Трансформаторный датчик угловых перемещений

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i>9?4110 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 260581 (21) 3293823/25-28 с присоединением заявки ¹â€”

f$)) Кп 3

С 01 В 7/30

6 01 D 5/20 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

153) УДК 621. 317, .39:531.71 (088.8) Опубликовано 151 182, Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 1 1182

„/;"

Е. П . Абрамцев, D. B. Каминский, P . X. Акчурфф ." Е. ;".;.;т,.

В.С.Хзоров и В.Л.Андрущак

j ° „,1,! ., „...

1 ,« .1 цъ 5

/ г (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВЫХ

ПЕРЕМЕЦЕНИЙ

Изобретение относится к контроль. но-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в машиностроении для контроля положения рабочего органа металлорежущих станков, например фрезерных, строгальных и т.п.

Известен трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижные первичную и вторичную обмотки и размещенный между ними металлический диск, профиль которого оформлен по одной или двум симметрично замкнутым спиралям Архимеда.

При вращении диска во вторичной обмотке наводится линейно модулированный по амлитуде аналоговый сигнал переменного тока, несущий информацию об угловом положении вала или о количестве его оборотов 1 ).

Однако у датчика недостаточная чувствительность и ограниченная мощность выходного сигнала, обусловленная тем, что датчик не имеет ферромагнитного магнитопровода.

Более близким техническим решением к данному изобретению является трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижный Фобразный магнитопровод с тремя полюс-„ ными наконечниками, торцы которых обращены к воздушному зазору между ника, установленный в этом зазоре кольцевой ферромагнитный якорь с осью симметрии, расположенной под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода, и поперечным сечением в зоне воздушного зазора не менее, чем в два раза меньшим по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода, и размещенные на полюсных наконечниках первичную и две встречно соединенные вторичные обмотки(2).

Чувствительность этого датчика недостаточна, вследствие ограниченной площади ферромагнитного якоря в зоне воздушного зазора.

Цель изобретения — повышение чувствительности датчика. для достижения поставленной цели в трансформаторном датчике угловых перемещений кольцевой якорь снабжен размещенными на его противолежащих поверхностях двумя парами аналогично выполненных, но расположенных взаимно противоположно полюсных наконечников, каждый из которых выполнен в виде замкнутого контура, 30 образованного отрезками одинаковых, 974110 обращенных одна к другой спирали Архимеда соответствующего размера, полюсные наконечники в каждой паре обращены один к другому взаимно противоположными участками спиралей, причем один иэ них размещен внутри другого, а каждая пара полюсных наконечников охватывает боковые полюсные наконечники неподвижного магнитопровода с противоположных сторон.

Кроме того, трансформаторный датчик угловых перемещений может, быть снабжен вторым, выполненным идентич10 но первому, неподвижным магнитопроводом и размещенными íà его полюсных наконечниках вторыми первичной и встречно соединенными вторичными обмотками, оба магнитопровода установлены в одной плоскости, симметрично относительно оси вращения якоря, и примыкают один к другому своими сплошными торцами.

На фиг. 1 представлен датчик, общий вид, продольный разрез, на фиг.2разрез А-A на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б Б на фиг. 1; на фиг. 4 вариант выполнения датчика с двумя неподви>кными магнитопроводами.

Трансформаторный датчик угловых перемещений содержит неподвижный

Ф-образный магнитопровод 1 с тремя полюсными наконечниками 2- 4, обращенными торцами к воздушному зазору

30 между ними. На среднем полюсном наконечнике размещена первичная обмотка 5, а на боковых — вторичные обмотки б и 7. В воздушном зазоре магнитопровода 1 размещена ферромагнитный кольцевой якорь 8 с немагнитным основанием 9 и полюсными наконечниками 10-13. Якорь 8 жестко установлен на оси 14, вращающейся или поворачивающейся в подшипниках 15 и 16, 35

40 и имеет ось симметрии, расположенную под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода. Площадь поперечсреднего полюсного наконечника неподви>кного магнитопровода. Пары полюсных наконечников 10-11 и 12-13 якоря 8 выполнены в виде замкнутых контуров (фиг. 2 и 3), образованных отрезками одинаковых, обращенных одна к другой спиралей Архимеда соответствующего размера. Пары полюсных наконечников 10-11 и 12-13, расположенные на противолежащих поверхностях якоря 8, повернуты одна относи56

55 тельно другой на 1800, т.е. размеще-, ны взаимно противоположно. Полюсные наконечники в каждой паре, например

10-11, также обращены один к другому взаимно противоположными участками спиралей Архимеда, причем один иэ

1 них размещен внутри другого, и охватывают боковые иолюсные наконечниного сечения якоря в зоне воздушного 45 зазора не менее, чем в два раза меньше по площади поперечного сечения ки 2 и 3 неподвих<ного магнитопровода с противаполох<ных сторон. В варианте выполнения датчика он снабжен вторым неподвижным магнитопроводом17, выполненным идентично первому, и обмотками 18-20, размещенными на нем аналоГично обмотками 5-7. Ферромагнитная часть кольцевого якоря 8 симметрично расположена в зазорах магнитопроводов 1 и 17, установленных в одной плоскости и примыкающих один к другому своими сплошными торцами.

