Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа



Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа
Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа
Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа
Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа

 


Владельцы патента RU 2505784:

Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") (RU)

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ). Сущность изобретения заключается в том, что магнитная система содержит кольцевой магнитопровод с П-образным сечением из магнитомягкого материала, на внутреннем выступе которого закреплен магнит с радиальной намагниченностью, образующий с внешним выступом магнитопровода рабочий зазор, при этом кромки полюсного наконечника и магнита закруглены. Закругление кромок приводит к снижению энергии магнитного поля у кромок полюса. Техническим результатом является снижение потерь энергии магнитной системы ДНГ, вызванной концентрацией поля у кромок магнита в пользу энергии поля рабочего зазора. 2 н.п.ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ). В ДНГ маховик - носитель кинетического момента, соединен с валом посредством упругого подвеса, обеспечивающего свободу угловых перемещений маховика относительно вала.

Основным элементом ДНГ является магнитоэлектрический датчик момента. Работа такого датчика основана на взаимодействии постоянного магнитного поля ротора с обмоткой статора, по которой протекает ток.

Известны ДНГ [1, 2], в которых магнитоэлектрический датчик момента выполнен следующим образом. Якорем датчика является маховик гироскопа, выполненный в виде П-образного магнитопровода, в котором установлен постоянный магнит или ряд магнитов, создающих в рабочем зазоре магнитопровода постоянное поле, вектор магнитной индукции которого направлен радиально. Статор датчика представляет собой расположенные в зазоре якоря равномерно расположенные по окружности четыре обмотки, закрепленные на корпусе гироскопа. Сила взаимодействия F обмоток датчика момента с магнитным полем магнитной системы якоря прямо пропорциональна току катушки I и индукции В в рабочем зазоре магнитной системы, т.е. F=В I. Индукция в рабочем зазоре магнитной системы определяется ее конструкцией и свойствами используемых магнитных материалов.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является магнитная система [3], которая содержит кольцевой сердечник с П-образным сечением из магнитомягкого материала. На одном выступе сердечника закреплен магнит с радиальной намагниченностью, который образует со вторым выступом сердечника рабочий зазор.

Полюс магнита, обращенный к рабочему зазору, может иметь полюсный наконечник.

Данная система имеет малые габариты и обеспечивает низкую инерционность ротора.

Недостатком данной магнитной системы являются потери энергии системы за счет концентрации поля у кромок магнита и полюсного наконечника.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является снижение потерь энергии магнитной системы ДНГ, вызванной концентрацией поля и кромок магнита в пользу энергии поля рабочего зазора, что повышает силу взаимодействия катушек статора датчика момента с магнитным полем ротора, при тех же габаритах магнитной системы, снижении массы и инерционности магнитной системы ротора.

Эта задача решается за счет того, что в магнитной системе гироскопа, содержащей кольцевой магнитопровод с П-образным сечением из магнитомягкого материала, на внутреннем выступе которого закреплен магнит с радиальной намагниченностью, образующий с внешним выступом магнитопровода рабочий зазор, согласно изобретению кромки полюсного наконечника и (или) магнита закруглены.

Существенным отличием заявленного изобретения является закругление кромок полюсного наконечника и (или) магнита, позволяющее снизить потери энергии магнитной системы ДНГ, вызванной концентрацией поля у кромок магнита, в пользу энергии поля рабочего зазора, в результате чего повышается сила взаимодействия катушек статора датчика момента с магнитным полем ротора, при тех же габаритах магнитной системы, снижении массы и инерционности магнитной системы ротора.

На Фиг.1 показана магнитная система ДНГ и линии магнитного поля системы. На Фиг.2 показано закругление кромки полюсного наконечника (пунктирная линия). На Фиг.3 - распределение энергии магнитного поля в рабочем зазоре вдоль полюсного наконечника с незакругленными кромками.

