательно соединенных катушек, каждая из которых расположена на одном зубце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, число зубцов ротора Zp=SQ, кратно шест- 40 надцати, длина зубцовой дуги зубцов статора со стороны ротора одинакова для всех зубцов и определена выражением (0,4-0,6), где à — зубцовый шаг ротора, расстояние между сосед45 ними зубцами чередуется в последовательности 0,9 ь .;0,7, пары зубцов с межосевым .расстоянием 0,7 охвачены последовательно соединенными катушками возбуждения, в ряду пар соединенными встречно, датчик снабжен дополнительно тремя измерительными обмотками, начала измерительных обмоток находятся на зубцах с номерами соответственно 1,3,5,7,9, каждая измерительная обмотка содержит катушки, 5» расположенные на зубцах, расстояние между которыми по зубцам чередуется в последовательности 3,7, концы обмоток расположены на зубцах, номера которых определяются последовательностью 10Q+4, 10Q+6, 10Q+8, 10Q+10, 2, в каждой последовательной паре катушек, расположенных на зубцах, смещенных на три зубцовых деления, катушки соединены встречно, а на зубцах, смещенных на семь зубцовых делений — согласно, датчик снабжен двумя группами делителей напряжения; число которых в каждой группе из последовательно соединенных в цепочку делителей напряжения равно числу измерительных обмоток, каждая измерительная обмотка подключена к входу двух делителей напряжения разных групп, выходы делителей напряжения каждой группы соединены последовательно, концы первой и второй цепочек подключены к отдельным выходам датчика, а -начала цепочек объединены.

2. Бесконтактный датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен вольтодобавочным трансформатором с одной первичной и одной вторичной обмотками, тремя дополнительными аналогичными цепочками и тремя вольтодобавочными трансформаторами с одной первичной обмоткой и двумя вторичными каждый, первичные. обмотки вольтодобавочных трансформаторов объединены одними концами и подключены к объединенным началам цепочек, другие концы этих обмоток подключены каждый к одному концу дополнительных цепочек, вторичные об мотки вольтодобавочных трансформаторов соединены последовательно в две группы, по одной обмотке одного трансформатора в каждой, один конец первой группы подключен к одной выходной клемме одного выхода датчика, к другой выходной клемме этого выхода подключены объединенные начала цепочек и один конец первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора с одной вторичной обмоткой, конец первой цепочки подключен к другому концу первой группы вторичных обмоток, второй конец первичной обмотки этого вольтодобавочного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к второму выходу датчика, подключен к одному концу второй группы вторичных обмоток вольтодобавочных трансформаторов, другой конец этой группы соединен с концом второй цепочки, 1377973 коэффициенты деления делителей напряжения трех дополнительных цепочек, начиная от делителей напряжения, выводы которых соединены с объединенными началами цепочек равны последовательно для выделения косинусной третьей гармоники +0,4, +О, 122, -0,326, -0,320, +0,122, для синусной третьей 0,0, -0,38, -0,236, +0 136, +0,38 для косинусной пятой +0,2»

+0,2, +0,2, +0,2, +0,2, а коэффициенты деления первой и второй цепочек, начиная с делителей напряжения, выводы которых соединены с объединенными началами цепочек равны последовательно 1,25; -0,25) -0,25; -0,25;

-0,25 для первой цепочки и 0,0;

-О, 18; -0,77; +0,77; +0,18 для второй цепочки, причем при отрицательном коэффициенте деления выход делителя напряжения подключен к началу измерительной обмотки, а при положительном его вход подключен к началу иэмерительной обмотки.

3. Бесконтактный датчик по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения синусоидального

10 по углу выходного напряжения и повышения его стабильности, он снабжен двумя аналогичными цепочками делителей напряжения, соединенными с первой и второй цепочками а коэффициенты деления делителей напряжения на» чиная с делителей напряжений, выводы которых соединены с объединенными началами цепочек равны последовательно 1, -0,805, +0,315, +0,315, -0,805

20 и 0,0, +0,582, -0,938, +0,938, -0,582.

1377973 а7 09 07m

8

8

1 T

12 5t .2,5

Рсфср

1377973

Составитель В.Комаров

Редактор И.Сегляник Техред М.Дидык Корректор А.Ворович

Заказ 885/52 Тира к 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4