Двухотсчетный бесконтактный индукционный датчик угла

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным датчикам угла электромашинного типа. Целью изобретения является повышение точности. Двухотсчетный бесконтактный индукционный датчик угла содержит по два пакета 2,3 магнитопровода статора и ротора с многополюсными обмотками 7,9,11,13 канала точного отсчета (ТО) и обмотками 8,10,12,14 канала грубого отсчета (ГО), уложенными в общих пазах каждого из пакетов. Обмотки пакетов ротора каждого канала попарно соединены между собой. Пазы пакетов статора совмещены, а пакеты ротора установлены с угловым смещением между ними из условия минимального расхождения нулевых положений каналов ТО и ГО. Отношение входных и выходных сопротивлений обмоток ротора каждого канала, расположенных на втором и первом пакетах магнитопровода соответственно, выбрано для данного габарита датчика максимально возможным. Соотношение намагничивающих сил обмоток возбуждения каналов ТО и ГО для каждого пакета магнитопровода должно удовлетворять условие F<SB POS="POST">то</SB>/F<SB POS="POST">го</SB>≥2(P<SB POS="POST">то</SB>/P<SB POS="POST">го</SB>), где P<SB POS="POST">то</SB> и P<SB POS="POST">го</SB> - число пар полюсов соответствующего пакета магнитопровода с обмотками каналов ТО и ГО соответственно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1)S Н 02 К 24/00 4

>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2021, 22

15,16,17,18 ЙЯ10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4313063/24-07 (22) 05.10.87 (46) 23,05.90. Бюл. Ф 19 (72) Л.В.Липлявая> Э,М,Айзенштейн и В.В.Юзвинкевич (53) 621.313.334(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11> 366345, кл. G 01 В 7/30, 1973.

Авторское свидетельство СССР

М 1034130, кл. Н 02 К 24/00, 1983, (54) ДВУХОТСЧЕТНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ННДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК УГЛА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным

„.зи„„ышж А1

2 датчикам угла электромашинного типа, Целью изобретения является повышение точности. Двухотсчетный бесконтактный индукционный датчик угла содержит по два пакета 2, 3 магнитопровода статора и ротора с многополюсными обмотками 7, 9, 11, 13 канала точного отсчета (ТО) и обмотками 8, 10, 12, 14 канала грубого отсчета (ГО), уложенными в общих пазах каждого из пакетов, Обмотки пакетов ротора каждого канала попарно соединены между собой. Пазы пакетов статора совмещены, а пакеты ротора установлены с угловым

1566448

45 смещением между ниии из условия минимального расхождения нулевых положений каналов ТО и ГО. Отношение входных и выходных сопротивлений обмоток ротора каждого канала, расположенных на втором и первом пакетах магнитопровода соответственно, выбрано для данного габарита датчика максимально во з можным, Соотношение намагничив аюИзобретение относится к электротехнике, в частности к индукционным датчикам угла электромашинного типа.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.l схематически представлена конструкция двухотсчетного бесконтактного индукционного датчика угла; на фиг.2 — электрическая схема датчика.

В статорной обойме (корпусе) 1 расположены пакеты 2 и 3 магнитопровода статора, а на роторной обойме (валу) 4 — пакеты 5 и 6 ротора, Пакет 2 статора и расположенный в его расточке пакет 5 ротора с обмотками составляют первый, а пакет 3 статора и расположенный в его расточке пакет

6 ротора с обмотками — второй вращающийся трансформатор (ВТ) в каскадной схеме датчика, 35

В общих пазах статора уложены обмотки возбуждения 7 и 8, а также квадратурные обмотки 9 и 10 соответственно каналов точного (ТО) и грубого (ГО) отсчетов, Обмотки 7 и 9 ка- 40 нала ТΠ— многополюсные с числом пар полюсов, равным m, а обмотки

8 и 10 канала ГΠ— двухполюсные (с числом пар полюсов, равным 1), В общих пазах пакета 3 статора уложены синусные 11 и 12, а также косинусные 13 и 14 выходные обмотки каналов ТО и ГО соответственно, Обмотки 11 и 13 канала ТО - многополюсные с числом пар полюсов, равным 50 и, а обмотки 12 и 14 канала ГО выполнены четырехполюсными (с числом пар полюсов, равным 2). Пакеты 2 и 3 статора установлены в обойме (корпусе) 1 таким образом, что их первые пазы совмещены, I

В общих пазах пакета ротора 5 уложены обмотки 15 и 16 канала ТО с числом щих сил обмоток возбуждения каналов

