Двухкоординатный датчик

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ависимое от авт, свидетельств влено 31 Х 1,1969 ( 1352683/18-24) ПК 6 010 5.2 рисоединением заявки Ъв Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Министровриори УДК 531.15,083.8(088,8) Опубликовано 26.1.1971, Бюллетень М 6 Дата опубликования описания 24 Х.1971 Аьторыизобретения. П. Леонов и А. И. Милюко аявитель ВУХКОО АТНЬй ДАТЧИК 2 Известны двухкоординатнье датчики, содержащие восьмистержневой магнитопровод статора с расположенными на нем обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой и ротор, выполненный в виде шарового сегмента,Предлагаемый датчик отличается от известных тем, что в цем на магнитопроводе статора по каждой координате размещена обмотка управления, выполненная в виде двух включенных последовательно и встречно катушек, каждая из которых охватывает крайний и ближайший средний стержни магнитопровода, а ротор, диаметр основания которого равен расстоянию между Ос 51 ми симметрии протиВОлежащих крайних стержней, имеет оксиальнуо канавку, внешний диаметр которой равен расстоянию между серединами промежутков крайних и средних стержней, а внутренний диаметр - расстоянию между серединами средних стержней, при этом на сферической поверхности этого сегмента закреплен немагнитный электропроводящий слой.Это позволяет получить на выходе одновременно сигнал, пропорциональный углу поворота ротора, и приложить к ротору момент, пропорциональный величине и фазе напряжения управления.Кроме того, с целью исключения смещения осей приложения момента при вращающемся роторе последовательно с обмоткой управления каждой координаты датчика включены двеодинаковые последовательно соединенные обмотки, расположенные в плоскости другой координаты,5 На фиг. 1 изображена принципиальная схема магцитопровода предлагаемого двухкоординатного датчика; на фиг, 2 - схема сигнальной обмотки по каждой координате; афиг. 3 - схема обмотки управления по каж 10 дой координате; на фиг. 4 - схема обмоткиуправления по одной координате для датчикас вращающимся ротором.Описываемый двухкоординатный датчик состоит из восьмистержневого магнитопровода15 статора 1 с размещенными на нем обмоткамии ротора 2, цс имеющего обмоток (см, фиг. 1).Магнитопровод статора 1 выполнен в виде диска (или кольца), на торцовой поверхносги которого расположено восемь стержней 5, цо че 20 тыре стержня в плоскости каждой координаты. Четыре средние стержня 3 охватываютсяобмоткой возбуждения 4. Сигнальная обмотка5 по каждой координате выполнена в виде стырех одинакоВых катушек с раВцым числОм25 витков (см. фиг. 2). Каждые две катушки этойобмотки Б, расположенные на крайнем и ближайшем среднем стержне, соединены междусобой последовательно и встречно. Г 1 ар.1 катушек, расположенные вдоль оси координаты,30 соединены между сОбОЙ также последовзтель 294074/,1 о где Я, - площадь воздушного зазора падкакдым стержнем 3 при совпадении геометричсских осей ротора 2 и статора 1 датчика;б - величина воздушного зазора междуротором 2 и статоромдатчика;а - угол поворота ротора 2. При нулевом положении ротора (а = О) з, д. с., индуктируемые в каждой катушке сигнальной обмотки 5, равны: по и встрешо. Обмотка управления 6 по каждой координат: Выполнена в виде двух одп,1 яковых последовательно и встречно вкгпоченных катушек, каждая из которых ОхВатыВает край. пп: и блпжайшип средний стержни 3, располояенпыс Вдоль оси одной координаты (см. фиг. 3),Рогор 2 датчика (см. фиг. 1) выполнен в Виде шарового магнитопроводящего сегмента, имеюцсго оксиальную канавку 7. Диамегр окрукнОстп 1 аруе ИОГО контура ротора раВен расстоянию между осями симметрии крайних стержней 3. Ббльший диаметр канавки 7 раьс:1 расстоянию мекду осями, проходящими 1:Осерс;1,ипе мекду какдым краЙИ 11 м и блпяяй- И 1 И 1 средним стеркиями 3, Меньший диаметр ка 1;явки 7 равен расстояни 10 мскду осями симмстрии средних стержней 3, На сферической поверхности шарового сегмента ротора 2 закр; плен немагнитпый электропроводный слог (пленка) 8. В частном случае немагпит;1 ь.