Двухкоординатный датчик

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

МПК G 01d 5.20

Заявлено 31 V11.1969 (№ 1352683/18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 26.1.1971. Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 24Х.1971

Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Министров

CCCP

Аьторы изобретения

Б. П. Леонов и А. И. Милюков

Заявитель

ДВУХКООРДИ НАТНЬ1Й ДАТЧИК ния каждой координаты датчика включены две одинаковые последовательно соединенные обмотки, расположенные и плоскости другой координаты.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема магнитопровода предлагаемого двухкоординатного датчика; на фиг. 2 — схема сигнальной обмотки по каждой координате; на фиг. 3 — схема обмотки управления по каж1р дой координате; на фиг. 4 — схема обмотки управления по одной координате для датчика с вращающимся ротором.

ОписываемыЙ двухкоординатный датчик состоит из восьмистержневого магнитопрово IB

)5 статора 1 с размещенными на нем обмотками и ротора 2, не имеющего обмоток (см. фиг. 1).

Магнитопровод статора 1 выполнен в виде диска (или кольца), на торцовой поверхносги которого расположено восемь стержней 8, по че2р тыре стержня в плоскости каждой коорди-Iaты. Четыре средние стержня 8 охватываются обмоткой возбуждения 4. Сигнальная обмотка

5 по каждой координате выполнена в виде Icтырех одинаковых катушек с равным числом

25 витков (см. фиг. 2). Каждые две катушки этой обмотки 5, расположенные на крайнем и ближайшем среднем стержне, соединены между собой последовательно и встречно. Пары катушек, расположенные вдоль оси координаты, 3р соединены между собой также последовзтсльИзвестны двухкоординатнь|е датчики, содержащие восьмистержневой магнитопровод статора с расположенными на нем обмоткой BQ3буждения и сигнальной обмоткой и ротор, выполненный в виде шарового сегмента.

Предлагаемый датчик отличается от известных тем, что в нем на магнитопроводе статора по каждой координате размещена обмотка управления, выполненная в виде двух включенных последовательно и встречно катушек, каждая из которых охватывает крайний и ближайший средний стержни магнитопровода, а ротор, диаметр основания которого равен расстоянию между Осями симметрии противолежащих крайних стержней, имеет оксиальну|о канавку, внешний диаметр которой равен расстоянию между серединами промежутков крайних и средних стержней, а внутренний диаметр — расстоянию между серединами средних стержней, при этом на сферической поверхности этого сегмента закреплен немагнитный электропроводящий слой.

Это позволяет получить на выходе одновременно сигнал, пропорциональный углу поворота ротора, и приложить к ротору момент, пропорциональный величине и фазе напряжения управления.

Кроме того, с целью исключения смещения осей приложения момента при вращающемся роторе последовательно с обмоткой управлеУд!; 53l.l5,083.8(B88.8I

1 !

294074 о(- ) . -;!1= ) о

5o(1 +- ) 1Ъ =

В где — площадь воздушного зазора пад ка?кдым стержнем 8 при совпадении геометричсских осей ротора 2 и статора 1 датчика; б — величина воздушного зазора ме?кду ротором 2 и статором 1 датчика; а — угол поворота ротора 2.

При нулевом положении ротора (а = 0) з. д. с., индуктируемые в каждой катушке сигп-,.ëüíîé обмотки 5, равны: по и встрс-шо. Обмотка управления 6 rlo каждой координат выполнена в виде двух одп,!акозы последовательно и встречно вкл1о 1енных

KB ГУШЕК, 112?Kr(BII ИЗ КотоРЫХ ОХВатЫВаЕт КРаИпп: и блпжайшип средний стержни 8, расположенпыс вдоль оси одной координаты (см.

PI!1. 3) .

Ро ор 2 датчика (см, фиг. 1) выполнен в

Dki,оЕ ШаРОВОГО МаГНИтОПРОВОДЯЩЕГО СЕГМСНта, имею цсго оксиальнуlо канавку 7. Диамегр окружнос;11 наружного контура ротора равен !

12сс оянию между осями симметрии крайних стержней 8. Ббльший диаметр канавки 7 раьс1! расстоянию ме?кду осями, проходящими

I осерсдипе ье?кду ка?кдым крайпим H блпжайLlk! средп стержнями 8. Меньший диаметр ка1;анки 7 равен pBccTQIIkппо мс?кду осями симметрии средних стержней 8. На сферической поверхности шарового сегмента ротора 2 закр; плен немагнитпый электропроводный слог (плен! а) 8. В частном случае немагпит;!1,.й злсктропроводпый слой 8 может покрыиа;ь только сфери !ескую поверхность ферромагнитной части ротора 2. Сферическая поп;.рхность этого слоя и торцовая поверхность ст р кней ста "opa 1 образуют равномерный воздушный зазор ме?кду статором 1 и polо1 !

