Индукционный редуктосин

 

Изобретение относится к электрическим микромашинам, применяемым в качестве измерительных преобразователей углов в системах автоматики, в частности к индукционным редуктосинам. Целью изобретения является повышение точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал. Редуктосин содержит витой из ленты пермаллоя кольцевой статор (С) с пазами, в которых расположены стороны катушек выходной обмотки и обмотки возбуждения, и витой зубчатый ротор (Р). Полюсные выступы 1 - 24 С располагаются на обеих его торцовых сторонах и снабжены зубцами 25. Р состоит из двух зубчатых по торцам механически связанных между собой элементов 30, 31. При этом зубцы этих элементов обращены к противоположным торцовым зубчатым поверхностям С. Немагнитный промежуток между С и двумя элементами Р образован скользящими друг по другу плоскими диэлектрическими покрытиями 33 их зубчатых поверхностей. Полукатушки 27 обмотки 28 возбуждения /ОВ/ охватывают по два полюсных выступа С. Каждая пара этих полукатушек ОВ, расположенных на полюсных выступах, находящихся на одной линии-образующей и выходящих своими зубцами на противоположные торцовые стороны, соединена между собой последовательно и образует катушку. В каждой фазе ОВ все катушки соединены параллельно и включены под одно и то же напряжение источника переменного тока. Благодаря этому амплитуды магнитных потоков каждой пары полюсных выступов, охватываемых одной катушкой ОВ, на обеих торцовых поверхностях С автоматически стабилизируются. В этих условиях погрешности функционирования редуктосина существенно уменьшаются. 1 ил.

(l9} И!) щ) Н 02 К 24/00

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЕ1ИДЕТЕЛЬСТВУ О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО Изоы ЕтНМЯМ И атНЕЫтИЯМ

flPH ГКНТ СССР (?1) 4432100/24-07 (22) 05.04,88 (46) 15.06.90. Бюл. № 22 (71) Рижский институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского ком. сомола (72) О.П.Белавин, А.В.Булеков, Н.Н.Левин, А.Д.Серебряков и В.Д.Смирнов (53) 621 314.214.2 (088.8) (56) Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. Л.: Энергоиздат, f985, с. 237-264.

Авторское свидетельство СССР № 1128341, кл. Н 02 К 24/00, 1983.

I 2 (54) ИНЛУКЦИОННЬЙ РЕЛУКТОСИН (57) Изобретение относится к электрическим микромашинам, применяемым в качестве измерительных преобразователей углов в системах автоматики, в частности к индукционным редуктосинам. Целью изобретения является повышение точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал, Редуктосин содержит витой из ленты пермаллоя кольцевой статор (С) с пазами, .в которых расположены стороны катушек выходной обмотки и обмотки возбуждения, и витой зубчатый ротор (Р). Полюсные выступы 1-24 С ðàñëîëà1571727 гаются на обеих его торцовых сторонах и снабжены зубцами 25. P состоит из двух зубчатых по торцам механически связанных между собой элементов 30, 31. При этом зубцы этих элементов обращены .к противоположным торцовым зубчатым поверхностям С. Немагнитный промежуток между С и двумя элементами

P образован скользящими друг по другу плоскими диэлектрическими покрытиями

33 их зубчатых поверхностей. Полукатушки 27 обмотки 28 возбуждения (ОВ) охватывают по два полюсных выступа С.

Каждая пара этих полукатушек ОВ, расположенных на полюсных выступах, наИзобретение относится к электрическим машинам, а очнее к измерителям угловых перемещений, широко используемым в различных системах авто- 25 матики.

Целью изобретения является повышение точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал.

На чертеже изображена конструктивная схема индукционного редуктосина в развернутом виде.

Редуктосин содержит витой из пермаллоевой ленты кольцевой статор, представляющий собой совокупность полюсных выступов 1-24, на каждом из которых имеется несколько зубцов 25.

Полюсные выступы 1-24 образуют пазы

26, s которых расположены полукатуш40 ки 27, принадлежащие первичной 28, например трехфазной, и вторичной 29 обмоткам. (полукатушки, охватывающие по два полюсных выступа, для первичной обмотки зачернены, для вторичной -45 не зачернены). Каждая пара полукатушек, размещенная на двух полюсных выступах, находящихся на одной линии (образующей) и выходящих своими зубцами на противоположные торцовые сторо50 ны, соединена последовательно, пара полукатушек образует катушку. В каждой фазе обмотки возбуждения все катушки электрически соединены параллельно одна другой и включены под одно и то же напряжение источника переменного тока (U«,U,„,U, ). Шаг по зубцам полюсных выступов, охватыяаемых катушками обмотки возбуждения, равен ходящихся на одной линии-образующей и выходящих своими зубцами на противоположные торцовые стороны,.соединена между собой последовательно и образует катушку. В каждой фазе ОВ все катушки соединены параллельно н включены под одно и то же напряжение источника переменного тока. Благодаря ,этому амплитуды магнитных потоков каждой пары полюсных выступов, охватываемых одной катушкой ОВ, на обеих торцовых поверхностях С автоматически стабилизируются. В этих условиях погрешности функционирования редуктосина существенно уменьшаются. 1 ил.

