Синусно-косинусный датчик угла

 

О П И С А Й И Е (,765945

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскнк

Социалистических

Респубпкк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22,) Заявлено 06.03.78 (pl ) 2586946/24-07 с . с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Ъ (5%)М. Кл.

Н 02 К 24/00

Гвсудврстввкнмй квмктвт.СССР кв делам кзобрвтвнн» н открытей

Опубликовано 23.09.80 Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 23.09.80 (53) УДК 621.314. .214(088.8) (72) Автор, изобретения

О. А. Хайнацкий (71) Заявитель (54) СИНУСНО-КОСИНУСНЫЙ ДАТЧИК УГЛА

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности и может быть использовано в системах автоматики и измерительной техники в качестве преобразователя перемещения в электрический сигнал.

Известен синусно-косинусный датчик, содержащий два диска, расположенных соосно, на обращенных сторонах которых размещены печатные обмотки, выполненные в виде радиальных токо1О проводящих проводников, соединенных между собой последовательно (ll. На одном (первом) диске проводники, уложенные с шагом

1 где 22 — общее число проводников первого диска, образуют однофазную обмотку. На другом диске проводники, образующие двухфазную

1S обмотку, разделены на секции, число которых для нониусных обмоток равно N = 2(Z — Zz).

Проводники в каждой секции распределены с шагом, равным +, где 2Z> — общее число

2д

20 проводников второго диска. Диаметрально противоположные секции этой обмотки соединены между собой последовательно, образуя двухфазные (квадратурные) обмотки.

Недостатком известного датчика является наличие в выходном сигнале датчика слагаемых, зависящих от экецентрнсистета геометрических осей и перекоса (торцового биения) обращенных поверхностей дисков, что приводит к дополнительному угловому (фазовому) смещению выходных напряжений датчика, т.е. к снижению точности преобразования перемещения в электрический сигнал.

Известен также синусно-косинусный датчик угла, содержащий соосно установленные диски с печатными обмотками на обращенных друг к другу поверхностях дисков, одна из обмоток выполнена двухфазной, а другая — однофазной, состоящей из m секций (где m ) 2), вдоль геометрических осей которых установлено m датчиков торцового зазора, которые подключены к соответствующим секциям однофазной обмотки, и выходные клеммы датчика f2).

Однако указанное устройство обладает недостаточной точностью.

Цель изобретения — повышение точности за счет уменьшения влияния эксцентрисистета и перекоса обращенных поверхностей дисков.

76594

11ля этого датчики торцового зазора выполнены гвщуктивными с входными и выходными обмогками, размещенными на магнитопроводах, например П-образных, входные обмотки каждого из датчиков торцового зазора подключены к соответствующим диаметрально противоположным секциям однофазной обмотки, а выходные обмотки последовательно соединены между собой и подключены к выходным клеммам датчика. l0

На поверхности диска с многофазной обмоткой соосно с геометрической осью датчика угла может быть размещено магнитопроводящее кольцо.

На фиг. 1 представлен датчик угла; на фиг.

2 - схема включения синусно- косинусного датчика угла; на фиг. 3 - схема выполнения двухфазной нониусной обмотки синусно-кисинусного датчика угла, Датчик содержит стальной диск 1 статора, на 20 поверхности которого нанесена печатная двух,фазная обмотка 2, диек ротора 3 с печатной однофазной обмоткой 4, индуктивные датчики

5 — 8 торцового зазора, состоящие, например, из

П-образного магнитопровода 9, корпус 10 и двух обмоток 11 и 12, намотанных на магнитопроводе 9 (для каждого иэ датчиков).

Двухфазная обмотка 2 разделена на секции 13, число которых для датчиков с нониусными обмотками равно N = 2 (24 — Zq) . Каждая сек2 30 ция содержит — проводников, соединенных

N нос ледо вательн о.

Диаметрально противоположные секции обмотки 2 статора 1 соединены между собой с образованием двух квадратурных (двухфазные) обмоток.

Однофазная обмотка ротора 3 разделена, например, на 4 симметричные секции 14 — 15, 16 — 17, 18 — 19, 20 — 21. Каждая секция содержит

2Z4 /4 проводников, последовательно соединен40 ных между собой.

Индуктивные датчики 5 — 8 торцового зазора установлены вдоль геометрических осей секций однофазной обмотки ротора 3 с диаметрально противоположной стороны.

Выводы 22 и 23 первичной обмотки 11 кажг дого из датчиков 5 — 8 подключены к диаметрально противоположной секции обмотки ротора 3, т.е. выводы 22 — 23 датчика 5 подключены к секциям 18 — 19.

50 Выводы 24 и 25 вторичной обмотки 12 каж. дого из датчиков 5 — 8 соединены последователь-. но между собой, образуя выход (при запитке датчика угла со стороны двухфазной обмотки) однофазной обмотки синусно-косинусного датчи55 ка угла.

При запитке датчика утла со стороны двухфазных статорных облюток выводами 26 — 27 . .и 28 — 29 (см. фиг. 1) в секциях роторной обмотки 4 индуктируются переменные напряжения, амплитуды которых изменяются в функции от угла поворота ротора 3 по законам синуса (для синусной обмотки) и косинуса (для косинусной обмотки) .