На Фиг.4 - распределение магнитной индукции на средней линии рабочего зазора в магнитной системе ДНГ с незакругленными и закругленными кромками.

Магнитная система ДНГ состоит из кольцевого магнитопровода 1 с П-образным сечением, выполненным из магнитомягкого материала. На внутреннем выступе 2 магнитопровода закреплен кольцевой магнит 3 с радиальной намагниченностью. Магнит может быть набран из отдельных сегментов. На наружной поверхности магнита расположен полюсный наконечник 4, выполненный из магнитомягкого материала. Кромки полюсного наконечника закруглены, как показано пунктирной линией на Фиг.2. Полюсный наконечник может отсутствовать, тогда закругляются кромки постоянного магнита. Полюсный наконечник 4 образует с внутренней поверхностью наружного выступа 5 магнитопровода рабочий зазор 6.

Магнитная система ДНГ работает следующим образом. Постоянный магнит 3 с радиальной намагниченностью является источником магнитного поля системы. Рабочий магнитный поток выходит из северного полюса магнита, проходит через полюсный наконечник 4, рабочий зазор 6, в котором размещены катушки датчика момента (на Фиг.1 пунктиром показано местоположение катушек), входит в наружный выступ 5 магнитопровода 1, проходит по магнитопроводу и через нижний выступ 2 магнитопровода входит в южный полюс магнита 3. Величина индукции в месте расположения катушки определяет силу взаимодействия поля рабочего зазора магнитной системы ДНГ с током катушки. Чем выше средняя индукция магнитной системы, тем больше сила взаимодействия катушки с полем магнитной системы. На Фиг.3 приведено распределение индукции на средней линии рабочего зазора (показана штрихпунктиром на Фиг.1) в системе с закругленными кромками (кривая 1), здесь же показано распределение индукции в этой же магнитной системе, когда кромки не закруглены (кривая 2). Видно, что закругление кромок приводит к повышению индукции в рабочем зазоре. Эффект закругленных кромок заключается в следующем. При острых кромках полюсного наконечника, около кромок создаются зоны с высокой энергией магнитного поля. Это явление называется кромочным эффектом [4].

На Фиг.4 показано распределения плотности магнитной энергии около поверхности полюсного наконечника. Видно, что при движении от центра к кромкам плотность энергии магнитного поля увеличивается более чем на порядок. Но эта энергия магнитного поля не влияет на силу взаимодействия тока катушки статора и магнитного поля ротора, так как сосредоточена на кромках полюсного наконечника, где проводники катушки с током отсутствуют. Закругление кромок приводит к снижению энергии магнитного поля у кромок полюса. Магнитная энергия поля магнитной системы перераспределяется в пользу энергии магнитного поля рабочего зазора, увеличивается индукция в рабочем зазоре (кривая 1, Фиг.3), следовательно, возрастает сила взаимодействия тока катушки с магнитным полем ротора.

Кроме этого, закругление кромок полюсного наконечника и магнита магнитной системы ДНГ - это удаление металла с кромок полюсного наконечника и магнита, а следовательно, уменьшение массы магнитной системы и инерционности ротора ДНГ, что дополнительно улучшает характеристики прибора.

Таким образом, данное изобретение снижает потери энергии поля магнитной системы ДНГ в пользу энергии поля рабочего зазора, что повышает силу взаимодействия катушек статора датчика момента с магнитным полем ротора, при тех же габаритах магнитной системы. При этом снижается масса и инерционность магнитной системы ротора.

Данное изобретение используется в роторном вибрационном гироскопе РВГ-7.

Источники информации

1. Патент США №3354726, МПК G01C 19/02.

2. Патент США №3438270, МПК G01С 19/02.

3. Г.М.Виноградов, С.В.Кривошеев. Динамически настраиваемые гироскопы. -Казань, 2008, с.92.

4. С.М.Перминов. Исследование кромочных эффектов магнитного поля с учетом нелинейных свойств магнитных материалов методом математического моделирования.-Вестник ИГЭУ, 2011, №4, с.30-32.

1. Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа, содержащая кольцевой магнитопровод с П-образным сечением из магнитомягкого материала, на внутреннем выступе которого закреплен магнит с полюсным наконечником, образующий рабочий зазор с внешним выступом магнитопровода, отличающаяся тем, что кромки полюсного наконечника и магнита закруглены.

2. Магнитная система динамически настраиваемого гироскопа, содержащая кольцевой магнитопровод с П-образным сечением из магнитомягкого материала, на внутреннем выступе которого закреплен магнит, образующий рабочий зазор с внешним выступом магнитопровода, отличающаяся тем, что кромки магнита закруглены.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и интегральной электроники, а именно к интегральным измерительным элементам величины угловой скорости. Гироскоп содержит две инерционные массы, выполненные в виде пластин с гребенчатыми структурами, на которых расположены пластины электродов, образующие с пластинами электродов, закрепленных на гребенчатых структурах диэлектрической подложки, плоские конденсаторы, являющиеся датчиками колебаний инерционных масс относительно диэлектрической подложки.

Изобретение относится к навигации и может быть использовано, например, в качестве компаса и для определения севера. Способ определения курса осуществляется с помощью инерциального устройства (1), содержащего, как минимум, один вибрационный угловой датчик (3) с резонатором, связанным с детекторным устройством и устройством для ввода данного резонатора в состояние вибрации, соединенными с управляющим устройством, служащим для обеспечения первого режима работы, при котором вибрация может свободно изменяться в угловой системе координат резонатора, и второго режима работы, при котором поддерживается определенный угол колебаний вибратора в системе координат резонатора.

Изобретение относится к полусферическому резонатору, являющемуся элементом вибродачика угловой скорости. Полусферический резонатор (7) содержит колоколообразный элемент (4), закрепленный на основе (3), которая несет основные электроды (2), обращенные к кольцевому ободу (6.2) колоколообразного элемента, и, по меньшей мере, один охранный электрод (1), располагаемый рядом с основными электродами (2).

Предлагаемое техническое решение относится к области космической техники и может быть использовано при создании гирокомпасной системы ориентации искусственного спутника Земли для околокруговой орбиты.

Изобретения относятся к управлению угловым движением космических аппаратов (КА) и, в частности, к гироскопическим системам ориентации КА, снабженным аппаратурой наблюдения (АН) наземных объектов, на околокруговой орбите.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гиродатчиках. .

Изобретение относится к области измерительной техники и интегральной электроники, а именно к интегральным измерительным элементам величины угловой скорости. .

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в навигационно-пилотажных системах летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области микромеханики, в частности к микромеханическим гироскопам вибрационного типа. .

Изобретение относится к инерциальному датчику угловой скорости с компенсацией отклонения. .