„1 я гр(При К=1 и знаке "минус"

zr

Катушки выходной обмотки 29 включены последовательно с переменным чередованием порядка их подключения: "согласно", "встречно". Каждая такая катушка также состоит из двух полукатушек, охватывающих по два полюсных выступа с шагом по зубцам между полюсами, при K-=1 и знаке "минус" (K4. -)= (1 )

1 1 2 Р 3 -Р 3 3 р ° где t t — шаг по зубцам ротора;

К вЂ” любое целое число, 1

С двух торцовых сторон к зубчатым поверхностям статора (слева и справа) примыкают зубчатые по торцам элементы 30 и 31 ротора. На одном торце каждого из таких элементов, выполненных навивкой в виде кольца из пермаллоевой ленты, нанесены зубпы 32 с равномерным шагом t . С таким же шагом нанесены зубцы Ь на полюсные выступы 1-24„ Зубцы, полюсные выступы и пазы выполнены на витых кольцевых сердечниках методом электроискровой обработки с последующим травлением поверхностей обработки. Иирина зубцов на .роторе и статоре выбирается исходя иэ необходимости исключения наибольших по амплитуде нечетньн гармоник в разложении магнитных проволимостей полюсных выступов в функции угла поворота ротора в ряд Фурье.

Роторные элементы 30 и 31 скреплеHbI единым валом, допускан щим «оэмож6

U«

У

»»

th

Ьм,. f

5 15717 ность их осевых перемещений и выраннивание при соприкосновении с торцовыми поверхностями статора. При этом должны быть исключены радиальные и угловые перемещения относительно вала, которым может быть и элемент обслуживаемой конструкции. Необходимо также, чтобы зубцы роторных элементов оказались друг против друга или с небольшим 0

1 15 угловым смещением, например — град, Р. для исключения 11- и 13-й гармоник в разложении проводимостей полюсных выступов в ряд Фурье. Для целей исключения 17- и 19-й гармоник может

15 быть. предусмотрен соответствукиций скос. зубцов ротора. !

Зубцы ротора и статора заполняются диэлектриком, например фтороплас20 том, или полиуретановым и полиамидным соединениями соответстненно для ротора и статора таким образом, чтобы были образованы плоские и гладкие поверхности соприкосновения статора и ротора (на чертеже эапопненными показаны только несколько впадин между зубцами ротора и статора). Пленка 33 покрытия толщиной 0 005 мм может быть на обеих поверхностях зубцов или 30 только на одной стороне, например на роторе. Это делается для калибровки небольшого немагнитного промежутка и для уменьшения трения между соприкасающимися поверхностями. Для уменьшения трения в пленочное покрытие и межзубцовое заполнение может быть внесена смазка. Для поддержания постоянства толщины немагнитного промежутка и исключения его увеличения 40 элементы ротора стягиваются специальными пружинами.

45 ф, Р =.Р =Р =У =Ф вЂ” — — slnQt - Рх

r г4= 8 1г= - +71г

1+ сos(Zpo6) ао

К вЂ” — — — — —.--2

sin h)t; о

+а /а (сон (2 к-180 )) 2 х sin G3t;

1+a, /a<(cos (Z@ -60)) „

55 . 3 2л (О (б 2

«з1п(Я С вЂ” 240 ) «

p p 1+а /go(cos(Z cc-240 ) )

4 21 9 % в

Х

Редуктосин работает следующим образом.

При включении обмотки возбуждения под многофазное, например трехфазное, напряжение

U«=У с isMt, V,ä=У cos(аt-?40), U«=U cos((Dt-120) полисные выступы статора попарно возбуждаются. При этом магнитный поток каждой пары, например полюсных выступов 1-2 н последовательно им включенной пары погчосных выступов 23-24, будет определяться МДС одной катушки. возбуждения (величиной сопротивления

Z пренебрегаем при рассмотрении принципа действия), тогда )я гз- и Ф s in 6) t°.

Иагнитный поток будет проходить два последовательно включенных немагнитных промежутка: между первым роторным элементом и полюсными выступами 1-2, а затем выступами 23-24 и вторым роторным элементом, замыкаясь через ярмо ротора и другие полюсные выступы.

Представим магнитные проводимости немагнитных промежутков и примыкакицнх к ним элементов стального магнитопро- . вода рядом Фурье в функции от угловоFo HoJIo)KeHHH poTopa У, - Фг .H 970M ряду ограничимся только первыми двумя членами разложения. Полагаем, что выбором ширины зубца статора и ротора, числом фаз первичной обмотки, скосом зубцов ротора и смещением зубцов одного элемента ротора относительно другого высшие нечетные гармоники, до девятнадцатой включительно, исключены, гармоники более высокого порядка снедены к ничтожнои величине, а четные в работе не проявляются. Тогда для проводимостей полюсных выступов статора можно записать выражения: = hг е= 7 5 = п=aî,+a i cos (Zр4 «э Az.=>z>= hz =h, =a,+а,cos(ZpoL-180 ); .о

Ь = hzz = 3 о =)„=а, +а, co s (2рК -60 );

9а= Az = h q =3, =а.+а < сos(ZpoL-240 ); о о

Ъ,= а,.= +«> à, +a< cos(Zp 120 ); с = 9 1 = 4 1 = h«=a, +а1cos (ZpoL-300 ); где для рассматриваемого случая число зубцов бдного элемента Zp=19.

