Датчик угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому

Союз Советских Социалистических Республик,51) М. присоединением заявок1029228/26-25, 035926/26-25Приоритет Государственный комит Совета Министров ССС ео делам изаеретеиий и открытий.574 (088.8) Дата опубликования описания 24.01.7 2) Автор изобрете Ягнятинский ЕЙ ИЕЮтв(54) ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВЕДУЩЕГО В ПО ОТНОШЕНИЮ К ВЕДОМОМУ 2 етени рамм поворота ведущего омому, например, вкоторых осущестсвязь между ваешнего воздействия е фотоприемники тчики не обеспечигла поворота ведуоты устройства для щательного движеИзобр е ода прог в сил ения.Известные датчики углавала по отношению к ведсинхронных передачах, ввляется фотоэлектрическаялами, содержат элемент вни неподвижно закрепленньлучистоп энергии. Эти давают точного измерения ущего вала и надежной рабдискретной передачи врания. тносится к устройствам ввостемах программного управВ предложенном датчике указанные недостатки устранены благодаря тому, что элемент внешнего воздействия выполнен в виде одного или нескольких усточников лучистой энергии, например источника р-излучения или подсвечиваемого жгута световодов и жестко закреплен на ведугцем валу эксцентрично относительно оси его вращения. Фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействия, например, на боковых поверхностях тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.На фиг, 1 показан датчик с шестью детекторами излучения, тремя усилителями и трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2 - фатчик с источником р-излучения и двумя щаговыми двигателями; а - выходные валы расположены параллельно; б - выходные ва лы расположены произвольно; на фпг. 3 -расположение детекторов в пространстве: а - в параллельных плоскостях; б - па боковых поверхностях тороида с сечением в виде пятиугольника; на фиг. 4 - расположение ис точников р-излучения в параллельных плоскостях; на фиг. 5 в расположение источников Р-излучения в одной плоскости; на фиг. 6 - размещение световода и закрепление его на ведущем валу: а - при П-образном изгибе световода; б - при Г-образном изгибе свето- вода; на фиг. 7 - датчик со световодом, тремя приемниками, тремя усилителями и трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 8 - датчик со световодом и двумя шаговыми дви гателями; на фиг. 9 - располсткенпе расщепленного конца световода в пространстве при расположении фотодатчиков: а - по концентрическим окружностям; б - па боковых поверхностях тороида с сечением в виде пятиугольника; в - на боковых повсрхностях двух тороидов с сечениями в виде треугольников; на фиг. 10 - датчик со световодом н приводом от многофазного шагового двигателя: а - с одним ламельным полем; б - с не- ЗО сколькими ламельнымн полями.50 55 60 65 В датчике, показанном на фиг. 1, источник р-излучения (например, па таллин Т 1.-, промстии Рг" Или стронции ЯР") расположен около оси ведущего вала ВВ илп закреплен н 2 Выступаощсп няд 1 п 1 м части. При Вращс 1 ии В 2 ла, перемсщаясь по О(ружпОсти, ис-,о шик непрерывно испускает поток р-лучей (электронов). В плоскости, параллсльноп плоскости перемещения источника излучения, по окруи(ности, радиус которой равен расстоянпо ИСТОЧПИКЯ ОТ ОСИ ВЯЛЯ, РЯСПОЛОИ(ЕЫ МИНИМУМ три детектора Д - Дз радиоактивного излучения (например, фотосопротпвления) трех радиоактивных реле 1 РР - ЗРР. К выходу каждого реле подключена обмотка трехфазного шагового двигателя. Когда источник находится против детектора, вк.Поченная на выходе соответствующего радпсактивного реле обмотка шагового двигателя оказывается подКаждый импульс тока, появляОщийся на выходе схемы при пересечении рабочего объема чувствительного элемента - детектора 11 КОм РЯД 102(Т 1 ВНОГО ЗЛУЕ(ПЯ (И:1 П В ПП- тервалах между пересечениями), вызывает через усилительное звено УЗ передачи перемещение ротора шагового двигателя на один зубцовый шаг. Последовательность таких импульсов приводит в шаговое вращение ротор двигателя, т. е. ведомый (выходной) вал передачи. При этом осуществляется трехтактнос переключение обмоток двигателя в порядке 1 в 11 в - для одного направления вращения ведущего вала, в порядке 1 - 111 - П - для обратного вращения.