Датчик углового положения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистнчесиик

Республик (i@887921 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 31. 05. 79 (2 () 277435 2/25-28 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.81. Бюллетень ¹ 45 (51)М. Кл. 01 В 7/30

С, 01 D 5/20

1Ьаударствапвй квинтет

СССР

IIo делам нэабретеннй и открытий (53 у УД К 621. 3 1 7. .39:531. 14 (088. 8 ) Дата опубликования описания 09.12.81

А. М. Вейнгер, В. М. Городнов, В. П. Пьянков, К. Г. Садчиков, И. М. Серый и В. С. Третьяков! (72) Авторы изобретения

Уральский ордена Трудового Красного Знамени. политехнический институт им..С. М. Кирова и Волжское объединение по производству легковых автомобилей "АвтоВАЗ (71) Заявители (54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение в системах автоматического регулирования частотных электроприводов переменного тока с синхронными, асинхронизированными синхронными и асинхрон-.5 ными двигателями, обеспечивая формирование сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота.

Известен датчик углового положенияиндуктосин, имеющий статор с двухфазной ео измерительной обмоткой и дисковый ротор с обмоткой возбуждения, подключенной через скользящие контактные токоподводы к источнику напряжения повышенной частот5 ты (1 . Выходные сигналы измерительных обмоток демодулируются. Демодулированные сигналы представляют собой периодические функции угла поворота, близкие к синусоидальным. Индуктосин обеспечивает высокую точность измерений, однако имеет ряд недостатков. Основной иэ нихналичие контактного токоподвода, что снижает надежность и исключает возможность использования такого датчика при большой угловой скорости вращения рото ра.

Выполнение индуктосина с малым зазором между ротором и статором обуславливает чувствительность датчика к аксиальным отклонением и неплоскостности ротора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик углового положения, содержащий высокочастотный источник тока, дисковый ротор и установленные по обе стороны от него два элемента статора, на одном из которых размещена плоская секционированная измерительная обмотка, а на другом - об- мотка возбуждения, подключенная к высо ночаототноыу коточнкку.тока (2).

Дисковый ротор — электромагнитный экран - обеспечивает при вращении модуляции электромагнитного потока в зазоре между обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой и ттриводит к амплитуд ной модуляции выходного сигнала датчика.

887921 4 е Число полюсов определяется необходи» мой величиной редукции. Форма неметалм лизированных участков 8 (полюсов) определяется функциональной зависимостью выу° . ходного сигнала от угла поворота, которую необходимо получить. Например, для папучения синусоидальной зависимости выходной ЭДС от угла поворота эта форма будет определяться из соотношения а 10

-А 615cL )

Недостатком датчика является наличи в демодулированном сигнале постоянной составляющей, обусловленной размещение обмотки возбуждения и измерительной об мотки на периферии элемента статора датчика относительно оси вращения ротора, а также его однополюсностью. Наличие постоянной составляющей снижает точность измерения углов в широком диапазоне скоростей начиная от нуля, когд схемные методы точной компенсации постоянной составляющей неприменимы.

Белью изобретения является повышение точности измерения.

Бель достигается благодаря тому, что и обмотка возбуждения выполнена в виде кольца, соосного с осью вращения ротора, а ротор выполнен из частично металлизированного диэлектрика, неметаллизированные участки которого, образующие разноименные полюса, размещены поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость ротора.

На фиг. 1 показан предлагаемый шести25 полюсной датчик, разрез; на фиг. 2 - ротор, разрез; на фиг. 3 — статор, разрез; на фиг. 4 — электрическая схема датчика.

На валу 1 датчика, соединяемом в процессе измерения с валом, положение которого контролируется, установлен дисковый ротор 2, выполненный из частично металлизированного диэлектрика, например из фольгированного стеклотекстолита, небью-. щегося стекла, фарфора и т.п. По обе сто- M роны от дискового ротора 2 установлены два элемента 3 и 4 статора 5. На элементе 3 статора 5 размещена плоская секционированная измерительная обмотка 6, а на элементе 4 — обмотка 7 возбуждения, выполненная в виде кольца, соосного с осью вращения ротора 2 и утопленного в канавку ротора, Элементы 3 и 4 статора выполнены из магнитодиэлектрика и являются магнитопроводами. Секции изме- 4З рительной обмотки 6 образуют две системы печатных обмоток, сдвинутых между собой на угол (+ y 3Г) эл. радиан, где — целое число.