ТО и ГО для каждого пакета магнитопровода должно удовлетворять условию т о о 2(рто рго )1 где P о и Р, о — число пар полюсов соответствующего пакета магнитопровода с обмотками каналов TO и ГО соот-. ветственно. 1 э,п, ф-лы, 2 ил, пар полюсов, равным ш, и двухполюсные обмотки 17 и 18 канала ГО. В общих пазах пакета 6 ротора уложены обмотки 19 и 20. канала ТО с числом пар полюсов. равным и, обмотки 21 и 22 канала ГО с числом пар полюсов, равным двум, Обмотки 15, 16 и 19, 20 ротора канала ТО, расположенные на пакетах

5 и 6 магнитопровода, попарно замкнуты между собой. Если замкнуты разноименные обмотки 15 и 20, 16 и 19, то в одной паре замкнутых обмоток (например, 15 и 20) они соединены разноименными концами, а в другой (например, 16 и 19) — одноименными. Если замкнуты одноименные обмотки 15 и 19, 16 и 20, то обе пары замкнутых обмоток соединены одноименными концами.

При двух перечисленных видах соединения обмоток коэффициент электрической редукции канала ТО датчика равен сумме чисел пар полюсов двух ВТ в каскадной схеме датчика:

Ф И

Р„= Pro+ Р =m+n.

Обмотки 17, 18 и 21, 22 ротора канала ГО, расположенные на пакетах магнитопровода 5 и 6, попарно замкнуты между собой, Если замкнуты одноименные обмотки 17 и 21, 18 и 22, то в одной паре замкнутых обмоток (например, 17 и 21) они соединены разноименными концами, а в другой (например, 18 и 22) — одноименными. Если замкнуты разноименные обмотки 17 и

22, 18 и 21, то обе пары замкнутых обмоток соединены одноименными концами.

При двух перечисленных видах соединений обмоток коэффициент электрической редукции канала Т0 датчика равен разности чисел пар полюсов двух BT в каскадной схеме датчика:

1566448

Для повышения точности датчика намагничивающие силы обмоток разноименных каналов одного пакета ротора свя5 заны с числом пар полюсов этих обмоток выражением

F т.о Рт,о

F о Р .о где Р,, Е, — намагничивающие силы мнсгополюсных обмоток канала ТО и четырехполюсных обмоток канала

ГО;

Р, Р, — числа пар полюсов обмоток каналов ТО и

ГО.

Оси каждой пары обмоток одного и того же канала, расположенных на каждом пакете магнитопровода, сдвинуты между собой на 90 эл, rp.

При работе датчика напряжение возбуждения подают на обмотки 7 и 8 каналов ТО и ГО, при этом на синусных 11 и 12 и косинусных 13 и 14 25 выходных обмотках датчика возникают напряжения: канал ТО

U = UK sin(m+n) о<., ЭО

UK 0 cos (m+n)<; канал ГО

U = UK „sin(4+if,), U4 UK Гo сов(с(<РО) у где U — напряжение возбуждения;

К, К о — коэффициент трансформации датчика для каналов ТО и

ГО; о< — угол поворота ротора;

Цо — Расхождение нУлевых поло- 4Р жений каналов ТО и ГО.

Числа пар полюсов многополюсных обмоток m и и выбирают равными или близкими друг другу, поэтому коэффициент электрической редукции датчи- 4g ка значительно увеличивается (удваивается в случае m n), что приводит при прочих равных условиях к повышению точности датчика.

Расхождение нулевых положений

50 каналов ТО и ГО имеет место в двухотсчетном бесконтактном датчике угла в силу ряда конструктивных и технологических причин, Конструктивные причины постоянны для всех датчиков

55 одного типа и вызваны различием в схемах обмоток каналов TG и ГО, а технологические причины обусловлены неточным совмещением между собой пакетов магнитопровода статора, а также ротора, неидеальной геометрией зубцового слоя и т,п.

Таким образом, величину расхождения нулевых положений каналов ТО и ГО < можно представить в виде суммы двух составл lolgHx; конструктивной g „ и технологическо" (p», Наличие расхождения нулевых положений каналов ТО и ГО, превышающего допустимую величину, может привести к неправильному функционированию (рассогласованию отсчетов) апйаратуры, в которой будет применен датчик, Компенсация имеющегося в каждом бесконтактном датчике расхождения нулевых положений каналов- ТО и ГО, равного <,, проводится за счет смещения (взаимного разворо ) пакетов

5 и 6 ротора между собой на угол

При смешении пакета магнитопровода с числом пар полюсов канала ТО, равным и и канала ГО, равным 2, на угол 1 напряжения на синусных обмотках каналов ТО и ГО равны:

UK sin ((m+n) о + ng), = БК,,sin(k + ср + 2 ) .

