Трансформаторный датчик угловых перемещений

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 11974110 1) Дополнительное к авт. 42(22) Заявлено 2605,81 511 М. К 93823/25-2 01В 7/30 01 О 5/20 присоединен аявк сударственный комите СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликован 182, Бюллетень Мо 4 53 УДК 621,317 .39:531,71 (088.8) Дата опубликования описания 151 72) Авторыизобретения(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВЕГ ПЕРЕМЕЦЕНИЙО ны 1 Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в машиностроении для контроля положения рабочего органа металлорежущих станков, например фрезерных, строгальных и т,п.Известен трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижные первичную и вторичную обмотки и размещенный между ними металлический диск, профиль которого оформлен по одной или двум симметрично замкнутым спиралям Архимеда. При вращении диска во вторичной обмотке наводится линейно модулированный по амлитуде аналоговый сигнал переменного тока, несущий информацию об угловом положении нала или о количестве его оборотов 1 .Однако у датчика недостаточная чувствительность и ограниченная мощность выходного сигнала, обусловленная тем, что датчик не имеет ферромагнитного магнитопровода. 25Более близким техническим решением к данному изобретению является трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижный Ф- образный магнитопронод с тремя полюс- ЗО ными наконечниками, торцы которых обращены к воздушному зазору между никя, установленный в этом зазоре кольцевой ферромагнитный якорь с осью симметрии, расположенной под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода, и поперечным сечением в зоне воздушного зазора не менее чем в дна раза меньшим по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода, и размещенные наполюсных наконечниках первичную и две встречно соединенные вторичные обмотки 12).Чувствительность этого датчика недостаточна, вследствие ограниче ной площади Ферромагнитного якоря в зоне воздушного зазора.Цель изобретения - повышение чувствительности датчика.для достижения поставленной цели в трансформаторном датчике угловых перемещений кольценой якорь снабжен размещенными на его противолежащих поверхностях двумя парами аналогично выполненных, но расположенных взаимно противоположно полюсных наконечников, каждый иэ которых н полнен в виде замкнутого контура образованного отрезками одинаковых, 97411010 20 30 35 40 50 55 обращенных одна к другой спирали Архимеда соответствующего размера,полюсные наконечники в каждой пареобращены один к другому взаимнопротивоположными участками спиралей,причем один иэ них размещен внутри другого, а каждая пара полюсных наконечников охватывает боковые полюсные наконечники неподвижного магнитопровода с противоположных сторон,Кроме того, трансформаторный датчик угловых перемещений может, быть снабжен вторым, выполненным идентично первому, неподвижным магнитопроводом и размещенными на его полюсных наконечниках вторыми первичнойи встречно соединенными вторичнымиобмотками, оба магнитопровода установлены в одной плоскости, симметрично относительно оси вращения якоря, и примыкают один к другому своими сплошными торцами.На фиг, 1 представлен датчик, общий вид, продольный разрез, на фиг,2- разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг, 1; на фиг, 4 вариант выполнения датчика с двумя неподвикными магнитопроводами.Трансформаторный датчик угловых перемещений содержит неподвижный ф-образный магнитопровод 1 с тремя полюсными наконечниками 2- 4, обращенными торцами к воздушному зазору между ними, На среднем полюсном наконечнике размещена первичная обмотка 5, а на боковых - вторичные обмотки б и 7. В воздушном зазоре магнитопровода 1 размещена ферромагнитный кольцевой якорь 8 с немагнитным основанием 9 и полюсными наконечниками 10-13, Якорь 8 жестко установлен на оси 14, вращающейся или поворачивающейся в подшипниках 15 и 16,и имеет ось симметрии, расположенную под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода, Площадь поперечного сечения якоря в зоне воздушного 45зазора не менее, чем в два раза меньше по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвикного магнитопровода, Пары полюсных наконечников 10-11 и 12-13 якоря 8 выполнены в виде замкнутых контуров (Фиг. 2 и 3), образованных отрезками одинаковых, обращенных одна к другой спиралей Архимеда соответствующего размера, Пары полюсныхнаконечников 10-11 и 12-13, расположенные на противолежащих поверхностях якоря 8, повернуты одна относительно другой на 180 о, т,е. размеще-,ны взаимно противоположно, Полюсныенаконечники в каждой паре, например 60 10-1 1, также обращены .один к другомувзаимно противоположными участкамиспиралей Архимеда, причем один иэних размещен внутри другого, и охватывают боковые нолюсные наконечники 2 и 3 неподвикного магнитопровода с противоположных сторон. В варианте выполнения датчика он снабженвторым неподвижным магнитопроводом 17,выполненным идентично первому, иобмотками 18-20, размещенными на неманалоГично обмотками 5-7. Ферромагнит.