Магнитный преобразователь углового положения вала в код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалис тически кРеспублик л 11765848С 08 С 9/04 Государственный комитет по делам изобретений и открытий(54) МАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА В КОД 2 сит от допусков на геоме размеры элементов сердеч пуска на число витков об довательно, при уменьшен сердечника допуски стано ком жесткими и конструкц ния нетехнологичной, и о головках считывания конс элементов для регулировк помехи после намотки се процессе сборки головки лировки полезного сигнал трические ника и домоток, слеии размеров вятся слишия считыватсутствие втруктивных и сигнала дечника в для регуа с головч н Изобретение относится к областидистанционной передачи сигналов, вастности,к устройствам преобразоваия углового положения вала в код.Изобретение может быть использовано в электромеханических устройствахцифровых систем автоматического управления и для преобразования информации из аналоговой формы в цифрОвую и наоборот.Известен преобразователь, содержащий кодовый барабан, набранный изразрядных дисков, и головки считывания типа индуктивного датчика с ферромагнитными (ферритовыми) сердечниками, расположенные с зазорами поотношению к кодовому барабану (11,Головки считывания выполнены в видеиндуктивных дифференциальных датчиков и позволяют получить более высокое значение отношения величин сигнал /помеха при прочих равных условиях, в том числе при изменении температуры окружающей среды в значительных пределах.,Недостатками указанного преобразователя являются относительно большие габариты головок считываниявследствие того, что точность балансировки "помехи" в головке завиИзвестен также многоотсчетныйпреобразователь углового положениявала в код, содержащий кодовые барабаны точного и грубого отсчета, собранные из разрядных дисков, выполненные из немагнитного материала с 20 ферромагнитными вставками кодовыебарабаны установлены в корпусах,один из которых снабжен установочным фланцем, магнитные головки считывания, установленные на корпусах с 25 зазором относительно кодовых барабанов, редуктор, соединяющий кодовый барабан грубого отсчета с кодовым барабаном точного отсчета 2.Недостатком известного многоот счетного преобразователя являетсянизкая чувствительность, обусловленная тем, что вставки из ферромагнитного материала выполнены из кусковподковообразно изогнутой ленты изстали пермаллой, и укреплены в дисках на клее или впрессованы так,что на внешней цилиндрической поверхности каждого диска образованаупомянутая кодовая шкала, состоящаяиз чередующихся ферромагнитных элементов-вставок и немагнитных элементов-участков цилиндрической поверхности диска в промежутках междувставками; при этом число пазов в двараза превышает число ферромагнитныхэлементов шкалы. Такая конструкциявынуждает изготавливать диски младших разрядов большими по диаметрудисков старших разрядов (с цельюуменьшения инерционности ротора засчет уменьшения массы дисков старших разрядов). Вставки выступают щнад цилиндрической поверхностью обода диска в радиальном направлениина величину, равную или несколькопревышающую толщину исходной ферромагнитной ленты вставок, и в совокупности образуют на ободе диска зубчатый венец, смещенный вдоль образующей цилиндрической поверхности всторону одного из торцов диска, таккак пазы в дисках выполнены неполными по его ширине (не сквозными) 30Наличие выступающих за цилиндрическую поверхность частей вставок, образующих на ободе диска зубчатыйвенец при вращении диска вокруг своей оси, создает дополнительное сопротивление его вращению, что, в своюочередь, дополнительно снижает чувствительность преобразователя, Наличие дисковых шкал на роторах увеличивает их инерционность, а следова Отельно, понижает чувствительность устройства, Диски кодового барабанавыполнены из легкого сплава, например алюминиевого, однако алюминиевыесплавы в большей степени изменяютлинейные размеры при изменении температуры, чем специальные стали (сплавы с более высокой плотностью),из которых изготовлены ферромагнитныевставки, например пермаллой, Поэтому при воздействии внешних температурных факторов в кодовых барабанахизвестного преобразователя возникают деформации, что отрицательно влияет на чувствительность и надежностьпреобразователя. 55Головки считывания преобразователя выполнены выполнены по типу катушек с подковообразным сердечником из ферромагнитного материала и включены в мостовую схему, вследствие чего 60 изменение температуры окружающей среды резко влияет на изменение баланса моста, реагирующего на значение "цифры" в данном разряде, что допускает нормальное функционирование пре образователя в узком интервале рабочих температур (0-4 У), Кроме того, головки считывания установлены в корпуса секций преобразователя без возможности регулировки зазора междуполюсами сердечников головок считывания и кодовой шкалой ротора, так как зазор между головками и ферромагнитными элементами изменяется от одного элемента к другому при вращении ротора из-за набега допусков.Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности преобразователя.