Величина угла, необходимого для компенсации имеющегося расхождения нулевых положений, определится о из условия

U < = V, = -=О, тогда (т+п)о(+ ng 0

a+(p + 2 = О

1(m+n Ио

2m+n

При смещении пакета магнитопровода с числом пар полюсов канала ТО, равным m, и канала ГО, равным 1, на угол напряжения на синусных обмотках каналов ТО и ГО равны:

U, = УК вдп j(m+n) k + т/)

ПК „в1п(с + < — g) .

В этом случае величина угла из условия U< = У< = О равна ш+п Ч

2m+n

Так как конструктивная составляющая (о„преобладает в величине расхождения нулевых положений каналов ТО и ГО, целесообразно для компенсации этой составляющей в чертежах каждого типа датчика задавать соответствующий угол конструктивного смещения пакетов ротора)<, определяемый по приведенным выше формулам, а тре1566448

35 буемый для полной компенсации имеющегося в каждом датчике расхождения у дополнительный технологический разворот пакетов ротора 11 устанавливать для каждого датчика экспериментально, например путем измерения величины выходного напряжения, пропорционального величине расхождения, на синусной обмотке 11 канала ТО при подаче напряжения на обмотки 7 и 8 и предварительной установке ротора относительно статора в положение, при котором напряжение на синусной обмотке 12 канала ГО равно нулю, На практике преобладают конструктивные исполнения датчиков, в которых магнитопровод статора имеет прямые пазы, а ротор имеет скошенные пазы. При прямом пазе не представляет особых технологических трудностей совмещение соответствующих пазов, расположенных на отдельных пакетах, Необходимое взаимное расположение пакетов со скошенными пазами 25 получают с большой погрешностью, что фактически. определяет величину технологической составляющей g от расхождения нулевых положений каналов

ТО и ГО.

Если скос пазов у датчика выполнен не на роторе, а на статоре. тех" нологически целесообразно совмещать пазы на роторе, для получения минимального расхождения нулевых положений каналов ТО и ГО устанавливать с соответствующим угловым смещением пакеты статора, В общих пазах каждого пакета магнитопровода датчика уложены обмотки 4О каналов ТО и ГО. Между обмотками разных каналов имеется паразитное потокосцепление, снижающее точность работы датчика. Это потокосцепление обусловлено наличием технологических 45 дефектов, а также наличием в НС обмоток каналов ТО и ГО общих пространственных гармоник. Влияние магнитного поля обмоток каналов ГО на точность канала ТО отсутствует, если намагничивающие силы обмоток разноименных каналов одного пакета ротора связаны с числом пар полюсов этих обмоток указанным выше выражением. При этом повышается точность канала ТО, а значит, и точность датчика в целом.

Формула и э о б р е т е н и я

1.Двуйотсчетный бесконтактный индукционный датчик угла, содержащий

F т.о

Fго где

Ть

Р

У

Рг,о намагничивающие силы многополюсных обмоток канала точного отсчета установленные в общие обоймы по два пакета магнитопровода статора и ротора, причем в расточке каждого пакета статора размещен один из пакетов ротора, в общих пазах каждого иэ пакетов статора и ротора расположены по две входные и выходные взаимно перпендикулярные многополюсные обмотки канала точного отсчета и две взаимно перпендикулярные обмотки канала грубого отсчета, обмотки одноименных каналов разных пакетов ротора попарно замкнуты друг на друга, обмотки канала грубого отсчета одного из пакетов статора и расположенно" го в его расточке пакета ротора выполнены двухполюсными, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, обмотки канала грубого отсчета другого пакета статора и расположенного в его расточке пакета ротора выполнены четырехполюсными, входйые обмотки расположены на одном пакете статора, а выходные — на другом, между собой замкнуты одноименные обмотки ротора канала точного отсчета, причем обе пары замкнутых обмоток соединены одноименными концами, или между собой замкнуты разноименные обмотки ротора канала точного отсчета, причем в одной паре замкнутых обмоток они соединены разноименными концами, а в другой — одноименными, пакеты ротора установлены с угловым смещением $, определяемым в соответствии с выражением

1 (m + М4о в

2m+и где ш, n — числа пар полюсов обмоток канала точного отсчета; (- величина расхождения нулевых положений каналов точного и грубого отсчетов, определенная при совмещенном положении пакетов статора и ротора.

2,Датчик по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что намагничивающие силы обмоток разноименных каналов одного пакета ротора связаны с числом пар полюсов этих обмоток выражением

1566448!

272)ФЯ

Фиа2

Составитель В.Комаров

Техред М.Дидык Корректор Л.Патай

Редактор В.Петраш

Тираж 438

Подписное

Заказ 1227

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

7

У и четырехполюсньи обмоток канала грубого отсчета;

P P — числа пар полюсов обмот. о со ток каналов точного н грубого отсчетов.!! !!

Q ц