ABpBêTcð основных электромагнитных процсссо:з, происходящих по каждой коордчнаге датчика, одинаков. Поэтому рассмотрим рабо.; дат-!Ип а только r o одной координате.

При подведении к обмоткам возбуждения 4

Il управ:. !1ия 6 напря?кений, сдвинутых по фаз. друг относительно друга на 90, индуктируюгс?! пульсирующие магнитные потоки возбуждения (!ill, Ф, Ф.-, Ф,!) и потоки управле1!!!1! (Ф!, rir>, г!)1, (D.! ), направление которых указано па фиг. !. В резулыате сложения этих и,оков ь воздушном зазоре образуется бегунlcc магнитное поле. За счет взаимодействия

ocI1I., Io ноля с вихревыми токами, индуктпр . Омыми в злсктропроводном слое 8 ротора 2, «озникает вращательный момент М, действуюп!Ий 1;а ротор 2. Величина и направление

З! O! 0 МО Мента ЗаВИСЯт ОТ В ЕЛИоlИНЫ И фаЗЫ на! ря?кения ) правления.

;"1агпит ые проводимости воздушного зазора пад стержнями 3 (1, 11, 111, IV) равны:

8о()- + 4 .. о((—; ")

>1=; )11=

b o

Ei - IO r — К о

E-1! — — Iii.r r —— К—,- ° 5o о о

Err — — И.rr = К—

5 где К вЂ” коэффициент пропорциональносги.

С учетом направления мап1итных потоков Ф,;

4- q, Ф3, rir.! и схемы включения катушек сигнальной обмотки 5 выходное напря?кение па

10 сигнальной обмотке 5 равно:

Евв!х = (Er + Err) — (Eirr + Erv)

К +К вЂ” — К вЂ” +К вЂ” =О

При повороте ротора 2 на некоторый угол а выходное напря?кение становится равным

Евых = (Er + Е ) — (Errr + Erv) =

К8о(о) +I(а(i ") 1- о(j ") о о ) о

1- о(). R ") ) + 4ð 5о о ) о

25 Следовательно, выходной сигнал предлагаемого датчика пропорционален углу поворо!а ротора 2.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой управления 6, распределяется по стержням 1

50 и 11 (а также III u I V) пропорционально площадям воздушных зазоров над этими стер?киями. Но так как при любом положении ротора 2 площади воздушных зазоров над стержнями 1 и 11 (1П и IV) равны ме?кду собой, то

Ç5 равны и потоки управления Ф! = Ф2 (U> -——

= Ô.I ), проходящие по этим стержням. Поэтому независимо от углового поворота ротора

2 электродвижущие силы, индуктпруемые в катушках сигнальной обмотки 5, расположеп40 ных па стержнях 1 и П (П1 и IV), равны ме?кду собой, т. е. Е! = Е,;! (Е;и —— Е;„). У штывая схему включения катушек сигнальной обмотки 5 и направление потоков управления, получим величину выходного напря?кения сиг45 нальной обмотки 5:

Е;.,= (Е! — Еп)+(ЕИ1 — "Ъ)=о

Следовательно, потоки управления не оказывают влияния на выходные напряжения, сни50 маемые с сигнальной обмотки 5.

Таким образом, описываемый двухкоординатный датчик обеспечивает получение электрического сигнала на сигнальной обмотке 5, пропорционального угловому поло?кению рото55 ра 2, а также приложение к ротору 2 момента, который пропорционален напряжению, подаваемому на обмотку управления 6.

При использовании предлагаемого датчика в шаровых гироскопах, когда их ротор Z вра60 щается с большой угловой скорость!о вокруг оси симметрии, происходит смещение осей приложения момента относительно геометрических осей координат датчика. Для устранения этого явления и для получения возможности

Ь5 установки осей приложения момента вдоль

294074

Но так как 1 1 1; Мр К2 W, произвольно заданных осей обмотка управления б описываемого датчика по каждой координате дополняется двумя катушками. B этом случае обмотка управления б каждой координаты датчика выполняется в виде двух одинаковых катушек, расположенных в плоскости одной координаты, и двух одинаковых катушек, расположенных в плоскости другой координаты. Каждая из этих катушек охватывает один крайний и ближайший средний стержни 8, а между собой эти катушки соединены последовательно (см. фиг. 4). Вторая координата имеет аналогичное выполнение обмотки управления б.

