Датчик углового положения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Соеэ Советски кСоциалистнчесиикРеспублик ц 887921(51)М. Кл.01 В 7/30 С, 01 2 5/20 1 ваударствапвб квинтет СССР по делам нэабретеннй и атнрцтнй(53 ) УД К 621. 317,39:531,14 (088. 8) Дата опубликования описания 09.12.81 А. М. Вейнгер, В. М. Городнов, В. П. Пьянков, К. Г, Садчиков, И, М. Серый и В, С, Третьяков(72) Авторы изобретения Уральский ордена Трудового Красного Знамени. политехнический институт имС, М. Кирова и Волжское объединение по производству легковых автомобилей "АвтоВАЗ(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение в системах автоматического регулирования частотных электроприводов переменного тока с синхронными, асинхронизированными синхронными и асинхрон" ными двигателями, обеспечивая формирование сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота.Известен датчик углового положенияиндуктосин, имеющий статор с двухфазной10 измерительной обмоткой и дисковый ротор с обмоткой возбуждения, подключенной через скользящие контактные токоподводы к источнику напряжения повышенной часто.15 ты 1, Выходные сигналы измерительных обмоток демодулируются. Демодулированные сигналы представляют собой периодические функции угла поворота, близкие к синусоидальным. Индуктосин обеспечивает высокую точность измерений, однако имеет ряд недостатков, Основной иэ нихналичие контактного токоподвода, что снижает надежность и исключает возможность использования такого датчика при большой угловой скорости вращения рото- ра.Выполнение индуктосина с малым зазором между ротором и статором обуславливает чувствительность датчика к аксиальным отклонением и неплоскостности ротора.Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик углового положения, содержащий высокочастотный источник тока, дисковый ротор и установленные по обе стороны от него два элемента статора, на одном из которых размещена плоская секционированная измерительная обмотка, а на другом - об-мотка возбуждения, подключенная к высо ночаототноыу коточнкку.тока 2.Дисковый ротор - электромагнитный экран - обеспечивает при вращении модуляции электромагнитного потока в зазоре между обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой и утриводит к амплитудной модуляции выходного сигнала датчика,887921 4е Число полюсов определяется необходимой величиной редукции. форма неметалм лизированных участков 8 (полюсов) определяется функциональной зависимостью выходного сигнала от угла поворота, которую необходимо получить. Например, для попучения синусоидальной зависимости выходной ЭДС от угла поворота эта форма будет определяться из соотношенияа 0 А 816 С. )35 Недостатком датчика является наличи в демодулированном сигнале постоянной составляющей, обусловленной размещение обмотки возбуждения и измерительной об мотки на периферии элемента статора датчика относительно оси вращения ротора, а также его однополюсностью, Наличие постоянной составляющей снижает точность измерения углов в широком диапазоне скоростей начиная от нуля, когд схемные методы точной компенсации постоянной составляющей неприменимы.Белью изобретения является повышение точности измерения.Бель достигается благодаря тому, что и обмотка возбуждения выполнена в виде кольца, соосного с осью вращения ротора, а ротор выполнен из частично металлизированного диэлектрика, неметаллизированные участки которого, образующие разно- ф именные полюса, размещены поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость ротора.На фиг. 1 показан предлагаемый шести 25 полюсной датчик, разрез; на фиг. 2 - ротор, разрез; на фиг. 3 - статор, разрез;на фиг. 4 - электрическая схема датчика,На валу 1 датчика, соединяемом в процессе измерения с валом, положение которого контролируется, установлен дисковый ротор 2, выполненный из частично метал- лизированного диэлектрика, например из фольгированного стеклотекстолита, небью-. щегося стекла, фарфора и т,п. По обе сто- ЗЗ роны от дискового ротора 2 установлены два элемента 3 и 4 статора 5, На элементе 3 статора 5 размещена плоская секционированная измерительная обмотка 6, а на элементе 4 - обмотка 7 возбуждения, фф выполненная в виде кольца, соосного с осью вращения ротора 2 и утопленного в канавку ротора, Элементы 3 и 4 статора выполнены из магнитодиэлектрика и являются магнитопроводами. Секции изме рительной обмотки 6 образуют две системы печатных обмоток, сдвинутых между собой на угол (+3 Г) эл. радиан, где- целое число. 