Датчик перемещений индуктокор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сова Советскик Социалистически к(51)М. Кл З С 08 С 9/04 с присоединением заявки йф Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий ф(23) Приоритет Опубликовано 300381 Бюллетеиь Й 912Дата опубликования описания ЗОЯ 381(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ - ИНДУКТОКОР Изобретение относится к приборостроению и электротехнике и может быть использовано в устройствах измерения перемещений подвижных узлов станков, измерительных машин и приборов.В современном машиностроении и ,приборостроении для определения точного взаимного положения перемещаемых узлов станков, машин или приборов широко используются датчики с печатными обмотками, получившее название "индуктосин" 11.Недостатки данных датчиков состоят в малой надежности и сложности 15 съема выходного сигнала с ротора из-за необходимости применения контактного токосъема.Наиболее близким к предлагаемому является датчик перемещения, содер жащий неподвижный и подвижный элементы с плоскими противолежащими поверхностями, снабженными печатными обмотками с равномерным шагом Т, на неподвижном элементе расположены две 25 секционированные обмотки, сдвинутые одна относительно другой на угол, кратный 1/4 Т, а обмотка подвижного элемента образована из радиально ,расположенных проводников. Съем 30 сигналаротора осуществляется с помощью кольцевого воздушного транс" форматора 21.Однако использование кольцевого трансформатора для съема сигнала уменьшает точность и надежность устройства. Точность данного датчика невелика также из-за наличия высших гармоник в кривой поля, из-эа контурных токов в обмотках, а также из-за емкостной связи между обмотками различных элементов датчика.Цель изобретения - повышение на"цежности и точности,цатчика.Для реализации поставленной цели неподвижный элемент снабжен дополнительной обмоткой с шагом Т, смещенной радиальной относительно основных обмоток я расположенной напротив обмот" ки подвижного элемента, которая выполнена короткозамкнутой.Дополнительная обмотка неподвижного элемента выполнена несекционированной, состоящей из последовательно соединенных радиальных проводников, которые сдвинуты на 1/4 Т относительно проводников основных обмоток, а проводники обмотки подвижного элемента соединены между собой параллельно с помощью короткозамыкаю"Фкх шин, расположенных по торцам указаннойобмотки.Неподвижный элемент снабжен второй дополнительной обмоткой с шагомТ, первая и вторая дополнительныеобмотки неподвижного элемента выполне-ны секционированными и смещены отно-,.сительно основных обмоток, а проводники обмотки подвижного элемента соединены последовательно.Подвижный элемент снабжен второйдополнительной короткозамкнутой об- Омоткой, аналогичной первой и смещенной относительно нее ко радиусу, указанные обмотки выполнены секционированными из последовательно соединенных проводников первой и второй обмоток, число секций обмоток подвижного элемента в К раз меньше числасекций основных обмоток неподвижногоэлемента (где К - целое четное число), дополнительные обмотки подвиж- З)ного элемента в зоне, расположеннойнапротив дополнительной обмотки неподвижного элемента, смещены междусобой на величину ТТ(п :),где п - целое число, а в зоне,расположенной напротив основных обмоток, эти секции смещены на Т щ(п 1 х 1 1), а дополнительнаяобмотка неподвижного элемента выполнена несекционированной.На фиг. 1 изображен предлагаемый Зодатчик, первый вариант выполнения;а фиг. 2 " схема расположения егообмоток; на фкг, 3 - датчик, второйвариант выполнения; на фиг. 4 - схема соединения его обмоток; на фкг.5 - З 5датчик, третий вариант выполнения;на фкг. б - схема расположения егообмоток.Датчик содержит подвижный элемент(ротор) 1 к неподвижный элемент (ста ртор) 2. Этк элементы выполнены ввиде дисков, на плоской поверхностикоторых укреплены печатные обмотки.Короткозаавкутая обмотка 3 ротора,которая состоит из печатных проводников, расположенных перпендикулярноперемещение ко радиусу ротора, сравкомераае шагом Т расположена между двумя соседними проводниками.Проводники соединены между собойпараллельно с помощью двух коль 0цевых печатных шин 4 и 5.На статоре 2 расположены две сек.ционированные печатные обмотки б и 7, .