Датчик для измерения смещений оси вала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 В 7/1 1 В 31/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСНОМ Кф 33наменный инстинской авиациимола 6) 1) Бюл. Красно(54) ДАТЧИК ДЛЯ ОСИ ВАЛА (57) Изобрет тельной техн шение чувств сформаторног дпя измерени смещений оси вижного вала ской машины. а тран- ченного тельности датч типа, предназносевых и радиал ьных го или непо вращаюнапримЭтот д ым алгоритмом ч ветствии с ер элект тчик сод расчет и иг. 7 ГОСУДАРСТНЕКНЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 1023194 4208244/ 10,03.87 07.09.88 Рижский нженеров енинског Н.НЛев Серебряк 621.317. Авторск 3194, к ние относится к измериике и имеет целью повы,80142198 П-образные магниты 1-8, установленные попарно параллепьно вокруг периферии его зубчатого роторного узла 9, состоящего из двух одинаковых частей, закрепленных соосно на контролируемом валу 10Зубчатые части ротора имеют одинаковый по величине и противоположный по знаку угол конусности. Размещенные напротив них на статоре магниты имеют скошенные по конусу поверхности полюсов с одинаковым по величине, но противоположным по знаку углом конусности. ЭДС, наводимая в измерительных обмотках 11-18, которые размещены на полюсах магнитопроводов, ОФ зависит от величины радиальных и осевых смещений роторного узла 9 и измеряется в блоке 19 обработки сигналов, где осуществляется их ал- С гебраическое суммирование в соот 1421986Иэобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием изобретения по авт. св. У 1023194, позволяет определять как осевые, так и радиальные смещения оси вала, например электрической машины, как в режиме вращения, так и в ее статическом положении.Целью изобретения является повыение чувствительности датчика и осевым смещениям контролируемого вала за счет последовательного вклю" чения его измерительных обмоток,размещенных на смежных П-образньгх маг китах, которые расположены напротив рабочих поверхностей ротора с углами конусности противоположных знаков.На фиг. 1 представлена конструк ция трансформаторного датчика для измеренияосевых и радиальных смещений вала, на фиг, 2 - то же, продольный разрез.Датчик содержит статор, выполнен ный в виде равномерно расположенных по периметру параллельных пар П-образных магнитов 1-8 ,и роторный узел 9, состоящий из двух магнитомягких зубчатых роторов, расположен ных соосно на валу 10. Половина магнитов (основных 1, 3, 5 и 7) расположена против поверхности ротора с одним знаком угла конусности, а другая половина (дополнительных 2, 35 4, 6 и 8) - напротив поверхности ротора с противоположным по знаку углом конусности. На П-образных магнитах расположены измерительные обмотки 11-18. Диаметрально противо положно расположенные измерительные обмотки 11 и 15, 13 и 17, 12 и 16, 14 и 18,при определении радиальных смещений включаются встречно. При определении осевых смещений встречно включаются обмотки 11, 13, 15, 17 и 12, 14, 16 и 18, расположенные на полюсах П-образных магнитов, расположенных напротив участков роторного узла 9 с разными знаками угла конус- ности. Сигналы измерительных обмо" ток 11-18 обрабатываются с помощьюблока 19 обработки сигналов, результаты которых отражаются на индикато, ре 20.55При использовании для возбуждения датчика постоянных магнитов, как показано на фиг. 1, измеряют осевые и радиальные смещения вращающегосявала 10. При размещении обмоток вбзбуждения переменного тока на полюсахП-образных магнитопроводов (не показано) датчик позволяет измерять осевые и радиальные смещения неподвижного вала.Датчик работает следующим образом,При вращении вала 10 с насаженным на нем зубчатым ррторным узлом9 магнитная проводимость воздушногозазора между статором и ротором периодически измеряется, что приводитк изменению магнитного потока, сцепленного с витками измерительных обмоток 11-18, и к появлению в них ЭДСс частотой-- (1)Е.п60 .где Е - число зубцов ротораи - частота вращения, ротора,(2) 64 = 61 зЫ 0(/2 6 Ф = Ь г. соэЫ/2,(3) где 61 - величина осевого смещенияконтролируемого вала 1Ы/2 - половинный угол конусности ротора;6 г - величина радиального сме 1щения вала, измереннаяпод -м магнитом статора(здесь д = 18).При учете направления радиальногосмещения бг 1 = Зг; з 5 пч 6 г = Аг 1соз Ч,(4) где у - угловое положение линии, покоторой происходит радиальное смещение.