Металлизация дискового ротора 2 выполнена таким образом, что неметаллизированные участки 8, образующие полюса, размещены по обе стороны от проекции 9 окружности среднего диаметра кольца об- йф мотки 7 возбуждения на плоскость дискового ротора 2. Обмотка 7 возбуждения подключена к источнику напряжения. где $ — площадь полюса;

- угол поворота ротора; — постоянный коэффициент, зависящий от геометрии обмоток статора.

Обе секции измерительной обмотки 6 подключены ко входам демодуляторов (не показаны );

Датчик работает следующим образом.

При выходе на обмотку 7 возбуждения от высокочастотного источника 10 напряжения питания прямоугольной или синусоидальной формы с частотой 50-100 кГц возбуждается магнитное поле, силовые линии которого, имеющие.одинаковое направление и проходящие через одноименные полюса (неметаллизированные участки 8) наводят в каждой из секций измерительной обмотки 6 ЭДС одного знака.

ЭДС в секциях измерительной обмотки

6 равна алгебраической сумме ЗДС, наводимых потоками полюсов — неметаллизированных участков 8, которые в данный момент времени проектируются на площадь данной секции.

При повороте дискового ротора 2 высокочастотный сигнал в измерительной обмотке 6 статора 5 изменяется по амплитуде, в определенном положении проходит через ноль, изменяя фазу на противоположную по отношению напряжению возбуждения. B двух положениях ротора, отличающихся на полюсное деление, напряжение на выходе измерительной .обмотки 6 имеет одну и ту же амплитуду и противоположные фазы.

Напряжения на выходе двух демодуляторов, подключенных к секциям измерительной обмотки 6, будут периодическими функциями угла поворота, причем функциями, симметричными относительно оси абсцисс, то есть не содержащими постоянных составляющих и четных гармоник.

Эти напряжения имеют одинаковый вид, период их — 1/р оборота (где

887921

5 число пар полюсов), а сдвиг по фаэена 1/4 р оборота.

Проводники секций измерительной обмотки известными методами могут быть расположены таким образом, чтобы напряжения на выходах демодуляторов в функции угла поворота мало отличались от синусоидальных функций.

Таким образом, выполнение обмотки возбуждения в виде кольца, соосного с ie осью вращения ротора, и ротора - из частично металлиэированного диэлектрика с неметаллизированными участками - полюсами, размещенными поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость ротора, позволяет получить выходной сигнал, изменяющийся как по аьмплитуде, так и по фазе и не имеющий постоянной составляющей, что повышает точ- © ность измерений в широком диапазоне скоростей начиная от нулевой скорости.

Формула изобр ет енияДатчик углового положения, содержа.щий высокочастотный источник тока, дис4 ковый ротор и установленные по обе стороны от. него два элемента статора, на одном из которых размещена плоская секционированная измерительная обмотка, а на другом — обмотка возбуждения, подключенная к высокочастотному источнику тока, о r л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности, обмотка возбуждения выполнена в вийе кольца, соосного с осью вращения ротора, а ротор выполнен из частично металлизированного диэлектрика, неметаллиэированные участки которого, образующие разноименные полюса, размещены поочерейно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость дискового ротора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цикерман Л. Я., Котляр P. Ю.

Индуктивные преобразователи для автоматизации контроля перемещений. М., "Машиностроение, 1966, с. 113.

2. Патент США № 4025934, кл. 336-30 1977 (прототип).

887921

Составитель Т. Матюхина

Редактор Г. Бельская Техред А. Савка Корректор М. Шароши

Заказ 10710/9 Тираж 645. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4