Индукционный датчик угла

(22) Заявлено 04.06.74 (21) 2031704 1) М. Кле Н 02 К 24/00 Ст 08 С 9/04 осударствеииый комитетСовете Министров СССоо делам изаоретеиийи открытий 7 76,Бюллетень 2 я описания 10.09.7 3) УДК 621.314. .214(088,8)) Заявите 4) ИНДУКЦИОННЫИ ДАТЧИК УГЛ Изсбретейи и н стай на лвтики и телем пользованс в пр тора валу Рэ с подвиж многоп а з15 в- ала с присоединением заяв(45) Дата опубликова тнссится к области автоханики и может быть ис.тизиснных системах передачи и измерения угла поворота вала,Й настоящее время в высокочастотных системах передачи и кодирования угла п ворота вала используются многополюсные датчики угла. Такие датчики содержат статор, ротор и модулятор. Каждый из указанных элеменгов выполнен в виде диска, причем мсдулягор установлен на валу электродвигателя, а на статоре и роторе расположены мнсгсполюсные обмотки, одна из отсрых является обмоткой возбуждения в другая - выходной обмоткой 1,3., 21,Известен также индукционный датчик угла, содержаший дисковый статср с многополюсной выходной обмоткой, закрепленный в корпусе датчика, дисковый ротор с многополюснсй секпионированной выходной обмоткой и металлизированным кольцом, механически соединенный с управляюшим валомд 5 аховый модулятор несуший на тоэ цах мнсгспссс.;ге обмс ки всзбждения и металлизированные кольца:. сженсон, В. А. Юрков и В. М, Кольчев валу двигателя между дисками отсра датчика, и установленнь гателя кольцевой трансформат ая обмотка которого соединена люсными обмотками модулятор неподвижная - с зажимами высокочастотного генератора 1.31.Данное устройство является наиболее Близким к изобретению.Однако даже при идеальном выполнении обмоток ротора, статора и модулятора экс центриситет и торцовый бой, допустимые при установке ротора, статора и модулятора, вызывают погрешность работы устройства, так как величина выходного сигнала зависит от изменения воздушного зазора между дисками модулятора, ротора и ст тора. Амплитуда ошибки выходного сигн может достигать в подобных устройствах значения Е = 1,8 угловых сек,Произведенная первоначально выставка ротора, статора и модулятора в процессе эксплуатации может не сохраниться постоянной из-за температурных деформаций, переменных нагрузок и естественного износа5216 3подшипников. Ввиду этого ошибку преобразователя нельзя считать систематическойи учитывать в каждом отдельном случае,Таким образом, технологические возможности ставят предел инструментальной точности фазовых преобразователей.С целью повышения точности предлагаемый датчик снабжен катушками индуктивности, а его металлизированное кольцо разделено изолируюшими промежутками на час 16ги, образующие с катушками индуктивностирезонансные контуры, число которых равночислу секций выходной обмотки, и соединенные между собой последовательно, а каждыйиз резонансных контуров соединен через реИзистор с соответствуюшей секцией обмоткивозбуждения.На фиг, 1 показан предлагаемый датчик;на фиг. 2 - ротор; на фиг. 3 - модулятор;на фиг. 4 - принципиальная электрическаяасхема датчика угла; на фиг. 5 - графикизависимости выходной з. д. с, резонансногоконтура от его собственной частоты,Датчик угла содержит дисковый ротор 1,механически соединенный с управляющим ва 2лом, дисковый модулятор 2, установленныймежду ротором 1 и дисковым статором 3,закрепленным в корпусе датчика. Модулятор2 установлен на валу электродвигателя 4,Элементы датчика угла помещены в экранируюший корпус 5. На модуляторе нанесеныЗОмногополюсные обмотки возбуждения 6 и 7и металлизированные кольца 8 и 9. На валу электродвигателя 4 установлена подвижная обмотка 10 кольцевого трансформатора,неподвижная обмотка 11 которого соедин36на с зажимами высокочастотного генератора (на фигурах не показан).Многополюсная выходная обмотка ротора состоит из четырех секций 12-15 (см.фиг, 2) с соответствующими выводами 164617, 18-19, 20-21, 22-23 на обратнуюсторону диска. На роторе 1 нанесено металлизированное кольцо, разделенное изолирующими промежутками на восемь частейс соответствуюшими выводами 24-31 на 45обратную сторону диска.На фиг. 3 показан модулятор 2 со стороны, обрашенной к ротору 1. Многополюс ная обмотка возбуждения 6 имеет выводыКЬ 2 н 33 для подключения к подвижнои ооЛмо:;- ксльцевого трансформатора. 1 18 талг.з; - ,=:г:;-:ное кольцо 8 обращено к участкам ме"аллпзированного кольца ротора 1и образт с и;я (см. к;г. 1) четыре конденсатора, соед;зц 1 е которых с другимиЬзле."4 ентами дачика показано на принципи -альной электрической схеме, представленнойна фиг. 4, Высокочастотный генератор34 подключен к неподвижной обмотке 11кольцевого трансформатора, подвижная об 6 364мотка которого подключена к обмоткам 6 и 7 модулятора, Секция обмотки ротора с выводами 16-17, 18-19, 20-21, и 22-23 подключены через резисторы 35-38, установленные на внешней стороне, к конденсаторам, образованным участками металлизированного кольца ротора и кольцом модулятора и обозначенным на схеме выводами 24-25, 26-27, 28-29, 30-31. Параллельно конденсаторам подключены катушки индуктивности 39-42, установленные также на внешней стороне ротора, которые образуют резонансные контуры, число которых равно числу секций выходной обмотки рот ра. Все резонансюе контуры соединены между собой последовательно и образуют выход ротора Е .