Датчик угла поворота вала

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз .оветскмк

Соцмвпмстмческмк

Республмк

<11 70526 1

-е (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 26.10,77 (21) 2537520/18- 24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)M. Кл.

G О1 D 5/20

1Ъеу@ерственный квинтет ао делам нзобретеннй н юткрытнй

Опубликовано 25,12.79, Бюллетень ¹ 47 (53) УДК681.325 (088.8) Дата опубликования описания 25.12.79 (72) Авторы изобретения

А. Д. Золотов и В. С. Беляев (71) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для измерения углового положения объектов.

Известны преобразователи углового положения вала с электрической редукцией, редукто5 сины, особенность работы которых заключается в том, что за малый угол поворота входной оси (ротора), выходной параметр, (амплитуда или фаза напряжения) изменяется на о один период, а при повороте ротора на 360 число периодов равно передаточному отношению электрической редукции (tj.

В силу того, что на зубчатых полюсах магнитопровода статора, указанного редуктосина размещены сигнальные обмотки и обмотки воз-, буждения, то данный прибор при достаточно большом передаточном отношении электрической редукции, обладает большими габаритами.

Известен преобразователь угла поворота вала в число импульсов, содержащий цилиндрический зубчатый ротор и статор, выполненный в виде цилиндрического магнитопровода, на котором установлен цилющрический под- l магничивающий элемент и зубчатые полюсные наконечники, имеющие одинаковое число зубцов, между которыми размещена цилиндрическая выходная обмотка, причем зубцы полюсных наконечников выполнены Г-образнтями и расположены по внешнему периметру статора и зубца одного полюсного наконечника (2).

Данный преобразователь обладает тем недостатком, что выходная обмотка выполнена не по дифференциальной схеме, а это значительно снижает отношение величины полезно о сигнала к помехе. Кроме того в этом преобразователе нет возможности получить высокую дискретность при достаточно малъrx габаритах из-эа того, что зазор между зубцами полюсных наконечников должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить проводимость между зубцами полюсного наконечника и зубцами ротора значительно большую, чем проводимость между зубцами обоих полюсных наконечников статора. Так как в противном случае выходная обмотка будет зашунтирована.

Наиболее блйзким технически решением к данному изобретентпо является датчик угла поворота, содержащий зубчатый колыпкя1й

705 т61

35 ротор с внутрен(ими зубцами н зубчатый кольцевой статор с внешними зубцами, в какавке статора установлена круговая обмотка, а эубцв! ротора установлены с зазором относи -тельно зубцбв статора в плоскости, перпендикулярной осн вращения ротора (3).

Недостатками известйого датчика являются

его большие габариты и ограниченные возмож,ности использования, поскольку на выходе такого датчика после исключения постоянной составляющей формируется однофазный сигнал переменного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и уменьшение габаритов датчика. !

Поставленная цель достигается тем, что в статор, выполненный из двух сочлененных колец с парами диаметрально расположенных зубчатых секторов, введены ситнальные обмотки, установленные на каждом из секторов, секторы одного кольца статора размещены между секторами другого кольца в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, зубцы сектора одного кольца смещены относительно зубцов соседнего сектора того же кольца на половину эубцового деления, а относительно соседнего сектора другого кольца на четверть зубцового деления, обмотки каждой пары диаметрально расположенных секторов включены согласйо, а двух соседних пар секторов одного кольца — встречно.

На фиг. 1 представлена схематическая конструкция датчика; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Датчик состоит иэ ротора 1 с зубцами 2, статора 3, выполненного из двух колец 4 и 5 иэ магнитомягкого материала с парами диаметрально расположенных зубчатых секторов 6 и 7, 8 и 9. Зубчатые секторы 6 и 7 одного кольца для обеспечения дифференциальной работы датчика смещены относительно секторов 8 и 9 на половину зубцового деления ротора. Сигнальные обмотки 10 — 13, расположен1 ные на диаметрально противоположных секторах включены последовательно и согласно, а пары указанных обмоток включены встречно.

Круговая обмотка 14 возбуждения, общая для сигнальных обмоток обоих колец, размещена в канавке статора 3.

Клеммы 15 служат для монтажа обмоток и подключения датчика к внешним приборам.

Датчик работает следующим образом.