При подключении обмотки возбуждения 4 и обмотки управления б одной из координат, выполненных в виде четырех катушек, к источнику питания в воздушном зазоре создаются два бегущих магнитных поля. Направление движения одного из них совпадает с геометрической осью координаты датчика, на которой расположена одна пара катушек управления б Wl — Wl (с осью х), а направление движения другого поля совпадает с геометрич ской осью другой координаты датчика, на которой расположена другая пара катушек управления б W2 — W2 (с осью У). В результате взаимодействия каждого из бегущих полей с полем, создаваемым вихревыми токами, которые индуктируются в поверхностном слое 8 ротора 2 (см. фиг. 1), создаются моменты М„и М„.

Последние стремятся повернуть ротор в направлении каждой составляющей бегущего поля. Сложение этих моментов приводит и воздействию на ротор 2 суммарного момента М повернутого относительно координатных осей

Х и cV на некоторый угол (p. В связи с тем, ITQ по всем четырем катушкам обмотки управления б каждой координаты протекает один и тот же ток 1упр, величины моментов Мх и Мр будут пропорциональны числам витков Г1 и

W2, так как

Мр = К Фупр . Фв stii ф, Мх = К Фупр, Фв sin gi, где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

Фувр Ф; р„— магнитный поток, создаваемый катушками управления б одной координаты, расположенными соответственно по осям У и Х;

Ф, — магнитный поток обмотки возбуждения 4; ф ф1 — фазовый сдвиг между потоками Ф, и Ф,-,р упр . „ упр

1 I

1упрх— 1 1 упру 1" 2 т +rn

I p ф1 = СОпь1; ф = coHst и р: соп 1 то г

Следовательно, изменение отношения числа витков 1Г1 и 1Г2 приводит к изменению соотношений моментов Мх- и Мр, что вызывает поворот вектора момента Мв .

На фиг. 4 изображены некоторые положения вектора суммарного момента М,; М,;

М, при измене1п1и величины момента, действующего по оси У вЂ” М»,, Му,, Иу,. Из Л, 108 имеем

Л1у Кв II" гр = are tg - = are tg — "Л1х К, 1V1

Или IlpH К1 = A2 2

1р = агс tg

Таким образом, при последовательном подсоединении l обмотке у iipaa:ioiiHII 6 каждой координаты предлагаемого датчика двух последовательно включенных катушек, расположенных по оси другой координаты, можно Iloвернуть оси приложения момента на любой угол, равный отношению числа витков в обмотке управления и в последовательно подсоединенных к ней катушках. В частном случае отношение витков может быть выбрано таким, чтобы с учетом скорости вращения ротора оси приложения момента к ротору совпали с геометрическими осями координат датчика, которые являются осями датчика угла, П р едм ет изобретения

1. Двухкоординатный датчик, содержащий восьмистержневой магнитопровод статора с расположенными на нем обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой и ротор, выполненный в виде шарового сегмента, отличаюи(ийся тем, что, с целью одновременного получения на выходе сигнала, пропорционального углу поворота ротора и приложения к ротору момента, пропорционального величине и фазе напряжения управления, в нем на магнитопроводе статора по каждой координате размещена обмотка управления, выполненная в виде двух включенных последовательно и встречно катушек, каждая из которых охватывает крайний и ближайший средний стержни магнитопровода, а ротор. диаметр основания которого равен расстоянию между осями симметрии противолежащих крайних стержней, имеет Оксиальнуlo канавку, внешний диаметр которой равен расстоянию между серединами промежутков крайних и средних стержней, а внутренний диаметр — расстоянию между серединами средних стержней, при этом на сферической поверхности этого сегмента закреплен немагнитный электропроводящий слой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью искл101ения сме1цения осей прилои ения моме1па при вращающемся роторе, последовательно с обмоткой унраьления кажДой HOOP3HH3 I l>l ДаЗ IHH3 BhAIO IOHI>l 3BE 0ДИНаковые последовательно соединенные обмотки, расположенные в плоскости другой координаты, Составитель А. Г. Иванова

Редактор Ю. Д. Полякова Техред Л. В. Куклина Корректор Л. Б. Бадылама

Заказ 1257/3 Изд. № 561 Тира>к 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, аушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2