состоящие из радиальных проводников, соеднненных последовательно печатными перемычками. Секции различ" ных обмоток между. собой чередуются, причем секции одной к той же обмотки соединены между собой последовательно с помощью проводного монта жа, проходящего по тыльной стороне элемента. Шаг расположения проводников внутри секций равен Т, в то время как секции разноименных обмоток смещены между собой на величину, равную 65(п + т)Т, где и - целое число, которое равно илк на 1-2 единицы больше числа проводников в одной секции. Число и так же, как и приводимые ниже числа и и п, выбирается таким образом, чтобы секции различных обмоток располагались рядом, но не перекрывали друг друга. Это число обычно колеблется в пределах 2и ( 40.дОбмотки б и 7 имеют выводы 8 и 9. Третья дополнительная обмотка 10 статора состоит из последовательно соединенных радиальных проводников, которые расположены на радиальных прямых, проходящих посередине между двумя соседними проводниками обмото 1 б и 7. Обмотка 10 имеет вывбды 11. В датчике сделаны также крепежные отверстия .12 статора и ротора.Статор 2 крепится на неподвижной части поворотного устройства, например станине поворотного стола, а ротор 1 - на подвижной его части. таким образом, что ось вращения стола совпадает с осями вращения элементов 1 и 2, причем печатные обмотки различных элементов располагаются непосредственно друг против друга с зазором между ними, который в зависимости от размеров датчика выбирается равным 0,05-0,5 мм.В целях простоты иллюстрации (фиг. 2) кольцевые обмотки 3 ротора б, 7 и 10 статора развернуты в линейные, печатные проводники изображены в виде линий, проведенных по их осям.В датчике имеются проводники 13- 20 обмотки 3, соединительные шины 4 и 5, печатные соединительные перемычки 21 между проводниками, проводные соединения 22 между секциями обмоток, Направление перемещения обмотки 3 показано буквой х. Стрелками обозначено направление тока в обмотках, принятое за положительное.Короткозамкнутая обмотка 23 ротора второго варианта датчика (фиг. 3) состоит из радиальных печатных проводников, соединенных в отличие от первого варианта последовательно с равномерным шагом Т между двумя соседними проводниками. Шаг расположения проводников внутри секции равен Т, в то время как секции различных обмоток смещены между собой на величину (и +РТ, где и - целое число, равноеФили несколько больше числа проводников в одной секции.На статоре 2 в.отличие от первого варианта расположены две дополнительные обмотки 24 и 25 с выводами 26 и 27, которые также выполнены секционированнымк с чередованием секций различных обмоток и последовательным соединением секцйй одной и той же обмотки с помощью проводного монтажа. Шаг расположения проводников внутри секций также равен Т, а секции раз, Сложив полученный сигнал с Е по%6 ф 5 лучают выходную ЭДС датчика, обусловленную первой гармоникой поляЕ, = -ф - М И,510 (ОЛ + в -),йд2 ЮхУказанный поворот фазы сигнала одной о из секционированных обмоток и суммирование с сигналом другой обмоткиприменяется в индуктосине.при егоработе в фазовом режиме и питании состороны обмотки шкалы. формула изобретения 5 О 1. Датчик перемещения - индуктокор, содержащий неподвижный и подвижный элементы с плоскими противолежащими поверхностями, снабженными печатными обмотками с равномерным шагом Т, на неподвижном элементе расположены две секционированные обмотки, сдвинутые одна относительно другой на угол, кратный 1/4 Т, а обмотка подвижного элемента образована из радиально расположенных проводников, ЬО о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с. целью повышения надежности и точности, неподвижньФ элемент снабжен дополнительной обмоткой с шагом Т, смещенной радиально относительно основных обмоток и расположенной напрогде й " количество проводников обмотки. 