56Металлизация дискового ротора 2 выполнена таким образом, что неметаллизированные участки 8, образующие полюса,размещены по обе стороны от проекции 9окружности среднего диаметра кольца об- ззмотки 7 возбуждения на плоскость дискового ротора 2. Обмотка 7 возбужденияподключена к источнику напряжения,где Я - площадь полюса;- угол поворота ротора;- постоянный коэффициент, зависящий от геометрии обмоток статора,Обе секции измерительной обмотки 6 подключены ко входам демодуляторов (не показаны );Датчик работает следующим образом.При выходе на обмотку 7 возбуждения от высокочастотного источника 10 напряжения питания прямоугольной или синусоидальной формы с частотой 50-100 кГц возбуждается магнитное поле, силовые линии которого, имеющие. одинаковое направление и проходящие через одноименные полюса (неметаллизированные участки 8) наводят в каждой из екций измерительной обмотки 6 ЭДС одного знака. ЭДС в секциях измерительной обмотки 6 равна алгебраической сумме ЗДС, наводимых потоками полюсов - неметаллизированных участков 8, которые в данный момент времени проектируются на площадь данной секции. При повороте дискового ротора 2 высокочастотный сигнал в измерительной обмотке 6 статора 5 изменяется по амплитуде, в определенном положении проходит через ноль, изменяя фазу на противоположную по отношению напряжению возбуждения. В двух положениях ротора, отличающихся на полюсное деление, напряжение на выходе измерительной обмотки 6 имеет одну и ту же амплитуду и противоположные фазы.Напряжения на выходе двух демодуляторов, подключенных к секциям измерительной обмотки 6, будут периодическими функциями угла поворота, причем функциями, симметричными относительно оси абсцисс, то есть не содержащими постоянных составляющих и четных гармоник.Эти напряжения имеют одинаковый вид, период их - 1(р оборота (где Р887921 5число пар полюсов), а сдвиг по фаэена 1/4 р оборота.Проводники секций измерительной обмотки известными методами могут быть расположены таким образом, чтобы напряжения на выходах демодуляторов в функции угла поворота мало отличались от синусоидальных функций.Таким образом, выполнение обмотки возбуждения в виде кольца, соосного с 1 й осью вращения ротора, и ротора - из частично металлиэированного диэлектрика с неметаллизированными участками - полюсами, размещенными поочередно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскость ротора, позволяет получить выходной сигнал, изменяющийся как по аьмплитуде, так и по фазе и не имеющий постоянной составпякнпей, что повышает точ-ность измерений в широком диапазоне скоростей начиная от нулевой скорости. формула изобретения.Датчик углового положения, содержа.щий высокочастотный источник тока, дис 4ковый ротор и установленные по обе стороны от, него два элемента статора, наодном из которых размещена плоскаясекционированная измерительная обмотка,а на другом - обмотка возбуждения, подключенная к высокочастотному источнику тока,о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности, обмотка возбуждения выполнена в вийе кольца, соосного с осьювращения ротора, а ротор выполнен изчастично метаплизированного диэлектрика,неметаллиэированные участки которого,образующие разноименные полюса, размещены поочерейно по обе стороны от проекции окружности среднего диаметра кольца обмотки возбуждения на плоскостьдискового ротора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Цикерман Л. Я., Котляр Р, Ю.Индуктивные преобразователи дпя автоматизации контроля перемещений, М., "Машиностроение", 1966, с. 113.2, Патент США4025934,кл. 336-30 1977 (прототип),887921 Фв 4 Составитель Т, МатюхинаГ. Бельская Техред А, Савка Корректор Редак аказ 1 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная О/9 Тираж 645. ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская