Двухфазный двоичный датчик угла

 

Союз Советснмк

Соцмалмстмческмк

Республик

О П И С А Н И Е „„т5ВМ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к BBT. саид-ву (22) Заявлено 27.01.78 (2l ) 2576225/24-07 (5 I ) M. КЛ.

И 02 К 24/00 с присоединением заявки .%

3ас уда рстеанньтй камнтет (23) Приоритет по лелем изобретений н открытнй

Опубликовано23.08.80. Бюллетень Ле31 (53) УДК621. .314.2 14 (088.8}

Дата опубликования описания 25.08.80 (72) Авторы изобретении

В. Л. Карасев, Л. А. Фельдман, И. П. Сигачев и В. В. Леонтьев (7I) Заявитель (54) ДВЧ. ЛЗ1(1 (Й ДВОИЧНА)з1Й QA.1. (19;

Изобретение относится к электрич схим машинам, а именно к датчикам угла, н предназначено для использования в следящих системах с электрической редукцией, двухотсчетных преобразователях угол — код высокой точности.

Известны устройства типа редуктосинов и многополюсных вращающихся трансформаторов, содержащие две измерительные фазные обмотки, сдвинугые на чет" верть углового периода (1) и t2)

К этим приборам предъявляется требование повышенного числа периодов )( на оборот, т.е. повышение электрической редукции. Повышение числа периодов тре15 бует повышения числа зубцов на окружности. В случае, если датчик входит в преобразователь угол-код, повышение числа периодов дает повышение общей точности преобразователя (увеличивает число двоичных разрядов) .

Предъявляется требование также к повышению точности, в первую очередь точности периодичности, т.е. повторяемости формы кривых внутри периода, что определяет выходцу точность. Технологическим ограничение л здесь является минимум плини лугv. зубцового шага, которая в несколько т аэ должна превы— шать зазор, а сннжени.* последнего приводит к нестабильнос-.ти и ухудшению точности. Прн эгом на окружности долж— ны быть расположены обе обмотки фаз.

В известном многополюсном двухфазном вращающемся трансформаторе <2) применяется нониусно расположение зубцов, при котором некоторому числу К зубцов на статор» Z соответствует (К+1) или (К вЂ” 1) зубцов ротора 7. < на той же дуге. На окружности совокупность зубцовых катушек каждой фазы занимает дугу, равную половите длинь окружности. Число периодов на окружность Ц=-7 . Если Q — общий наибольЯ

Р ший делитель чисел Zp и „, то обмот-ка распадается на Q одинаковых групп.

Вследствие технологцческих случайных отклонений, напряжения на группах мож7584

11 4

Z =-2.-—

3+(-4) 35

3 но рассматривать как случайные величины. Каждая фаза занимает свою часть окружности, и в фазе (/2 групп. Число Я одинаковых групщ нельзя сделать практически большим восьми. Между тем, в отношении точности играет большую роль закон усреднения ошибок при суммировании случайных величин. В среднем от суммирования случайных технологических и прочих отклонений снижение ошибки происходит в VQ /2 < 2 раза, если даже коэффициент редукции порядка ста.

Много лучше точность периодичности многополюсных поворотных трансформа- 15 торов (сельсинов), не имеющих нониус— ного расположения зубцов 31. Здесь число суммируемых случайных величин порядка числа зубцов и коэффициент снижения ошибки более Я . Особое значе- 20 ние имеет то, что здесь действует закон циклической корреляции отклонений от идеального в паре взаимодействующих зубцов статора и ротора, так что (снижение много больше чем вЯ раз. 25

Однако. в таком двухфазном однопакетном датчике ротор имеет вдвое больше зубцов чем возбуждаемый статор, а зубцовое деление ротора не должно быть менее технологически допустимого, 50 число периодов Ь р /4, так как приходится чередовать зубцовые катушки каждой иэ двух фаз, делая между ними сдвиг на четверть углового периода. Таким образом при повороте на полный угловой период катушка ротора перемещается на

4 роторных зубца. При нониусном распо ложении катушка перемещается соответственно на 2 зубца.