Трансформаторный датчик угловых перемещений работает следующим образом.

На первичную обмотку 5 датчика подается напряжение переменного тока промышленной или повышенной частоты.

Магнитные потоки @ и ф, созданные этой обмоткой, замыкаются через полюсные наконечники 2-4 магнитопроэо да 1, кольцевой якорь 8 и его полюсные наконечники 10-13, а также воздушный зазор между ними. Благодаря тому, что кольцевой участок якоря 8 имеет площадь поперечного сечения в области воздушного зазора уменьшенную вдвое и смещенную относитель— но оси неподвижного магнитопровода 1, происходит возвратно-поступательное перемещение этого участка между боковыми полюсными наконечниками 2 и 3 и средним полюсным наконечником 4.

При повороте якоря 8 в ту или другую сторону от начального положения (фиг.1) величина участков зазора (например, g<, д и d ) с одной стороны якор> 8 уменьшается, а с другой стороны якоря (Д Д и d ) увеличивается. Соответственно, поток ф„увеличивается, а поток ф>— уменьшается, вследствие чего и ЭДС, наведенная в одной вторичной обмотке 7, увеличивается, а ЭДС, наведенная в другой вторичной обмотке б, уменьшается, благодаря чему на выходе датчика появляется разностный сигнал. При угле поворота якоря, равном 180, ЭДС в одной иэ обмоток достигает максимума, а в другой обмотке - минимума. В результате, выходной (раэностный > сигнал датчика будет максимальным. При повороте якоря 8 на угол, превышающий 180 фаза этого сигнала изменяется на противоположную.

При вращении якоря происходит поочередное перераспределение магнитных потоков между полюсными наконечниками 2-4 неподвижного магнитопровода 1 и кольцом якоря 8 с одной стороны, а также между указанными полюсными наконечниками неподви><ного магнитопровода и замкнутыми полюсными наконечниками 10-13 якоря — с другой стороны. В результате на выходных зажимах датчика появляется напряжение, изменяющееся примерно

974110

Таким образом, благодаря указанному изменению конструкции якоря трансформаторного датчика обеспечивается более интенсивное увеличение его выходного сигнала при одном и том же угле поворота якоря, т.е, обеспечивается увеличение его чувствительности.

Формула изобретения

1. Трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижный Ф-образный магнитопровод с тремя полюсными наконечниками,торцыкоторых обращены к воздушному зазору между ниии, установленный в этом зазоре кольцевой ферромагнитный якорь с осью симметрии, расположенной под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода, и поперечным сечением в зоне воздушного зазора не менее, 40 чем в два раза меньшим по площади по синусоидальному закону с периодом, равным одному обороту якоря.

Фаза этого напряжения зависит от направления вращения,а амплитуда характеризует осуществленное объек.том угловое перемещение.

При непрерывном вращении якоря 8 под действием перемещающегося объекта выходная ЭДС пропорциональна его скорости вращения, т.е. датчик ложет работать и как датчик скорости вращения.

В варианте исполнения датчика по фиг. 4 обеспечивается двукратное увеличение выходного сигнала датчика по сравнию с другим варианто л f5 по фиг. 1 практически без увеличения

его габаритов. поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода, и размещенные на полюсных наконечниках первичную и две встречно соединенные вторичные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, кольцевой якорь снабжен размещенными на его противолежащих поверхностях двумя парами аналогично выполненных, но расположенных взаимно противоположно полюсных наконечников, каждый иэ которых выполнен в виде замкнутого контура, образованного отрезками одинаковых, обращенных одна к другой спиралей Архимеда соответствующего размера, полюсные наконечники в каждой паре обращены один к другому взаимно противоположными участками спиралей, причем один иэ них размещен внутри другого,и каждая пара полюсных наконечников охватывает боковые полюсные наконечники неподвижного магнитопровода с противоположных сторон.

2. Датчик по и, 1„ о т л и ч а юшийся тем,,что он снабжен вторыи, выполненным идентично первому, неподвижным магнитопроводом и размещенными на его полюсных наконечниках вторыми первичной и встречно соединенными вторичными обмотками, оба магнитопровода установлены в одной плоскости, симметрично относительно оси вращения якоря и примыкают один к другому своими сплошными торцами, Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Патент CtUA Р 4025934, кл. G 01 P 3/46, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 473052, кл. G 01 0 5/20, 1973 (прототип).

97 41 10

Составитель C.Ñêðûïíèê

Редактор Л.Повхан Техред М.Тепер Корректор М. Демчик

Заказ 8675/54 Тираж б14 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по Делам изобретений и открытий

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

Филиал ГПП "Патент", г.ух<город, ул.Проектная, 4