Это достигается тем, что в магнитный преобразователь углового положения вала в код, содержащий кодовые барабаны точного и грубого отсчета, собранные из разрядных дисков, выполненные из немагнитного материала с ферромагнитными вставками кодовые барабаны установлены в корпусах,один из которых снабжен установочнымфланцем, магнитные головки считыванияустановленные на корпусах, с зазоромотносительно кодовых барабанов, редуктор, соединяющий кодовый барабангрубого отсчета с кодовым барабаномточного отсчета, введены устройстворегулировки полезного сигнала иустройство регулировки сигнала помехи, ферромагнитные вставки выполнены из компаунда с ферритовым наполнителем, у которого плотность и температурный коэффициент линейногорасширения равен соответственноплотности и температурному коэффициенту линейного расширения материала дисков, головки считываниявыполнены в виде дифференциальногоиндуктивного датчика с Н-образнымсердечником и снабжены устройствомрегулировки полезного сигнала, которое выполнено в виде набора прокладок, пакеты которых установлены между головками считывания и корпусами кодовых барабанов, и устройствомрегулировки сигнала помехи, выполненным в виде набора компенсационных ферромагнитных и немагнитныхшайб, установленных по торцам головок считывания против полюсов сердечников и укрепленных на головкахсчитывания, а также тем, что на валу внешнего разрядного диска кодового барабана точного отсчета и накорпусе кодового барабана точногоотсчета выполнены отметки, а в корпусе кодового барабана грубого отсчета выполнено окно, в котором укреплен прозрачный указатель с отметкой,На фиг. 1 изображен преобразователь углового положения вала в код,общий вид; на фиг, 2 - вид по стрелке А на фиг, 1 на диск старшего разряда кодового барабана; на фиг. 3вид по стрелке Б на фиг. 1 на торецустановочного фланца корпуса секцииточного отсчета; на фиг. 4 - кинематическая схема преобразователя;на фиг. 5 - сборка ведущей шестерниредуктора с валом кодового барабанаточного отсчета; на фиг. 6 - установка головка считывания на корпусес набором прокладок для регулировкизазора между головкой и кодовым барабаном; на фиг. 7 - головка считывания в разрезе, общий вид; на фиг,8 вид по стрелке В на фиг. 7; на фиг,9 схема выполнения обмоток на ферритовом сердечнике головки считывания,направления и взаимодействия магнитных потоков в головке при совмещении полюсов сердечника с ферромагнитным элементом кодового барабана,Предлагаемый многоотсчетный преобразователь углового положения вала в код содержит кожух 1, внутри которого имеется секция 2 точного и секция 3 грубого отсчетов и соединяющий их малогабаритный редуктор 4 (фиг. "-, 4) . Каждая из секций содержит вал 5 (6) и корпус 7 (8). Валы являются носителем кодовых барабанов, которые набраны из отдельных разрядных дисков 9 и 10 и укреплены на валу. Валы установлены в корпусах на шарикоподшипниках 11 имеют минимальное допустимое осевое смещение, которое выбирается регулировочной шайбой 12, которая расположена под крышкой 13. Валы 5 и 6 секций точного и грубого отсчетов содержат идентичный набор разрядных дисков 10, Вал 5 кодового барабана 14 точного отсчета с одной стороны имеет выход, посредством которого преобразователь соединяется с управляющим валом объекта, а с другой стороны на нем укреплена посредством клеевого соединения 15 шестерня 16, закаленная до твердости 55-60 ед.по Роквеллу с помощью которой вал 5 сопрягается с редуктором 4, Крышка 17 укреплена на корпусе 7. Крышка 18 имеет кольцевую заточку, служащую для посадки корпуса 8, и образует с корпусом 7 полость редуктора 4 (фиг. 1) , Для повышения точности передачи редуктор 4 содержит люфтовыборные колеса 19, Зубчатый венец корпуса 8 находится в зацеплении с шестерней 20. Вращением шестерни 20 достигается плавная и точная компенсация технологических погрешностей относительно углового положения секций 2 и 3 отсчета. Установка начального относительного положения секций 2 и 3 выполнена с помощью шестерни до совмещения риски нулевого положения вала 6 секции 2 грубого отсчета с индексом 21 и риски 22, нанесенной на торец выхода вала секции точного отсчета, с риской 22 на корпусе той же сек 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 ции (см. фиг, 3). После юстировки корпус фиксирован прижимами 23 и 24. Головки считывания 25 укреплены в корпусах 7 и 8 секции 1 точного и секции 2 грубого отсчетов по схеме У-кода. Набор прокладок 26 между головками считывания 25 и корпусами 7, 8 служит для установки рабочего зазора, необходимого для исключения заедания вала при работе в условиях значительного изменения температуры окружающей среды и повышенной влажности и достаточного для получения амплитуды полезного сигнала с головки считывания 25 в пределах допустимых отклонений, Головка считывания 25 представляет собой дифференциальныи индуктивный датчик, состоящий из корпуса 27 (см. фиг.7) и укрепленного в нем Н-образного ферритового сердечника 28, Одним торцом сердечник вставлен в паз корпуса 27 и доработан заподлицо с плоскостью "Т", На другой торец сердечника 28 надета прижимная шайба 29. На Н-образный сердечник 28 намотана, как показано на фиг. 9, первичная обмотка 30, концы которой распаяны на плату, и вторичная обмотка 31, концы которой распаяны на плату, Первичная обмотка 30 расположена на боковых симметричных элементах сердечника в виде четырех одинаковых секций. Секции намотаны таким образом, что магнитные потоки Фл и Ф -, (см. фиг. 9) , возникающие в верхней и нижней половинах сердечника 28, вычитаются в перемычке. Вторичная (выходная) обмотка 31 располо - жена на перемычке сердечника 28Головка считывания 25 устанавливается в корпусе 7, 8 секции 2, 3 таким образом, что нижняя часть сердечника 28 расположена над кодовым барабаном 14, содержащим на цилиндрической поверхности ферромагнитные элементы 32 и немагнитные элементы, с зазором порядка 0,07 мм. Для повышения чувствительности головки предусмотрена дискретная регулировка амплитуды сигнала/помехи в сторону ее уменьшения путем установки компенсационных шайб 33 из немагчитных и ферромагнитных материалов, из которых те или иные крепятся с помощью клея по торцам головок против полюсов сердечника со стороны выхода обмоток. Преобразователь снаружи закрыт защитным кожухом 1, имеющим окно для выхо да выводов монтажной платы. Благодаря наличию круглого установочного фланца и соосно расположенных валов 5, 6 корпусов 8 и редуктора 4 преобразователь крепится на объекте сухарями и имеет возможность разворачиваться на определенный угол для юстировки с элементами объекта,Преобразователь работает следующим образом.50 1. Магнитный преобразователь Углового положения вала в код, содержаПри совмещении поверхности ферромагнитного элемента 32 (Фиг. 2, 9) с Н-образным сердечником 28 головки считывания 25 во время вращения валов 5 и 6 происходит замыкание магнитопровода, в результате чего во вторичной обмотке 31 наводится электродвижущая сила, пропорциональная результирующему потоку Ф 4=: Ф - Ф которая снимается с обмотки в виде напряжения соответствующего "1" соответствующего разряда в двоичном коде. При прохождении под головкой считывания участка из немагнитного материала (фиг. 2) напряжение во вторичной обмотке отсутствует или имеет место некоторое остаточное напряжение "помехи" отрицательной полярности, что соответствует "0" в связи с тем, что магнитные потоки Ф и Ф незначительно отличаются.Предлагаемый преобразователь позволяет уменьшить габариты и массу валов, повысить чувствительность преобразователя на изменение скорости вращения управляющего вала приборных систем вследствие уменьшения момента инерции ротора по сравнению с прототипом; позволяет нормально функционировать системам при отработке данных с угловым ускорением более 0,5 рад/с (на валу секции грубого отсчета); уменьшить сложность конструкции и ее изготовления. т,е, повысить технологичность кодовых шкал разрядных дисков преобразователя; повысить надежность кодового барабана при работе преобразователя в режиме повышенных скоростей вращения ротора при значительных изменениях температуры окружающей среды, воздействии вибрационных и ударных нагрузок, повышает надежность работы при изменяющейся температуре окружающей среды, позволяет упростить размещение преобразователя в современных малогабаритных устройствах и обеспечить юстировку его на объекте. Все это дает возможность использовать преобразователь в сложных условиях эксплуатации в пределах ресурса системы, в которой он установленФормула изобретения 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ший кодовые барабаны точного и грубого отсчета, собранные из разряг,"дисков, выполненные из немагнитного материала с ферромагнитнымивставками кодовые барабаны уста-:овлены в корпусах, один из которыхснабжен установс:ным фланцем, магнитные головки считывания, установленные на корпусах, с зазором относительно кодовых барабанов, редуктор, соединяющий кодовый барабан грубого отсчета с кодовым барабаном точного отсчета, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности преобразователя, в него введены устройстворегулировки сигнала помехи, ферромагнитные вставки выполнены из компаунда с ферритовым наполнителем, укоторого плотность и температурныйкоэффициент линейного расширенияравен соответственно плотности итемпературному коэффициенту линейного расширения материала дисков,головки считывания выполнены ввиде дифференциального индуктивногодатчика с Н-образным сердечником иснабжены устройством регулировкиполезного сигнала, которое выполнено в виде набора прокладок, пакеты которых установлены между головками считывания и корпусами кодовыхбарабанов и устройством ;.егулировки сигнала помехи, выполненным в виденабора компенсационных ферромагнитных и немагнитнь;х шайб, установленных на торцах головок считыванияпротив полюсов сердечников и укрепленных на головках считывания.2, Преобразователь по и. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтона валу внешнего разрядного дискакодового барабана точного отсчетаи на корпусе кодового барабана точного отсчета выполнены отметки,а в корпусе кодового барабана грубого отсчета выполнено окно, в которомукреплен прозрачный указатель сотметкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Филиппов В,Г, Цифраторы перемещений. Изд, МО СССР, М. 1965, с.982. Научно-техническая информация по приборостроению, Р 3 (11) Техническая информация Р 15, Судпром гиз, Л., 1959, с. 49-51 (прототип)765848 Вид В ф.г Составитель А. СидоренкоРедактор О. Стенина Техред Е.Гаврилешко Корректор О. Ковинска Тираж ное ПИ Государстве делам изобре 5 Москва, Ж/5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4аказ 6514/47ВНИИ11303 682 Подписнного комитета СССРтений и открытий35 Раушская наб. д.