й злсктропроводпый слой 8 может покрыиа;ь только сферическую поверхность ферромагнитной части ротора 2. Сферическая по- В,рхпость этого слоя и торцовая поверхность стер кней статораобразуют равномерный Возду 1 иный зазор между статороми рогохарактер основных электромагнитных процессов, происходящих по каждой коордчнаге датчика, одинаков. Поэтому рассмотрим рабо.; датчика только по одной координате.При подведении к обмоткам возбуждения 4 и у 11 равлсн 11 я 6 напрякений, сдвинутых по фяз. друг относительно друга на 90, индуктиру 1 зтс пульсирующие магнитные потоки возбукдсния (Ф 1, Ф Ф;, Фо) и потоки управле (Ф 1, Ф, г)1, Ф 4), направление которых указано па фиг. 1, В резулыате сложения этих и токов ь Воздушном зазоре образуется бегуц 1 сс магнитное поле. За счет взаимодействия бсгу 1 цего ноля с вихревыми токами, и 1 чдуктпрсмыми в злсктропроводном слое 8 ротора 2, Возникает вращательный момент М, действу 10 И 1 пй 1;а ротор 2, Величина и направление зого момента зависят От Величины и фазы ;,я 11 ркения у правления.;" гагпитпые проводимости воздушного зазора пад стеркпг 1 ми 3 (1, П, П 1, 1 Ц равны:8 о(1 + 4, о(1 - ")71 =; 711=о ооЕ 11 = К 7.п=К -5где К - коэффициент пропорциона.С учетом направления мап 1 итных потоков Ф,; го, Фз; Ф и схемы включения катушек сигнальной обмотки 5 выходное напрякение па 10 сигнальной обмотке 5 равно: Евых = (Ет+ Ею) - (Еу + Еъ-) К) К в 15 При повороте ротора 2 на некоторый угол а выходчое напрякение становится равным Евых = (Ет + Еут) - (Е 111 + Е 1 г)20 К(1 = ) +Кто( .) К о(1.,)о о оо(1 й )о о 25 Следовательно, выходной сигнал предлагаемого датчика пропорционален углу поворота ротора 2.Магнитный поток, создаваемый обмоткойуправления 6, распределяется по стержням 1 30 и П (а также П 1 и 1 Ъ) пропорционально площадям воздушных зазоров над этими стержнями, Но так как при любом положении ротора 2 площади воздушных зазоров над стержнями 1 и П (1 П и 1 Р) равны между собой, то 35 равны и потоки управления гР, = Ф 2 (Ф,= -= Ф 4), проходящие по этим стержням. Поэтому независимо от углового поворота ротора 2 электродвижущие силы, индуктпруемые в катушках сигнальной обмотки 5, расположеп ных па стерянях 1 и П (1 П и Ю), равны мекду собой, т. е. Е 1 = Е,:, (Е;и -- Е;,). У 1 И- тывая схему включения катушек сигнальной обмотки 5 и направление потоков управления, получим величину выходного напрякения сиг нальной обмотки 5:Е,.х -- (Е 1 - Еп)+(Еш - Е,)-0Следовательно, потоки управления не оказывают влияния на выходные напряяения, сни маемые с сигнальной обмотки 5.Таким образом, описываемый двухкоординатный датчик обеспечивает получение электрического сигнала на сигнальной обмотке 5, пропорционального угловому полокению рото ра 2, а также приложение к ротору 2 момента,который пропорционален напряжению, подаваемому на обмотку управления 6.При использовании предлагаемого датчикав шаровых гироскопах, когда их ротор 2 вра щается с большой угловой скорость 10 вокругоси симметрии, происходит смещение осей приложения момента относительно геометрических осей координат датчика, Для устранения этого явления и для получения возможности 65 установки осей приложения момента вдоль10 20 25 30 Но так как произвольно заданных осей обмотка управления б описываемого датчика по каждой координате дополняется двумя катушками. В этом случае обмотка управления б каждой координаты датчика выполняется в виде двух Одинаковых катушек, расположенных в плоскости одной координаты, и двух одинаковых катушек, расположенных в плоскости другой координаты, Каждая из этих катушек охватывает один крайний и ближайший средний стержни 3, а между собой эти катушки соединены последовательно (см. фиг. 4). Вторая координата имеет аналогичное выполнение обмотки управления б. При подключении обмотки возбуждения 4 иобмотки управления б одной из координат,выполненных в виде четырех катушек, к источнику питания в воздушном зазоре создаются два бегущих магнитных поля. Направлениедвижения одного из них совпадает с геометрической осью координаты датчика, на которойрасположена одна пара катушек управленияб К - 1 р (с осью Х), а направление движения другого поля совпадает с геометрич скойосью другой координаты датчика, на которойрасположена другая пара катушек управленияб Р; - Р (с осью У). В результате взаимодействия каждого из бегущих полей с полем, создаваемым вихревыми токами, которые индуктируются в поверхностном слое 8 ротора 2(см. фиг. 1), создаются моменты Ми М.