ная часть кольцевого якоря 8 симметрично расположена в зазорах магнитопроводов 1 и 17, установленных в одной плоскости и примыкающих один кдругому своими сплошными торцами.Трансформаторный датчик угловыхперемещений работает следующим образом,На первичную обмотку 5 датчикаподается напряжение переменного токапромышленной или повышенной частоты.Магнитные потоки Ф и Ф, созданныеэтой обмоткой, замыкаются через полюсные наконечники 2-4 магнитопроэода 1, кольцевой якорь 8 и его полюсные наконечники 10-13, а также воздушный зазор между ними. Благодарятому, что кольцевой участок якоря 8имеет площадь поперечного сеченияв области воздушного зазора уменьшенную вдвое и смещенную относительно оси неподвижного магнитопровода 1,происходит возвратно-поступательноеперемещение этого участка между боковыми полюсными наконечниками 2 и 3и средним полюсным наконечником 4,При повороте якоря 8 в ту или другую сторону от начального положения(Фиг.1) величина участков зазора(например, Д, д, и д ) с однойстороны якор 8 уменьшается, а сдругой стороны якоря ( Д Д и д )увеличивается. Соответственно, поток ф увеличивается, а поток Ф. -уменьшается, вследствие чего и ЭДС,наведенная в одной вторичной обмотке 7, увеличивается, а ЭДС, наведенная в другой вторичной обмотке б,уменьшается, благодаря чему на выходе датчика появляется разностныйсигнал, При угле поворота якоря,равном 180 , ЭДС в одной иэ обмотокдостигает максимума, а в другой обмотке - минимума, В результате, выходной ( раэностныйсигнал датчикабудет максимальным. При поворотеякоря 8 на угол, превышающий 180Фаза этого сигнала изменяется напротивоположную,При вращении якоря происходитпоочередное перераспределение магнитных потоков между полюсными наконечниками 2-4 неподвижного магнитопровода 1 и кольцом якоря 8 с однойстороны, а также между указаннымиполюсными наконечникаминеподвижногомагнитопровода и замкнутыми полюсными наконечниками 10-13 якоря - сдругой стороны, В результате на выходных зажимах датчика появляетсянапряжение, изменяющееся примерноТаким образом, благодаря указанному изменению конструкции якорятрансформаторного датчика обеспечивается более интенсивное увеличениеего выходного сигнала при одном итом же угле поворота якоря, т,е,обеспечивается увеличение его чувствительности,20 формула изобретения 1. Трансформаторный датчик угловых перемещений, содержащий неподвижный Ф-образный магнитопровод с тремя полюсными наконечниками,торцыкоторых обращены к воздушному зазору между ними, установленный в этом зазоре З 5 кольцевой ферромагнитный якорь с осью симметрии, расположенной под углом к оси симметрии неподвижного магнитопровода, и поперечным сечением в зоне воздушного зазора не менее, 40 чем в два раза меньшим по площади по синусоидальному закону с периодом, равным одному обороту якоря.фаза этого напряжения зависит отнаправления вращения,а амплитудахарактеризует осуществленное объек.том угловое перемещение,5При непрерывном вращении якоря 8под действием перемещающегося объекта выходная ЭДС пропорциональна егоскорости вращения, т,е. датчик можетработать и как датчик скорости вращения,В варианте исполнения датчика пофкг. 4 обеспечивается двукратноеувеличение выходного сигнала датчика по сравнию с другим варкантол 15по фиг. 1 практически без увеличенияего габаритов,поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода, к размещенные на полюсныхнаконечниках первичную к две встречно соединенные вторичные обмотки,отличающийся тем, что,с целью повышения чувствительности,кольцевой якорь снабжен размещеннымина его противолежащих поверхностяхдвумя парами аналогично выполненных,но расположенных взаимно противоположно полюсных наконечников, каждыйкэ которых выполнен в виде замкнутого контура, образованного отрезкамиодинаковых, обращенных одна к другойспиралей Архимеда соответствующегоразмера, полюсные наконечники в каждой паре обращены один к другомувзаимно протквоположнымк участкамиспиралей, причем одкн иэ них разлешек внутри другого,к каждая параполюсных наконечников охватывает боковые полюсные наконечккки неподвижного магнктопровода с противоположных сторон.2, Датчкк по и, 1 о т л к ч а ющ и й с я тем, что он снабжен вторым,выполненным идентично первому, неподвижным магнктопроводом и размещеннымина его полюсных наконечниках вторымипервичной к встречно соединеннымивторичными обмотками, оба магнитопровода установлены в одной плоскости, симметрично относительно осквращения якоря и примыкают один кдругому своими сплошнымк торцами,Пс Очнкки кнйор 1 лацккпринятые во внимание прк экспертизе1, Патент США Р 4025934,кл. С 01 Р 3/46, 1977,2. Авторское свидетельство СССРР 473052, кл, С 01 0 5/20, 1973тор лиал ГПП "Патент", г,ужгород, ул,Проектная, 4 17 20 каз 8675/54 Тираж б 14 ВНИИ 11 И Государственно по Делам изобретени 113035, Москва, Ж, Подписноекомитета СССРоткрытийушская наб д, 4