Для каждого полюсного выступа можно найти функцию магнитного потока в зависимости от времени и углового положения ротора:

В этих условиях точность в определении угла поворота ротора будет зависеть от постоянства амплитуды магнитного потока пары полюсных выступов ф, наличия высших гармоник в составе разложения проводимостей полюсного выступа в ряд Фурье, от наличия высших гармоник в кривой напряжения источника питания, от степени симметрии, питающего напряжения и от точности нахождения временного интервала .-t,, определяющего момент прохождения вторичной ЭДС через нуль (t t, +At), В данной конструкции могут быть исключены высшие нечетные гармоники в составе разложения проводимости полюсного выступа в ряд Фурье как функции угла поворота ротора, осущест-, влено постоянство Ф,„ и отношения, а,/а . Выбором числа фаэ, геометрии эубцовой sоны и, главным образом, обеспечением малой величины немагнитного промежутка (Д 0,01-0,005 мм) можно добиться высокой стабильности

Ф,(не хуже О, 1%) и отношения а /а (н хуже 0,2% при колебаниях величины немагнитного промежутка + 10-20% от среднего значения). При этом не нск0 лючаются и другие известные способы снижения ошибок редуктосина, например путем повышения точности изготовления отдельных его элементов, усреднения ошибок за счет увеличения числа полюсных выступов и т.д.

1.

Таким образом, в предложенном редуктосине по сравнению с прототипом может быть достигнута точность преобразования угловых перемещений не хуже нескольких угловых секунд без существенного усложнения технологии .его изготовления.

1571727

45

Ь Ид

P где Q =2nf — угловая частота тока источника питания, принимаемая стабильной, 7 х sin(q t - 240 );ð у у ф у 1+а, /а о(сов(2 К -120 ) ) хр х З 2

1I

x sin(c0t - 120 ); 5 у .1+аДа (сов(,2 ф -30д ) )

6 ю9 н 1 m 2

x sin(Qt — 120 ) °

Иэ представленных выражений следу ет, что амйлитуды магнитных потоков, о@дельных полюснь1х выступов практичес-! ки не зависят от велйчины немагнитного промежутка между зубцами статора и ротора, а определяются только. лишь угловым положением элементов ротора (ю9 по отношению к статору. ОбьяЬняется это тем, что отношение — при а а малом немагнитном промежутке практически не зависит от изменения последнего.

Магнитные потоки Р, - P, изменяясь во времени, наводят электродвижущие силы в катушках, выходной обмотки, с которыми они сцеплены.

Потокосцапление с выходной обмоткой с--учетом схемы соединения ее ка» тушек может быть представлено в следующем виде: й-"в (- + + .- .-те+ +Фт - 1в- е+

+P(+ P((» 9(g) — З вЩ„ Os(Z)0L Я t) е

Тогда выражение ЭДС, наводимой в этой обмотке, будет иметь вид е = — — — = Зм rgb — sin(Z Ы-Яй).

dna в а

dt в " ад Р

Наводимая ЭДС обращается в нуль (е О) при условии

ZpW -цс = 0, т.е. в моменты времени

2 p4 /Q и с запозданием на A t=t<-t, по срав.нению с моментами прохождения через нуль опорного .напряжения, в качестве которого может быть принято напряжение, приложенное к катушкам первой фа з ы

0 = У„, sin hat,, Измеряя это-время запаздывания (At), можно определить угол поворота ротора редуктосина

Формула изобретения

Индукционный редуктосин, содержащий статор с первой зубчатой поверх.ностьн, в пазах которой расположены стороны катушек выходной обмотки и катушек обмотки возбужцения, причем полнсные выступы между пазами снабжены зубцами, и отделенньй от него немагнитным промежутком зубчатый первый элемент ротора, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности преобразования угловых перемещений в электрический сигнал, катушки обмотки воэбулдения, схватывающие полюсные выступы с шагг>м по зубцам, 1571727

Составитель В. Комаров

Редактор Л.Веселовская Техред М.Ходанич Корректор В. Кабаций

Заказ 1520 Тираж 444 Подписное

ВИИИПИ 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 равным (K+ -), где С вЂ” юаг.

+ 1

1 по зубцам ротора, а К вЂ” любое целое число, соединены параллельно, статор снабжен второй зубчатой поверхностью, аналогичной первой, ротор снабжен вторым зубчатым элементом с обмоткой, аналогичньм первому, соединенным с иим механически и расположенным против второй зубчатой поверхности. статора, а немагнитные промежутки между зубчатыми поверхностями статора и ро5 тора заполнены диэлектрическим материалом с образованием скользящих поверхностей статора и ротора.