Изобретение относится к гироскопическим системам, которые основаны на использовании вибрационных гироскопов. В гироскопической системе, содержащей по меньшей мере четыре вибрационных гироскопа, первое измерение обеспечивается вибрационным гироскопом, подлежащим калибровке, и второе измерение обеспечивается комбинацией измерений из других вибрационных гироскопов системы. На уровне вибрационного гироскопа, подлежащего калибровке, применяют начальную команду для предписания изменения позиции из первой вибрационной позиции во вторую вибрационную позицию. Калиброванное значение масштабного коэффициента вибрационного гироскопа, подлежащего калибровке, определяют на основании вычисленного значения в отношении изменения позиции, на основании периода времени, в течение которого применяется начальная команда, начальной команды, разности углов между первой и второй вибрационными позициями, измеренной согласно первому измерению, и разности углов, измеренной согласно второму измерению. Изобретение обеспечивает повышение точности калибровки в отношении значения масштабного коэффициента. 2 н. и 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), которые используются для определения угловых перемещений в составе блоков навигационных устройств наземной, морской, авиационной и космической техники. Способ возбуждения колебаний в чувствительном элементе ТВГ заключается в том, что для первоначального возбуждения и/или корректировки колебаний на рабочей и/или околорабочей частоте чувствительного элемента используются электромагниты (электромагнитные преобразователи), а для поддержания и/или корректировки колебаний на рабочей частоте используют электроды конденсаторов (электростатические преобразователи). Изобретение позволяет повысить точность измерений угла поворота и угловой скорости объектов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в различных устройствах ориентации подвижных объектов, в частности при производстве надежных малогабаритных гироскопов-акселерометров для приборов подземной навигации - инклинометров. Гироскоп содержит сферический ротор в корпусе с тремя парами ортогонально расположенных поддерживающих элементов, электронный блок управления подвесом ротора и блок определения положения вектора кинетического момента ротора. Каждый поддерживающий элемент выполнен в виде двухфазного статора вращения с основной и управляющей обмотками на зубцовом магнитопроводе. Магнитопроводы изолированы от корпуса и применены в качестве измерительных и (или) поддерживающих емкостных электродов, а магнитопроводы с основными обмотками использованы как поддерживающие и (или) измерительные электромагниты. Динамически несбалансированный ротор выполнен с вытянутым эллипсоидом инерции. Выходы блока определения положения вектора кинетического момента ротора (по сигналам биения несбалансированного ротора) соединены через усилительно-преобразовательные устройства с управляющими обмотками статоров вращения, что позволило придать предложенному гироскопу свойства свободного гироскопа при ограниченном времени выбега ротора, обусловленном, например, трением ротора об остатки газа в вакуумированном кожухе. Предложенный универсальный гироскоп может использоваться также в режиме датчика угловой скорости (ДУС) и как трехкомпонентный акселерометр. Гироскоп отличается простотой конструкции, его предполагается выполнять малогабаритным, с диаметром ротора менее 10 мм, для использования, например, в подземной навигации, в частности при определении траекторий буровых скважин. При этом малый размер ротора (особенно при полой конструкции) обусловливает высокую перегрузочную способность гироскопа (до 100g), необходимую при работе в забойном инклинометре. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), которые используются для определения угловых перемещений в составе блоков навигационных устройств наземной и авиационно-космической техники. Резонатор ТВГ можно рассматривать как тонкий упругий цилиндр, имеющий возможность совершать изгибные колебания в своей плоскости. Поведение цилиндрической оболочки в краевой области компенсируется использованием кольцевого цилиндрического элемента в резонаторе. Применение кольцевого цилиндрического элемента в конструкции цилиндрического резонатора способствует увеличению стабильности волновой картины в зависимости от выбранного варианта его расположения. 3 н. и 41 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение может быть использовано при производстве навигационных приборов. Способ балансировки металлического зубчатого резонатора волнового твердотельного гироскопа заключается в том, что измеряют параметры неуравновешенной массы, рассчитывают массу, подлежащую удалению с каждого балансировочного зубца, и удаляют неуравновешенную массу с поверхности балансировочных зубцов путем электрохимического растворения, при этом каждый зубец погружают в отдельную ванну с электролитом и через поверхность каждого зубца пропускают заранее рассчитанный электрический заряд, величину которого регулируют временем пропускания постоянного тока. Изобретение позволяет довести точность удаления массы с балансировочного зубца до 0.01-0.1%. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вибрационным датчикам гироскопического типа. Резонатор (3)датчика содержит корпус из материала на основе кремния с по меньшей мере одной резонансной частью (Z), имеющей по меньшей мере один участок, покрытый электропроводящим слоем, и по меньшей мере один участок, не покрытый проводящим слоем. Участок, не покрытый электропроводящим слоем, покрыт защитным слоем (10) таким образом, что в резонансной части материал на основе кремния полностью покрыт комбинацией электропроводящего и защитного слоев. Изобретение позволяет улучшить рабочие характеристики датчика. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к вибрационным гироскопам. Гироскопическая система производит измерения при помощи вибрационного гироскопа, который вибрирует в первом положении вибрации и передает сигнал измерений. На вибрационный гироскоп в течение некоторого временного периода подают периодический управляющий сигнал, обеспечивающий поворот геометрического положения вибрации в первом направлении в течение части временного периода с переходом от первого ко второму положению в соответствии с первым скоростным профилем, поворот геометрического положения вибрации во втором направлении, противоположном первому направлению, в течение оставшейся части временного периода с переходом от второго к первому положению в соответствии со вторым скоростным профилем. Скоростные профили задают изменения скорости изменения положения. Формируют результаты измерений, произведенных системой, на основе скорректированного сигнала, полученного путем вычитания управляющего сигнала из сигнала измерений гироскопа. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к гироскопическим устройствам. Может быть преимущественно использовано для исследования поверхностных явлений смачивания и растекания при нагреве в вакууме и инертной или активной газовых средах. Самогоризонтируемое устройство включает корпус 1, выполненный из керамики, молибдена или стали, в верхней части которого установлен промежуточный элемент 2, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, закрепленный двумя стержнями 3 к стенке корпуса 1, самогоризонтируемый столик 4, выполненный из такого же материала, что и корпус 1 или отличающийся от него, в нижней части которого расположен массивный груз 5, который может быть выполнен съемным и соединяться через соединительный стержень 6; самогоризонтируемый столик 4 закреплен двумя стержнями 7 в промежуточном элементе 2, причем стержни 3 и 7 расположены взаимно - перпендикулярно друг другу. В нижней части корпуса 1 расположены упоры 8 для фиксирования массивного груза 5. Техническим результатом является то, что устройство позволяет проводить исследования при размещении его в печи с контролируемой атмосферой и в печи с воздушным нагревом. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения - лазерным датчикам угловой скорости, применяемым в навигационных системах, и может быть использовано в волоконно-оптических гироскопах на основе эффекта Саньяка. Лазерный волоконно-оптический датчик угловой скорости с объемной фурье-голограммой содержит последовательно размещенные и оптически связанные источник когерентного оптического излучения, расщепитель луча, кольцевое одномодовое оптическое волокно, фотоприемник и электрически связанный с фотоприемником блок обработки сигнала, в схему перед фотоприемником включены последовательно расположенные оптический объектив и фотопластинка с объемной фурье-голограммой, экспонированной по закону: 0≤sinQ<d/h, где d<h; Q - угол между фотопластинкой с объемной фурье-голограммой и отражателем, установленным за ней в процессе экспонирования; h -расстояние по нормали от точечного источника когерентного оптического излучения до плоскости эмульсии фотопластинки с объемной фурье-голограммой; d - расстояние между плоскостью эмульсии фотопластинки с объемной фурье-голограммой и отражателем вдоль нормали от точечного источника когерентного оптического излучения до плоскости эмульсии фотопластинки с объемной фурье-голограммой. Технический результат - возможность повышения пороговой чувствительности измерения угловой скорости. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для торможения и фиксации вращающейся части механизма в произвольном угловом положении с заданным моментом. Техническим результатом изобретения является обеспечение нетребовательности питания обмоток катушек устройства к энергоемкости невозобновляемых химических источников тока. Арретирующее устройство, содержит неподвижную часть, катушки, подвижную часть и фиксирующее устройство, причем подвижная часть включает подвижный якорь, жестко связанный с соединительной гильзой, предназначенной для размещения в ней возвратно-поступательного штока внешнего преобразователя вращательно-поступательного движения электропривода, величина хода подвижного якоря определена выполнением условия: δ'≤δ≤δ'', где δ - величина хода подвижного якоря, δ' - толщина буртов якорей-защелок, δ'' - величина зазора между передним торцом корпуса и подвижным якорем. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх