Датчик перемещений

-. Социалистических Республик ОПИСАНИЕИЗОБУЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУаю делам нзайретеннй н открытнйОпубликовано 30.03.81. Бюллетень12 Дата опубликования описания 31.03.81 71) Заявитель(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Изобретение относится к электротехнике и измерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения перемещений подвижных узлов станков, машин и приборов.В современном машиностроении и приборостроении для определения точного углового положения поворотных узлов машин, станков и .приборов широко используются индуктивные датчики с печатными обмотками, получившие название индуктосин; Датчик этого типа содержит статор- и ротор о элементы, на которых расположены плоские печатные обмотки, выполненные в виде периодического зигзага. На одном из элементов, как правило на статоре, расположены две обмотки, которые сдвинуты между собой на 1/4 часть периода, а на другом элементе. 5 размещены одна обмотка или две, также сдвинутые между собой на 1/4 часть периода 1.Одним из недостатков датчиков этого типа является погрешность, которая возникает при перекосах во взаимном располо-, жении обмоток ротора и статора. Эти перекосы, выражающиеся в радиальном биении обмоток относительно оси вращения ротора и торцовых перекосах обмоток относительноплоскости, перпендикулярной оси вращения,возникают при изготовлении датчика и егоустановке в корпусе или оборудовании.Максимальные величины переменной. ипостоянной составляющей погрешности приторцовых и осевых биениях обмоток определяютсяфщфа - Я ф аф) 1 тгде Р - число пар полюсов;К - средний радиус обмотки;Е, и Ха - эксцентриситет геометрическогоцентра обмоток соответственно статора и ротора относительно осивращения ротора;Оба - максимальные переносы обмотоксоответственно статора и ротораотносительно плоскостей, проведенных перпендикулярно оси вращения, измеренные на расстоянииЙр от оси вращения,Наиболее близким к предлагаемому является датчик перемещений, содержащийдисковые статор и ротор с печатными обмотками, выполненными в виде периодического3зигзага и объединенными в две группы с разными периодами в каждой из групп, группы обмоток смещены друг относительно друга в радиальном направлении, первая из групп состоит из двух смещенных относительно друг друга на 1(4 периода обмоток статора и размещенных напротив них обмоток ротора, а вторая группа - из расположенных напротив друг друга обмоток на статоре и на роторе, обмотки ротора второй группы подключены параллельно обмоткам ротора первой группы 2.Одним из недостатков этого датчика является погрешность, возникающая при радиальных и торцовых перекосах обмоток ротора и статора, которая определяется теми же выражениями, что и для индуктосина.Цель изобретения - уменьшение погрешности, возникающей при радиальных и торцовых перекосах обмоток ротора и статора,Указанная цель достигается тем, что обмотки ротора выполнены в виде одинаковых секций, равномерно распределенных по окружности ротора, при этом параллельно , включены каждая пара из диаметрально расположенных секций обмоток первой и второй групп. На фиг. 1 изображен один из вариантов датчика; на фиг, 2 - датчик, установленный на поворотном столе; на фиг. 3 - схема обмоток датчика, изображенного на фиг. 1; на фиг. 4 - схема обмоток датчика, установленных с перекосом.Датчик содержит неподвижный элемент (статор) 1 и подвижный элемент (ротор) 2. Они выполнены в виде дисков, на плоской поверхности которых укреплены печатные обмотки, состоящие из радиально расположенных проводников. Проводники соединены последовательно для протекания тока в двух соседних проводниках в противоположном направлении, благодаря чему обмотки имеют вид периодического зигзага. Период зигзага обмоток первой группы 3 - 5 равен Т, обмоток второй группы 6 - 9 - Тг. Все обмотки выполнены однослойными, а каждые две обмотки одной и той же группы, расположенные на одном элементе, роторе 2 или статоре 1, смещены между собой на 1/4 часть своего периода.Обмотки 3 с длиной проводников 3 и 7 с длиной проводников 1 статора 1 выполнены непрерывными, а обмотка 6 с длиной проводников каждой части ее ф состоит из двух кольцевых частей, которые охватывают обмотку 7 с внешней и внутренней стороны, и соединены между собой последовательно при помощи проводного монтажа, проходящего по тыльной стороне статора 1. Обмотка 3 снабжена двумя кольцевыми проводниками 10, служащими для компенсации контурных токов, т. е. токов, наводимых в соединительных проводниках,4Обмотки 4, 5, 8 и 9 ротора 2 выполненыиз отдельных секций, гальванически не связанных между собой в пределах одной обмотки. Количество секций во всех обмоткаходинаково, и секции различных обмоток 45 и 5 и 8 и 9 между собой чередуются. Каждойсекции обмоток 4 и 5 первой группы соответствует диаметрально противоположнаясекция обмоток 8 и 9 второй группы. Этисекции соединены между собой попарнов коротко замкнутые цепи (например, секции1 О обмотки 4 - с секциями обмотки 8, а секции обмотки 5 - с секциями обмотки 9)с помощью проводного монтажа 11, проходящего по тыльной стороне ротора 2. Обмотки статора 1 имеют выводы 12 - 14,а статор 1 и ротор 2 - крепежные отверс 15тия 15.Статор 1 крепится на неподвижной частиповоротного устройства, например станине 16 поворотного стола, а ротор 2 - наподвижной части (планшайбе) 17 таким20 образом, что ось 18 вращения стола совпадает с осями вращения статора 1 и ротора 2,причем их печатные обмотки располагаютсянепосредственно друг против друга с зазором между ними, который в зависимостиот размеров датчика выбирается равным0,05 - 1,0 мм. Крепление элементов датчикаосуществляется с помощью винтов (не показано), проходящих сквозь отверстия 15.Станина 16 и планшайба 17 стола снабженыкольцевыми направляющими 19 с шариказо ми 20,Обмотки датчика укреплены на основаниях статора 1 и ротора 2 с помощьюсвязующего изолирующего слоя (не показан). Так как обмотки 4 и 5 расположенына одной кольцевой поверхности, они обозна 35 чены и одной выносной линией (фиг. 2),Аналогично обозначение обмоток 8 и 9. Обмотки 4 и 5 ротора 2 расположены надобмоткой 3 статора. Эти три обмотки составляют первую группу. Ко второй группеотносятся обмотки 8 и 9 ротора и располо 40женные против них обмотки 6 и 7 статора.При фазовом режиме работы датчикаобмотки 6 и 7 статора 1 запитывают синусоидальными токами, смещенными между45 собой на 90. При этом в обмотках 8 и 9ротора 2 наводится ЭДС и по соединеннымс ними обмоткам 4 и 5 протекают токи,которые, в свою очередь, наводят в обмотке 3статора 1 ЭДС, используемую для измерения перемещений,50 Схема расположения обмоток датчика(фиг. 3) включает кольцевые обмотки 3, 6и 7 статора 1 и 4, 5, 8 и 9 ротора 2, которыеразвернуты в линейные, причем печатныепроводники изображены в виде линий, проведенных по их осям, и каждая из обмоток 4,55 5, 8 и 9 представлена одной из своих секций.Обе части обмотки 6 изображены как единоецелое - обмоткой, имеющей проводникисуммарной длины Ь а обмотки ротора 28178935имеют направление перемещения ц.Стрелками обозначено направление тока в обмотках, принятое за положительное. Мев, Ме, Му Мрь, Мч М 5 р - коэффициенты взаимоиндукции соответственно обмотки 6 и секции обмотки 8, обмотки 7 и секции обмотки 8 и т. д. В отсутствие перекосов при перемещении ротора они меняются по синусоидальным законам амплитудой оной и той же группы. О - центр вращения ротора, О и О - герметические центры обмоток соответственно статора и ротора. К 4 - средний радиус обмотки 3 статора 1, К г - средний радиус обмоток 6 и 7 статора 1. При наличии эксцентриситетов имеютместо изменения во взаимном положении проводников ротора и статора, Проводники сдвигаются друг относительно друга в ра О диальном направлении, имеет место взаимный угловой сдвиг, переменный по окружности. Кроме того, так как обмотки установлены с перекосом относительно плоскости, перпендикулярной оси .вращения ротора, то зазор между обмотками ротора и статора оказывается переменным по окружности и каждая точка проводника ротора, спроектированная на плоскость, перпендикулярную оси вращения, движется не по окружности, а по эллипсу. Ре все из указанных факторов 2 о оказывают заметное влияние на величинупогрешности, поэтому при расчетах погрешностей учитывают только переменный угловой сдвиг между проводниками и переменный зазор между обмотками.25При этих условиях соотношения (2) нарушаются, так как для различных проводников величины М, и срстановятся различными. М , = - М сов РрМ в = М , = М з 1 п Р у,Мт,е=, - М езМчз= Мроз РуМ 53= Мфзп 19й 3 Расчет коэффициента взаимоиндукции 30любого проводника ротора 2 и соответствующей обмотки статора 1 производят по положению точки этого проводника, расположенной на окружности, имеющей радиус, равный среднему радиусу активной части проводников обмотки, и проведенной из геометрического центра обмоток статора 1 или ротора 2 или из центра вращения ротора 2.В нашем случае проводники обмоток ротора 2 несколько длиннее. Расчеты показывают, что оценка макси мальных величин переменной и постояннойсоставляющих погрешности предлагаемого датчика для всех практических случаев может производиться по формулам 45 Сравнение полученных результатов показывает, что погрешность предлагаемого датчика как постоянная, так и переменная, вызываемая эксцентриситетом и перекосами, в 1,3 Х раз меньше, чем погрешность прототипа. Увеличивая число Х секций, на которые разделяются обмотки ротора, эту по грешность можно снизить до любой заданной величины.Погрешность уменьшается, когда количество пар полюсов обмоток первой и второй где Р 4 и Р --- число пар полюЪ Тсов обмоток соответственно первой и второйгрупп. Предположим, что датчик работает в фазовом режиме. При этом обмотки 6 и 7 статора запитывают синусоидальными токами амплитудной 1,и фазовым сдвигом в 90.Под действием этих токов в каждой из секций обмоток 8 и 9 наводятся соответственно ЭДС Ев= - (Мед - + М - ) д 1 ь ф 1 сйсй Ее= - (М в,+ Мт,ю)По каждой из секций обмоток 4 и 5 протекают соответственно токи 1= -ф и 15= -ф,Г Е.Р Ргдер - суммарное сопротивление секцииобмотки 8 или 9, секции обмотки 4 или 5и соединяющих их проводов. Эти токи, всвою очередь, наводят ЭДС в обмотке 3статора 1е =-й(М з +М )=3 Ч5 ЗН В ьЬмЬ Е-(Р+Р,ИЗ,где Х - количество секций обмоток 4, 5, 8, 9,у - суммарное сопротивление секций обмотки 8 или 9.Таким образом, на выходе датчика получают синусоидальный сигнал со строго линейной зависимостью его фазы от углаповорота ротора. Измеряя величину . этойфазы относительно опорного сигнала (з 1 п вт).получают точные данные об угле поворотаротора.Посмотрим теперь, что происходит, когдаобмотки ротора и статора установлены сперекосом. На фиг. 4 представлена схемарасположения обмоток с эксцентриситетом.Сплошными линиями обозначены проводники обмоток ротора 2, пунктирными линиями - проводники обмоток статора.На фиг. 4 ф- - угол между двумя имеющими один и тот же порядковый номерпроводниками соседних секций обмоток одЯ 6 ( +ЬЮ = -р( Е бз+ Еавд817893 Формула изобретения 9 групп, средние радиусы обмоток этих групп выбираются из условийР РР ЪР илы --р,Выполнение каждой из обмоток ротора в виде не связанных между собой одинаковых секций, равномерно распределенных по окружности ротора, и параллельное подключение диаметрально противоположных секций обмоток каждой из групп позволяют повысить точность датчика при радиальных торцовых переносах обмоток статора и ротора. Датчик перемещений, содержащий дисковые статор и ротор с печатными обмотками выполненными в виде периодического зигзага и объединенными в две группы с разными периодами в каждой из групп, группы обмоток смещены друг относительно друга в радиальном направлении, первая из групп состоит из двух смещенных относительнодруг друга на 1/4 периода обмоток статораи размещенных напротив них обмоток ротора,а вторая группа - из расположенных напротив друг друга обмоток на статоре ироторе, обмотки ротора второй группы подключены параллельно обмоткам ротора первой группы, отличающийся тем, что, с цельюуменьшения погрешности, возникающей прирадиальных и торцовых переносах обмотокротора и статора, обмотки ротора выполнены10 в виде одинаковых секций, равномерно распределенных по окружности ротора, приэтом параллельно включены каждая параиз диаметрально расположенных секцийобмоток первой и второй группы.15 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США2799835, кл. 336-123,1957.2. Авторское свидетельство СССР по заявке2466881/24-07, кл. Н 02 К 24/00,го б 08 С 9/04 1977митета открыт кая набул. П ректор Г. НазароваписноеСР