Последние стремятся повернуть ротор в направлении каждой составляющей бегущего поля. Сложение этих моментов приводит и воздействию на ротор 2 суммарного момента Иповернутого относительно координатных осейХ и У на некоторый угол Ч 1. В связи с тем, чтопо всем четырем катушкам обмотки управления б каждой координаты протекает один итот же ток 1;пр, величины моментов Мх и Мпбудут пропорциональны числам витков Г иФ 2, так какМп = К Фтпр Фв з 1 п 111,Мх= К Фупр Фв 81 П 11,где К - коэффициент пропорциональности;Фнпр Ф;,рх - магнитный поток, создаваемый катушками управления б одной координать,расположенными соответственно по осям У и Х;Ф, - магнитный поток обмоткивозбуждения 4;1 р; ф - фазовый сдвиг между потоками Ф, и Фрупр ,упр1 19 упр:ф 1,упру ---фт и 1 гпрф = сопз 1; ф = сопят и - : сопз 1, тог Мх=К К;Мр=К ф 2 35 40 45 50 55 60 65 Следовательно, изменение отношения числа витков Т и Т, приводит к изменению соотношений моментов М, и Мр, что вызывает поворот вектора момента МНа фиг, 4 изображены некоторые положения вектора суммарного момента М,; М,; М, прп изменеии величины момента, действующего по оси У - Му Яу .ИуИз Ь 40 В имеем Л 1 К. 172р = агс 1 д " = агс 1 о - "..Их 1, И, или при Ь = К 2 1 2р = агс 1 дй;Таким образом, при последовательном подсоединении к обмотке управленця 6 каждой координаты предлагаемого датчика двух последовательно включенных катушек, расположенных по оси другой координаты, можно повернуть оси приложения момента на любой угол, равныц отношению числа витков в обмотке управления и в последовательно подсоединенных к цей катушках. В частном случае отношение витков может быть выбрано таким, чтобы с учетом скорости вращения ротора оси приложения момента к ротору совпали с геометрическими осями координат датчика, которые являются осями датчика угла,П р ед м ет изобретения 1. Двухкоординатный датчик, содержащий восьмистержневой магнитопровод статора с расположенными на нем обмоткой возбуждения и сигнальной обмоткой и ротор, выполненный в виде шарового сегмента, отличающийся тем, что, с целью одновременного получе 1 Ия на выходе сигнала, пропорционального углу поворота ротора и приложения к ротору момента, пропорционального величине и фазе напряжения управления, в нем на магнитопроводе статора по каждой координате размещена обмотка управления, выполненная в виде двух включенных последовательно и встречно катушек, каждая из которых охватывает крайний и ближайший средний стержни магнитопровода, а ротор. диаметр основания которого равен расстоянию между осями симметрии противолежащих крайних стержней, имеет Оксиальную канавку, внешний диаметр которой равен расстоянию между серединами промежутков крайних и средних стержней, а внутренний диаметр - расстоянию между серединами средних стержней, при этом на сферической поверхности этого сегмента закреплен не- магнитный электропроводящий слой.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью искло ения смепения осей прило 1 кеция моме 1 па црц вращающемся роторе, последоватсл 1 цо с обмоткой уцраьлеция каждой 1 Оордцнат дачика БклОеы две Одинаковые последовательно соединенные обмотки, расположенные в плоскости другой координаты,фиг 5 иг,2 Составитель А. Г. Ивановактор Ю, Д, Полякова Техред Л. В. Куклина Корректор Л. Б. Бадылама пография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1257/3 Изд.561 Тираж 473 ЦНИИПИ Комитета по делам изобретешш и открытий при СоМосква, Ж, аушская наб., д. 4/5 Подпи сносМинистров СССР