3,Для высших гармоник поля ЭДС выводится аналогично, общая ЭДС, наводимая в обмотке 10, представляется в виде;ьью. где Ищ - амплитуда е-ой гармоники поля, которая согласно (Й равна: Ия,в-ф е т (4) ЭДС для индуктосина с учетом высших гармоник поля представляется формулой, аналогичной (1), однако ИФ Входит в нее в первой степени. В5 Вндуктосине отношение амплитуд составляющих ЭДС; обусловленных высюимн гармониками поля, равно: Е е- ( -Ми тогда как в предлагаемом датчике согласно (3) эр отношение равно: Е е-ф И(т-,1)(6)Исходя из формул (5) и (6), в. датчике:высщие гармоники поля ослабляются значительно интенсивнее чем в индуктосине, и для их подавления Яе требуется применения специальных мер. 30Известно, что в Фазовых датчиках при измерении Фазы сигнала вторичным преобразователем (фазометром) возникает некоторая погрешность. Очевидно, что при одной и той же относительной погрешности измерения абсолютная погрешность тем меньше, чем меньше йериод измерения Фазы датчика. Учитывая формулу (2) при одном и том же шаге Т обмотки шкалы период изме-. нения фазы сигнала датчика в 2 раза 40 меньше, чем индуктосина, что приводит к уменьшению погрешности измерения фазы во вторичном преобразователе.В первом варианте датчика меньше 45 погрешностей, обусловленных контурными токами и емкостной составляющей поля, чем в индуктосине. Это объясняется тем, что контурные токи и токи от емкостной составляющей поля замыкаются накоротко в кольцевых шинах 4 и 5 обмотки шкалы.Для второго варианта датчика по аналогии с первым суммарная ЭДС, наводимая в обмотке 24 током Э, определяется Е 4 ф- - -2 М И,со 5- с 0501 + в ) (7) й 3 .а.й КхАналогично находится ЭДС, наводимая током Зь в обмотке 25 Ещ.7=Ы И,ь,1 и -у- соз(ц)й + - ) (8)йЗгл. йа . Кх Юх Для получения необходимого сигнала поворачивают один из сигналов (7) и(В) .на +90 О и затем слагают получеиную ЭДС с той, которая остается Полученный сигнал Е аналогичен сигналу для первого варианта датчика. Аналогичны также преимущества датчика перед индуктосином по составу высших пространственных гармОник и по точности измерения фазы сигнала вторичным преобразователем.ЭДС на выходе третьего варианта датчикай 3 аа ИхЕ 8 ы= - - щ Иъз и (шс + . )Таким образом, сигнал на выходе третьего варианта датчика аналогичен сигналам для первого и второго вариантов датчика. Аналогичны также преимущества третьего варианта по сравнению с индуктосином по составу высших пространственных гармоник и по точности измерения Фазы вторичным преобразователем.В предлагаемом датчике съем сигнала осуществляется проще, чем в индуктосине, так как входные и выходные обмотки датчика расположены на неподвижном элементе, статоре, а в подвижном элементе, роторе токоподвод отсутствует, что снимает необходимость применения контактных колец и щеток. Предложенный датчик также может быть вьпюлнен не только в круговом, но и в линейном вариантах.тив обмотки подвижного элемента, которая выполнена короткозамкнутой.. 2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что дополнительная обмотка неподвижного элемента выполнена несекционированной, состоящей из,последовательно соединеных радиальных проводников, которые сдвинуты на 1/4 Т относительно провбщников основных обмоток, а проводники обмотки подвижного элемента соединЕ- ны между собой параллельно с помощью короткозамякающих шин, расположенных по торцам указанной обмотки,Э. Датчик по п.1, о т л и ч а .ющ и й с я тем, что неподвижный элемент снабжен второй дополнительной обмоткой с шагом Т, первая и вторая дополнительные обмотки неподвижного элемента выполнены секционированными и смещены относительно секций основных обмоток, а проводники ОбМот ки подвижного элемента соединены последовательно.4. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что подвнжнйй элемент снабжен второй дополнительной.короткозамкнутой обмоткой, аналогичнойпервой и смещенной относительно неепо радиусу, указанные обмотки выполнены секционированными из последовательно соединенных проводников первойи второй обмоток, число секций обмоток подвижного элемента в К раз меньше числа секций основных обмоток неподвижного элемента (где К - целоечетное число), дополнительные обмотки подвижного элемента в зоне, расположенной напротив дополнительнойобмотки неподвижного элемента, смещены между собой на величину Т ие Т(п, +),где н - целое число,а в зоне, расположенной напротивосновных обмоток, эти секции смещенынав (а 1 +1,)Т, а дополнительная обмотка неподвижного элемента выполнена несекционированной. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Лвторское свидетельство СССР и 392539, кл. О 08 С 9/04, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР 9 155035, кл. 6 08 С 9/04, 1961.817739 Составитель В. НиканоровРедактор М. Митровка Техред М.федорнак КорректорС. ППП фПатеитф, г. Ужгород, ул. Проектная Фил аказ 1470/66 Тираж 691 ВНИИПИ Государственног по делам иэобретени 113035, Москва, Ж-.35, Рауш