Сельсин

(51)М, Кл.2 Н 02 К 24/00 Н 01 Ь 41/10 Госуаарстееввы 1 комитет СССР яо Воон озобрфтсояй н открытойОпУблнкованО 0509,79 Ьюллетень йо Э Э Дата опубликования описания 10.09.79(72 Авторы изобретения Г. Т. Левченко и А. А, През Киевский ордена Ленина политехнический институт имени50-летия Великой Октябрьской социалистической рволюци"( 54) СЕЛЬСИН Изобретение относится к областиустройств автомат .ки и может быть использовано для дистанционной передачи данных в системах контроля иуправления,Известны сельсины, работающие напринципах магнитной индукции в полях,неоднородных по углу поворота ротора. Эти сельсины выполняют в видеэлектродвигателей с обмотками возбуждения и синхронизации, размещенными отдельно на роторе и статоре1.Изготовление такого сельсина предъявляет высокие требования к магнитному материалу магнитопровода и взаиморасположению обмоток, а паразитные емкости между витками индуктивных обмоток ограничивают область рабочих частот, 20Последнее обстоятельство, нарядус необходимостью зазора в магнитопроводе между ротором и статором,приводит к утяжелению устройства,увеличению момента инерции ротора,а значит и времени его успокоения.В конструкциях сельсинов с контактньии кольцами возрастают погрешности в эксплуатации из-за эффектов наконтактах, а в бесконтаткных конст рукциях размещают дополнительные обмотки кольцевого трансформатора, чтоусложняет конструкцию и снижаетудельный момент сельсина на одинградус поворота ротора) . Кроме того,индукционные сельсины создают вокруг себя сильное магнитное поле, ограничивающее их применение .Известны также сельсины, содержащие двуфазную обмотку возбуждения итрехфазную обмотку синхронизации,которые размещены на роторе и статоре, причем обмотка возбуждения, установленная на роторе, подключенак генератору 2,Данное устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и получаемому результату.Конструкция прототипаимеющаяпять обмоток, сложна, а выполнениеи размещение их в сельсине требуютвысокой точности. Крсме того, большая масса магнитопровода увеличивает момент инерции ротора к, следовательно, время его успокоения. Этовынуждает применять дополнительнуюкороткозамкнутую обмотку успокоения,снижающую синхронизирующий удельныймомент сельсина.Целью изобретения является умень.шение момента инерции ротора и повышение удельного момента.Поставленная цель достигаетсяхем, что ротор выполнен в виде биморфной изогнутой пьезоэлектрическойпластины, одним концом шарнирно соединенной с водилом рабочего нала,а другим - прижатой к цилиндрическойповерхности колеса, закрепленного настаторе с возможностью вращения,причем электроды пьезоэлемента подключены к высокочастотному генератору с напряжением, промодулированнымпо амплитуде, и индикатору угла поворота вала, настроенному на частоту модуляции, )5На чертеже и з обра же н оп исыв аемыйсельсин.Сельсин содержит ротор 1, выполненный в виде биморфного пьезоэлемента, один конец которого соединен 20с водилом 2, закрепленным на рабочем валу 3, а другой конец с наконечником 4 прижат пружиной 5 к колесу б, закрепленному на статоре 7с возможностью вращения, Все звеньямеханизма сельсина закреплены настаторе 7. Внутренний и один иэвнешних электродов пьезоэлементаподключены к высокочастотному генератору 8. Кроме того, внешние электроды пьезоэлемента соединены со входом индикатора 9 угла поворота вала3, вращение которого ограничено буферной пружиной 10.Сельсин работает следующим образом.На пьезоэлемент 1, касающийся35колеса б под определенным. углом, зависящим от поворота рабочего вала3, подают высокочастотное промодулированное по амплитуде с частотой Унапряжение от генератора 8 и возбуждают в нем продольные колебания. Дляэтого частоту Е генератора выбираютравной резонансной частоте продоль-.ных колебаний пьезоэлемента 1, которую рассчитывают по формуле: 451=С ,где СЗ - скорость продольных акустических волн в пьезокерамике;- длина пьезоэлемента. 50Частоту Р модуляции амплитуды высокочастотного напряжения выбираютравной частоте собственных изгибныхколебаний пьезоэлемента 1, зависящейот длины В, толщины 1 и условий креплеиия ее концов, В приведенном случае частоту. определяют по формуле:.-с, (ь,Для уверенной работы устройствачастота модуляции Рдолжна быть значительио, например в 20 раз, нижечастоты генератора 8.Под влиянием продольных колебаний конец пьезоэлемента 1, прижатыйпружиной 5 к колесу б, приводит его во вращение, а обратная реакция вращакщего момента действует через пьезоэлемент 1 и водило 2 на рабочий вал 3, одновременно упруго изгибая пьезоэлемент 1, С целью облегчения изгибных колебаний пьезоэлементу 1 придают предварительный изгиб большого радиуса, например равного утроенной длине пьезоэлемента, Так как величина вращающего момента меняется с частотой модуляции Р, в пьезоэлементе возбуждается сигнал с частотой Г и амплитудой, пропорциональной скорости вращения колеса б. Этот сигнал подают на индикатор 9 угла поворота рабочего вала 3. Упомянутая скорость вращения колеса б зависит от величины напряжения генератора 8, которое поддерживают постоянным, и от угла наклона пьезоэлемента 1 к поверхности колеса б, которыйизменяется пропорционально углу поворота водила 2 рабочего вала 3. Когда сельсин используют в качестве сельсина-датчика, рабочий вал 3 играет роль командного и пружина 10 отсутствует. В этом случае индикатором 9 угла поворота служит сельсин приемник или просто вольтметр.Когда сельсин используют в качестве сельсина-приемника, рабочий вал 13 играет роль поворотного. Пружина 10 необходима для дифференциации угла поворота в зависимости от вращающего момента . В этом случае индикатором 9 угла поворота служит дифференциальный усилитель, на один вход которого подключены электроды пьезоэлемента 1, а на другой подают сигнал с сельсина-датчикаПьезоэлемент 1 изготовляют из шликера титанат-цирконат-свинцовой керамики прокатанной в ленты, на главные поверхности которых наносят металлизирующую пасту. Две сложенные и прокатанные через вальцы ленты изгибают в виде цилиндрической поверхности большого, например утроенной длины пьезоэлемента, радиуса и обжигают. Паста, восстановленная во время обжига в металл, служит внутренним и внешним электродами, с помощью которых поляризуют керамику (каждый слой по толщине навстречу друг к другу в поле 30 кв/см при 110 С) и затем включают в цепь управления,Поверхность колеса б с целью повьыения его износостойкости цианируют или изготовляют из металлокерамического сплава, например ПК 8, а наконечник 4 выполняют из алунда, например марки 22 ХС. Противоположный конец пьезоэлемента закрепляют в гнезде водила в слабоупругой, например резиновой, обойме.Для уменьшения габаритов предлагаемого сельсина, можно разместить пьезоэлемент 1 и вал 3 внутри вы684683 10 Формула изобретения аро оставитель хред С.Миг Редактор Д. Мепуришвили Те ай Корректор Ю ренко з 5303/51 ЦНИИПИ Госу по делам 113035, МоскваТираж 857венного комитета СССретений и открытий 5, Раушская иаб., д. дписное рс эо ЖППППатент, г. Ужгород, ул, Проектная,Ф полненного полым колеса 6. Тогда на конечник 4 будет скользить по внутренней цилиндрической поверхности колеса 6.Данный сельсин, в отличие от прототипа, не содержит обмоток,. что повышает его эксплуатационную надежность; при том же весе развивает, в 10 раз больший удельный момент, Кроме того, момент инерции ротора, который в изобретении определяется массой водила и пьезоэлемента, может быть существенно уменьшен, например до 10 кг м , в сравнении с-бсокрашает время успокоения колебаний ротора. Сельсин, содержащий статор и ротор, установленный на валу, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения удельного момента и уменьшения момента инерции ротора, ротор выполнен в виде биморной изогнутой пьезоэлектрической пластины, одним концом шарнирно соединенной с водилом рабочего вала, а другим прижатой к цилиндрической поверхности колеса, закрепленного на статоре с возможностью вращения, внутренний и один из внешних электродов пьезоэлемента подключены к высокочастотному генератору промодулированного по амплитуде напряжения, а внешние электроды подключены к индикатору угла поворота вала, настроенному на частоту модуляции.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Ахметжанов А. А. Системы передачи угла повыаенной точности -+1.-Л., Энергия, 1966. стр. 46-48.2. Свечарник Д. В. Дистанционные передачи. М Энергияф, 1974, стр. 99-115.