Н аиболее близкий предлагаемому

40 двухфазный двоичный датчик угла с коэффициентом электрической редукции равным 2 (где A -целое число) со-.

A держит два зубчатых магнитопровода с обмотками: первый магнитопровод, на45 пример статора, выполнен с 7„= 2п " зубцами, равномерно расположенными по окружности, на которых размещена обмотка возбуждения, причем направления ее намотки на двух соседних зубцах че50 редуются, второй магнитопровод, например ротора, выполнен с зубцовым шагом большим зубпового шага магнитопровода статора ф ; зубцы ротора разбиты на две группы, йа зубцах первой группы—

55 активных — размещены двухфазные измерительные обмотки, а зубцы второй группы — бе зобмоточные с увеличенной по сравнению с активными зубцами полюсной дугой, причем зубцовый шаг меж— ду двумя активными зубцами, прилегающими к безобмоточному зубцу, выполнен большим зубцового шага между остальными активными зубцами (4).

Однако из-за изменения по углу магнитной проводимости для потока возбуждения указанный датчик обладает малой точностью.

Цель изобретения —. повышение точности.

Для реализации указанной цели количество зубцов ротора выполнено равным с увеличением зубцового делителя между активными зубцами ротора, примыкающими к безобмоточному зубцу

Ъ+ (-4)". =с(— с

На чертеже изображена схема статора и ротора многополюсного двухфазного индукционного датчика, имеющего на выходе Я угловых периодов на оборот, причем М вЂ” двоичное число. и

Статор насчитывает 2 = 2 зубцов.

На зубцах магнитопровода 1 статора намотаны катушки обмотки возбуждения

2 .с обратным направлением намотки в соседних зубцах, соединенные последовательно. Направления потоков в зубцах чередуются, так что в соседних зубцах направления обратные (показаны стрелками), с(= 21Уl4 — угловой период. Коэффициент электрической редукции равен и

На магнитопроводе 3 ротора расположены зубцовые катушки обмоток 4 и 5 двух фаз: обмотки гп„п„и обмотки гпмнп

Каждая обмотка намотана через зубец и с чередованием направления намотки.

Зубцовый шаг статора 1 -ol = 0,5сАт а зубцовый шаг ротора 3 -«у, =0,75Фт

=1,5Ы с для всех зубцов, несущих обмотки

6, кроме одного увеличенного шага, включающего безобмоточный зубец 7.

Активные зубцы 6 ротора 3 не заполняют окружности, и на роторе 3 имеется увеличенное межзубцовое расстояние (сектор пропуска), включающее безобмоточный дополнительный зубец 7 с зубцовой дугой 6a=6 + (4 d ð), отличР ной от таковой 6z всех остальных акР тивных зубцов. Число активных зубцов ротора обозначаем Z

Очевидно, что

g z .0,75M 4h, (g) 758411 6. 5

l0

30 где — величина, на которую увеличи-. вается зубцовое деление между двумя активными зубцами 6, прилежащими к сектору пропуска, включающему безобмоточный зубец 7, Ось последнего отстоит от осей соседних зубпов на дугу с = » (O,75&+ 4 )

Зубцовая дуга этого зубца увеличена, чтобы не прерывать ход поля через зазор.

Так как зубцы несут катушки обмоток обеих фаз, то 2> должно быть четным

2 Х=А И=с 2", (2) где — разрядность.

Из (1) и (2)

3+(-» ) " О с,2

Удлинение зубцового расстояния занимает или два, или одно статорное зубцовое деление.

Кроме того, соблюдается циклический закон, когда относительная дисперсия ошибки менее дисперсии технологических отклонений не только по закону усреднения ошибох, а в число раз, значительно большее числа зубцов ротора Сектор пропуска :„+ 0,75 Ы> может быть раз-! бит на два диаметральных сектора поло винной величины, что позволяет уменьшить допуска на эксцентриситет..Датчик работает следующим образом.