Схема 43 (см, фиг, 4) соединения элементов модулятора и ротора аналогична схеме 44 соединения элементов, расположенных на статоре 3. Схема 44 образует выход статора Е .При вращении модулятора 2 и питании его обмоток высокочастотным напряжением на каждой из секций обмотки ротора и ста гора образуется высокочастотчая э.д,с., модулированная по амплитуде с частотой, равной произведению частоты вращения электродвигателя 4 и числа пар полюсов обмотки модулятора. Угол поворота ротора преобразуется В пропорциональный фазовый сдвиг огпбаюших высокочастотных з.д.с, в соответствии с формулойФ.= Р-А.где Р - число пар полюсов обмотки моду -лятора.Эксцентрисатеты установки, например, ротора и модулятора вызывают погрешность фазового сдвига огибающих с противоположными знаками в диаметрально противоположных секциях 13 и 15 (12 и 14) обмотки ротора.Так как величина вьжодной з,дс. секции обмотки ротора зависит от изменемя воздушного зазора между модулятором и ротором, то торцевые биения модулятора и ротора вызывают изменение амплитуды огибающих выходных э.д,с. отдельных секций, сдвинутых по фаз из-за эксцентриситетов установки ротора и модулятора.Задачу компенсации изменения амплитуды выходной з. д. с, решакт резонансные контуры, подключенные через резисторысекции обмотки ротора,Принцип их работы гоясняетсч зависимостью (см. фиг, 5) выходной з, д. с. резонансного контура Е от его собственной часЖтоты при питании от высокочастотного генератора с частотойиПри номинальном зазоре между обмотой модулятора и одной из секций обмоткиротора собственная резонансная частота 1о контура лежит ниже частотыгенератора, При уменьшении зазора увеличйвается емкость конденсатора резонансного контура ввиду сближения металлизированных колец, и собственная частота контура 1 оказыО вается ниже предыдущей частоты , а выходная э. ю с. контура Е, меньше э.д.с. Е . Наоборот, при увеличении зазора выходная э. д. с. контура Е, увеличивается.ФНа фиг. 5 кривой О. показана зависимость выходной э. д. с. Е секции обмотки роМРтора от изменения зазора д, При уменьшенин зазора от 6 до О э. д с, увеличивается от К до Я, Это увеличениемр мру.5 э. д. с. секцииобмотки компенсируется уменьшением выходного напряжения соотве=ствуюшего резонансного контура с Е и Е, в результате суммарный эффект выражается в том, что кривая О преобразует ся в прямую б, которая при правильной З настройке контура может быть -делана параллельной оси асбписс. В этом случае отсутствует зависимость выходной э, д. с. контура от изменения зазора, и сумма всех выходных э. д. с. контуровполучаемая прч их последовательном соединении, не содержит фазовой (угловой) погрешности, вызываемой эксцентриситетами и торцевым биением ротора и модулятора.Секционирэванне обмотки статора и вза- Зб имодействие второго металлизированного кольца модулятора с металлизированными участками кольна статора позволяет при использовании схемы 44 включения дополнительных катушек индуктивности и резисто- ЗЬ ров исключить погрешность датчика, возникающую вследствие эксцентриситета и торцевого смещения статора 3.Однако эта погрешность имеет меньшее значение, так как носит временный харак тер изменяется с частотой вращения модулятора) и может быть отфильтрована с помощью электрических или электромеханических фильтров. Погрешность из-за неточного монтажаротооа и модулятора наряду с временной имеет пространственную составляющую, зависящую от угла поворота ротора. Применение предложенной схемы компенсации погрешности датчика, вызываемой неточным монтажом ротора (статора) и модулятора, позволяет устранить наряду с временной также и пространственную погрешность.Формула изобретенияИндукционный датчик угла, содержащий дисковый статор с многополюсной выходной обмоткой, закрепленный в корпусе дат яка, дисковый ротор с многополюсной секционирэваннэй выходной обмоткой возбуждения и металлизирэванным кольцом механически сэединенный с управляющим валом, дисковый модулятор, несущий на торцах мнэгопэлюсные обмотки возбуждения и металлизирэванные кэльца, расположенные на валу двигателя между дисками статэра и рэтэра датчика,и установленный на валу двигателя кольцевой трансформатор, подвижная обмоткакоторого соединена с многополюсными обмотками модулятора, а неподвижная - сзажимами высокочастотного генератора,о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности, ротор датчикаснабжен катушками индуктивности, а егометаллизированное кольцо разделено изолирующими промежутками на части, образующие с катушками индуктивности резонансные контуры, число которых равно числусекпнй выходной обмотки, соединенные между собой последовательно, а каждый из резонансных контуров соединен через резистор с соответствующей секцией обмоткивозбуждения.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Ахметжанэв А. А. Системы передачи угла повышенной тэчнэсти, изд, "Энергия, М-Л 1966,2, Авт, св. СССР % 343 286,кл. 0 08 с 19/36, 1968.3. Авт. св. СССР38641 8,кл. О 08 с 9/04, 1973.