Магнитный поток, создаваемый обмоткой 11 возбуждения, выходит из одного кольцевого сердечника через зубчатые секторы 7 — 9, через воздушный зазор проходит по зубцам 2 ротора 1, проходит по зубчатым секторам второго! с ол ы ((; 1ю () с L рл (! ч ! I(K а и 1 а <1l l I(1!с !(. и I 1 (() ч! I,. лепной части к<яви 4 и 5 статора.

Так как сигнальные обмотки 10- l3, ус((1новленные на секторах кот!ьцевого сердечника, о расположенных под 180, включены согласно, то возможные изменения воздушного зазора между зубцами ротора и зубчатыми секторами колец 4 и 5 статора не влияют на величину суммарного напряжения, наводимого магнитным потоком в парах укаэанных катушек.

Так как пары обмоток 10--13 включены встречно и установлены на секторах, сдвинутых на половину зубцового деления ротора, то при вращении ротора 1, когда зубцы 2 ротора 1 совпадают с зубцами секторов 6 и 7, а зубцы статоров 8 и 9 располагаются против впадин между зубцами 2, на выходе сигнальных обмоток будет максимальное напряжение, фаза ко торого определяется фазой напряжения обмоток 10 и 11. При дальнейшем вращении ротора зубцы 2 совпадают с зубцами секторов 8 и 9, а зубцы секторов 6 и 7 располагаются против впадин между зубцами 2. На выходе будет также максимальное напряжение, но про. тнвоположной фазы.

При симметричном положении зубцов 2 ротора 1 относительно зубцов секторов 6 — 9 на выходе появляется остаточное нулевое напряжение. Таким образом на выходе ситнальных обмоток одного зубчатого кольца статора через каждые пол-шага зубчатого ротора чередуются максимальные выходные напряжения, причем фаза максимальных напряжений через каждые пол-шага меняется на 180 .

Аналогично формируются выходные напряжения на сигнальных обмотках второго зубчатого кольца, который представляет собой второй канал датчика.

Для получения синусно-косинусной зависимости выходного напряжения датчика зубца сектора второго кольца статора смещены относительно зубцов соседнего сектора первого кольца на четверть зубцового деления ротора, что приводит к сдвигу по фазе огибающей выходного напряжения на сигнальных обмотках второго кольца по отношению к напряжецию первого кольца на 90 электрических градусов.

Такое конструктивное выполнение датчика позволяет использовать его в качестве синуснокосинусного вращающегося трансформатора с электрической редукцией, в преобразователях для поворота вала в код. Датчик по сравнению с известными имеет меньшие габариты, так как осевой размер ротора определяется шириной одного зубчатого сектора статора, а осевой размер статора определяется шириной одной обмотки возбуждения и одного магнитопровода, необходимого для проведения маг. пипгого поп1ка чср i погдуппп е 333()pal между эубчапьпми секторами <затора. . кономический эффект < г использования датчика угла поворота определяется его техническими преимуществами.

Формула изобретения

Датчик угла поворота вала, содержащий зубчатый кольцевой ротор с внутренними зубцами и зубчатый кольцевой статор с внешними зубцами, в канавке статора установлена круговая обмотка, а зубць1 ротора установлены с зазором относительно зубцов статора в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения габаритов датчика, в статор, выполненный из двух соединенных колец с парами диаметрально расположенных зубчатых секторов, введены сигнальные обмотки, 7()52о ) установленн»1е на каждом из секторов, сектор» одного кольца статора размещены между секторами другого кольца в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, зубцы сектора одного кольца-смещены относительно зубцов соседнего сектора того же кольца, на половину зубцового деления ротора, а относительно соседнего сектора друтого кольца на четверть зубцового деления, обмотки каждой пары диаметрально расположенных секторов включены согласно, а двух соседних пар секторов одного кольца-встречно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ахметжанов А. A. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств М., "Энергия", 1975, с. 32.

2. Авторское свидетельство СССР Р 519750, кл. G 08 С 9/04, 07.04.75.

3. Новицкий, П. Н, и др. Электрические измерения неэлектрических величин. Л, "Энергия", 1975, с. 313, рис. 13 — 12 (прототип).

@uz. 2

Составитель А. Смирнов

Техред Л.Алферова

Корректор

Редактор Б. Герцен

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектнан,4

Заказ 8013/42 . Тираж 844 Подписное

11П ИИП И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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