Выходные напряжения каждой из секций роторной обмотки поступают на запитку соответствующих диаметрально противоположных индуктивных датчиков 5 — 8 торцового зазора в соответствии, при этом на выходных обмотках 12 датчиков 5 — 8 индуктируются напряжения, обратно пропорциональные торцовому зазору (в месте установки датчиков 5 — 8) между поверхностями дисков статора и ротора.

При отсутствии эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков статора и ротора ЭДС, наведенные во вторичных обмотках индуктивных датчиков 5 — 8, имеют одни и те же значения, при этом векторы ЭДС, наведенной в диаметрально противоположных секциях, например

14 — 15 и 18 — 19 роторной обмотки 4, равны друг другу по амплитуде и совпадают друг с другом по углу (фазе).

При смещении геометрической оси статора по оси OX относительно центра вращения вала ротора датчика угла векторы ЭДС, наведенной в секциях 14 — 15 и 18 — 19 роторной обмотки 4

Я сдвинуты относительно первоначального положения на равные углы, при этом, если за счет перекоса поверхностей дисков статора и ротора, торцовые зазоры между. поверхностями дисков в месте расположения секций 14-15, 18 — 19 не равны друг другу, амплитуды векторов ЭДС в секциях 14 — 15, 18 — 19 не равны друг другу, что приводит (без учета включения индуктивных датчиков 5, 7 торцового зазора) к угловому повороту относительно первоначального поло. жения вектора, равного сумме векторов указанных ЭДС, а следовательно, и k погрешности преобразования.

Векторы ЭДС, наведенной в секциях 16 — 17 и 20 — 21 роторной обмотки 4, при смещении геометрической оси статора по оси ОХ практически не изменяют своего углового положения относительно первоначального положения, которое они занимали при отсутствии эксцентриситета.

При подключении секций 14 — 15 и 18 — 19 роторной обмотки 4 к первичным обмоткам индуктивных датчиков 7 и 5 соответственно на выходах вторичных обмоток 24 — 25 датчиков

7 и 5 индуктируются напряЖения практически равной амплитуды, а суммарный вектор ЭДС, полученный на вьгходе датчика, занимает первоначальное положение, который занимал суммарный вектор ЭДС при отсутствии эксцентриситета и перекоса, дисков датчика угла.

При смещении геометрической оси статора (или ротора) по оси ОУ относительно центра

765945 вращения вала ротора, в датчике угла также произойдет угловое смещение и изменение ам плитуд векторов ЭДС, наведенных в секциях

16 — 17 и 20 — 21. Однако за счет включения диаметрально противоположных датчиков 6 и 8 торцового зазора соответственно амплитуды векторов ЭДС наведенных во вторичных обмотках датчиков 6 и 8, также практически равны между собой, а суммарный вектор, полученный на выходе датчика, занимает также первоначальное положение, которое он занимал при отсутствии перекоса и эксцентриситета дисков датчика угла.

Таким образом, в предлагаемом датчике угловое положение вектора суммарного напряжения, полученного на выходе однофазной обмотФ ки, а следовательно, и угловая точность датчика практически не зависят в заданном диапазоне от эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков датчика.

Таким образом, благодаря включению в выходы m секций однофазной обмотки m индуктивных датчиков торцового зазора, установленных вдоль геометрических осей каждой из секций однофазной обмотки с диаметрально противопо- >> ложной стороны, повышается точность датчика за счет исключения погрешностей от эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков датчика.

Если диск статора выполнен из немагнитонроводящего материала, например из алюминия, стекла, то на обращенной поверхности диска статора необходимо установить IIJIocKoo кольцо из магнитопроводящего материала, расположенного под полюсами П-образных магнитопроводов датчиков 5 — 8 торцового зазора.

Формула изобретения

1, Синусно-косинусный датчик угла, содержащий соосно установленные диски с печатными обмотками на обращенных друг к другу поверхностях дисков, одна из обмоток выполнена двухфазной, а другая — однофазной, состоящей из m секций (где m ) 2), вдоль геометрических осей которых установлено m датчиков торцс вого зазора, которые подключены к соответствующим секциям однофазной обмотки, и выходные клеммы датчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния эксцентрисигета и перекоса обращенных поверхностей дисков, датчики торцового зазора выполнены индуктивными с входными и выходными обмот. ками, размещенными на магнитопроводах, например, П-образных, входные обмотки каждого из датчиков торцового зазора подключены к соответствующим диаметрально противоположным секциям однофазной обмотки, а выходные обмотки последовательно соединены между собой, и подключены к выходным. клеммам датчика.

2. Датчик по п. l, отличающийся тем, что на поверхности диска с многофазной обмоткой соосно с геометрической осью датчика угла размещено магнитопроводящее кольцо.

Источники информации, принятые во:внимание; прн экспертизе

1. Бычагин Д. А. Поворотный индуктосин, М.— JI -, "Энергия," 1969, с. 7 — 13.

2. Авторское свидетельство СССР М 521636, кл. Н 02 К 24/08, 1974, 76594 5

Л-А

Фиг. 2

44саЯ

Подписное

Выход

ВНИИПИ Заказ б523/50 Тираж 783

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4