Потоки повышенной частоты, показан35 ные стрелками на чертеже, вызывают ЭДС в зубцовых катушках 4 и 5 ротора 3, по своему эффективному значению зависящую от дуги перекрытия между зубцами ротора 3 и статора 1. При повороте ротора 2 40 на угол ЭДС катушки его зубцы 6 изменяются по . периодической кривой, близ- . кой к синусоиде с периодом о(. Действительно, после поворота ротора 3 на a(> картина расположения полностью восста- 4 навливается. На обмотке другой фазы (т.е. обмотке 5 соседнего зубца 6) периодическая кривая сдвинута на четверть периода. Когда осевая линия одного зубца

6 ротора 3 совпадает с осевой линией паза статора 1, т.е, когда обмотка не пронизывается потоком, то осевая линия соседнего зубца 6 ротора 3 совпадает с осевой линией статорного зубца и обмотка пронизывается полным потоком.

В то же время все зубцы данной фазы имеют одинаковое перекрытие, ЭДС в них одинаковы, они находятся в общей пространственной фазе (иначе говоря, дуга этого зубца увеличена, чтобы не прерывать ход поля через зазор. синфазны). Поэтому на выходе суммируетсй g = — одинаковых элементов и

tp

Ье 2 действует закон усреднения ошибок, по которому относительная средняя хвадратичесхая ошибка суммы уменьшается в раз по сравнению с относительной случайной ошибкой слагаемого. Кроме того, что особенно важно, при такой синфазности соблюдается циклический закон, когда дисперсия ошибки менее дисперсии технологических отклонений не только по закону усреднения ошибок, а в число раэ, значительно большее г т.е.

- 7.i среднеквадратичная ошибка уменьшается в число раз, значительно большее @ .

Изобретение позволяет увеличить точность датчика при сохранении .производственных затрат и габарита прибора или уменьшить стоимость с уменьшением вдвое диаметра при данной требуемой точности.

Формула изобретения

Двухфазный двоичный датчик угла с коэффициентом электрической редукции, равным 2 (где р -целое число), содержащий два зубчатых магнитопровода с обмотками: первый магнитопровод, например статора, выполнен с Z = 2 зуби+» цами, равномерно расположенными по окружности, на которых размещена обмотка возбуждения, причем направления ее намотхи на двух соседних зубцах чередуются, второй магнитопровод, например ротора, выполнен с зубцовым шагом большим зубцового шага магнитопровода статора; зубцы ротора разбиты на две группы, на зубцах первой группы— активных — размещены двухфазные измерительные обмотки, а цубцы второй группы — безобмоточные с увеличенной по сравнению с активными зубцами полюсной дугой, причем зубцовый шаг между двумя активными зубцами, при легаюшими к безобмоточному зубцу, выполнен большим эубцового шага между остальными активными зубцами, о т— личаюшийся тем,что,сцелью повышения точности, количество зубцов ротора выполнено равным а увеличение эубцового деления между активными зубцами ротора, примыкаюшими к безобмоточному зубцу.,„в+Я- Ъ" с Я.

758411

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ахметжанов А, А. н Лукиных Н. В.

Индукционный редуктосин, M., 197 1, табл, 7.

2. Пульер Ю, М. Индукционные и электромеханические элементы вычислительных и дистанционно-следяших систем.

М., Машиностроение, 1964.

Я

3. Техническая кибернетика. Под ред, В. В. Солодовникова. Устройство и элементы САР и САУ, кн. g, разд. )( гл. ХУ! . % 3, п. 6 Многопол!оснь!е поворОтные трансформаторы, М °, Ма!!!иностроение", 1973.

4. Хрушев В. B. Электрические микро— машины автоматических устройств. Л., Энергия, 1976, с. 276-277.

Составитель И. Ннконоров

Редактор A. Маковская Техред Е.Гаврилешко Корректор М. Вигула

Заказ 5765/19 Тираж 783 Подписное!

1НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ПГП1 Палит, r. Ужгород, ул. Проектная, !