Для обеспечения синфазности ЭДС, наводимых в соответствующих парах обмоток, число зубцов ротора должно быть таким, чтобы в определенный момент времени против каждого полюса магнитопровода статора находился об/мин.При наличии осевого 6 о или радиального .ОФ смещения вала 10 измеРняется величина воздушного зазора межжу статором и ротором датчика.Зависимость приращения воздушного зазора от осевых и радиальных смещений определяется следующими выраже- ниями(б) пренебречьмалости и 5 даа 2 дЕя д(7) о 15 бра Ом, сигнал ВЕ пРопоРЦНО нален смещению д 1(5)1 При радиальном смещении вала воз 1 а1 ш аРддУ дошныд ааааа тиеньшаетоа под нагни".о о. 20К - коэффициент пропорциональ- тами 1, 2, 3 и 4 и уи 4 и величится под магинтами 5,6, 7 и 8, благодаря чему Р - магнитодвижущая сила воэ-ЭДС, наводимые во мые в обмотках, будут раваны, соответственИОдушного зазора.11й й" /,р,1/ У р,гяж(сояо 02о 1 Р113 1 ид -дгсоя , соя 10о где(8) 1 Е нн Е ц аш КР,р г +ДгяЫусояо//2 Е, - Е 1 - КР Р,+згсоясояс/2 Сигналами, характеризующими радиальное смещение дг, являются4 КРЕ (Е,1 + Е 1 )-(Е 1 + Е)Е"= (Е + ЕК ЧЕд куда следует, ч а и р 1осево и радиальномусмещен Таким образом, сигналнален радиальному смОбычно осевое и рщения вала происходяСледовательно, в ЭДомботок 11-18 будутсоставляющие, пропор дЕ пропорцио"щению й гадиальное смеодновременно.измерительных рисутствоватьональные как вала. указанный сигналов из обработки ток исклю го вьпп ительных обала, характе зующегвляющую чает из сиг осевое смеще пропорционал го радиальном ци зубец ротора, а в следующий момент времени против каждого полюса магнитопровода статора находился паз ро тора. 5При наличии осевого смещения 31 вала воздушный зазор между ротором и нечетными магнитопроводами уменьшается, а между ротором и четными маг" нитопроводами увеличивается. 10При одинаковых параметрах магнито проводов статора и измерительных об моток ЭДС, наводимые в них, будут равны ЛЕ (Е 1, + Ета + Е юь- (Е 1 и ф Еи 4 Еи- 8 КРрг - ,тВеличиной Доо можно1ввиду ее относительнойтогда,Редакт ожо оррект Бугренкова 414/36 Тираж 680, ПодНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий35, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4 сно Производственно-полиграфическое предприяти город, ул. Проектна щению, и соответственно из сигнала,характеризующего радиальное смещение вала, составляющую, пропорциональную его осевому смещению,Действительно, поскольку при измерении осевых смещений вала диаметрально противоположные измерительные обмотки 11 и 15, 13 и 17, 12 и16, 14 и 18 включаются согласно, тосоставляющие, пропорциональные радиальному смещению, взаимно компенсируются,При измерении радиальных смещенийвала эа счет согласного включенияизмерительных обмоток 11 и 12, 13 и14, 15 и 16, 17 и 18, расположенныхна П-образных магнитопровоцах (магнитах) против поверхностей ротора спротивоположными знаками угла конусности, взаимно компенсируются составляющиеф пропорциональные осевому смещению.Таким образом, обрабатывая сигналы измерительных обмоток в соответствии с вышеописанным алгоритмом,можно определить величины осевого ирадиального смещения оси вала. Блок 19 обработки сигналов измери.тельных обмоток может быть выполнен,например , на уровне логическихсхем, микропроцессора и т.п,986 6Для исключения влияния магнитной проводимости торцовых магнитных потоков осевая полудлина Х/2(Фиг.2) конусной поверхности ротора должна быть больше осевой длины конусной поверхности П-образных магнитов 1-8.Для исключения воэможности механического соприкосновения зубчатых поверхностей ротора и П-образных магнитов 1-8 необходимо, чтобы 11/2 был равен отношению допустимых ра- диального и осевого смещений. 15 Формула изобретения Датчик для измерения смещений осивала по авт. св. У 1023194, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения чувствительности к осевым смещениям, вала он снабжен дополнительными П-образными магнита"ми с размещенными на них измерительными обмотками, которые установленына статоре параллельно основньм магнитам и выполнены аналогично им, .идополнительным зубчатым ротором, выполненным аналогично и установленнымсоосно с основным Фотором, при этомконусные рабочие поверхности полюсов дополнительных магнитов и дополнительного ротора имеют одинаковыйс основными угол конусности и противоположный с ними знак этого угла.