Таким образом, порядок переключения обмоток, а следовательно и направление вращения шагового двигателя (ведомого вала) определяется непосредственно направлением вращения ведущего вала без использования специальных схем выбора направления, Распределение импульсов по обмоткам двигателя осуществляется также самим входным Валом без применения распределителей. При этом вра цательное движение всдо.;1 ому валу может быть передано под произвольным углом по отношению к ведущему валу (фиг. 2,б). Для повышения гибкости передачи, т. е, изменения точности и передаточного числа, для вращения каждого трехфазного шагового двигателя используются три радиоактивных реле и Зп детекторов излучения (где и= 1, 2, 3число, показывающее, во сколько раз число детекторов больше количества радиоактивных реле), причем детекторы каждого радиоактивного реле включаются параллельно и располагаются в порядке очередности радиоактивных реле (переключения обмоток двигателя). Так, если использовать шесть детекторов (фиг. 1), соединенных в три параллельные группы по два детектора в каждой, и расположить детекторы по окружности в порядке очередности радиоактивных реле (1 РР - 2 РР - ЗРР), т. е. чтобы второй детектор Д 5 10 15 20 25 30 35 40 45 первого реле был вкл 1 очен после первого детектора Дз третьего реле, второй детектор Дз второго реле - после второго детектора Д 1 первого реле и т. д., то при использовании тех жс элементов (и того же двигателя) принци 1 гиально можно увеличить в два раза число шагов ведомого вала, Это означает изменение передаточного числапередачи, под которым понимается число полных оборотов шагового двигателя и приходящееся на один обороти,входного вала п 1, т. е, = - -.и,В общем случае передаточное число может меняться изменением шага шагового двигателя и числа детекторов (что вызывает изменепие числа тактов переключения) с изменением диаметра окружности, на которой они рас. положены,Использование в такой передаче шагового двигателя с малым шагом и с большим их числом повышает точность передачи движения, г 1 од которой понимается число шагов Ш шагового двигателя, приходящееся на один обоШрот входного вала п 1, т. е. 61= - , или числоПтактов Т переключения шагового двигателя, приходящееся на один оборот входного валаТи 1, т, е. 6= - . В частном случае Ш можетабыть равно Т, т. е. может иметь место равен- СТВО О=62.Для электрически независимой передачи движения на Ь выходных валов, расположенных под произвольным углом к Входному валу и между собой (т. е. для подключения щаговых двигателей, цепи управления которых между собой электрически изолированы), используются ЗЬ радиоактивных реле с числом детекторов излучения Д=ЗЬ п=Зп Ь, гдеВ случае использования двух двигателей и трех детекторов для каждого из них (фиг.2, а) последовательные перемещения источника вызывают трехтактное переключение обмоток каждого из двигателей, Детекторы обоих радиоактивных реле могут быть расположены при этом в одной плоскости (на одной плате) по Окружности со сдвигом в пространстве по ее дуге, а двигатели (фиг. 2,б) - произвольно в пространстве (по отношению к ведущему валу и друг другу).Описываемый датчик позволяет осуществить, например, шеститактное переключение одного двигателя и трехтактное - другого, соответственно двенадцатикратное одного и девятикратное перекл 1 очение другого двигателя и т, д а также подобные переключения с тремя и более шаговыми двигателями с любыми требуемыми соотношениями тактов, кратными трем (при использовании трехфазных шаговых двигателей).Датчик позволяет увеличить также число щаговых двигателей путем различного распо ложения детекторов излучения.50 60 65 В простейшем варианте детекторы расположены в параллельных плоскостях так, чтобы источник излучения помешался между этими плоскостями (фиг. 3, а), Детекторы катдотт плоскости имеют на выходе свой шаговьш двигатель.В общем случае детекторы можно располагать на поверхностях торотлда с произвольным сечением (например, в виде пятиуголт.цика) так, чтобы источник р-излучения перемещался внутри этого тороида (фиг. З,б). Детекторы радиоактивных реле, переключающих обмотки своего шагового двигателя (ШДь ШД ШДз), рациональнее располагать на боковой поверхности усеченного конуса (цилиндра), соответствующего определенноц стороне многоугольника в сечении тороида.При необходимости число ведомых валов может быть увеличено в А раз, если использовать располагаемые на ведущем валу или его выступах Й (например, два - Ит и И) источников Р-излучения и перемещать их в разных плоскостях, соответственно которым располагать детекторы излучения (фиг. 4).Число ведомых валов передачии может быть увеличено в Й раз при использовании источников р-излучения (на фиг. 5 Ит и И,), которые перемещаются в одной плоскости (или параллельных плоскостях) на разных расстояниях от оси входного вала, а детекторы любой группы из трех радиоактивных реле (соответствующие одному выходу) располагаются по определенной концентрической Окружности по отношению к детекторам других групп реле (других выходов) .В тех случаях, когда необязательно электрически изолировать выходы, можно к одному выходу подключать два или более шаговых двигателей, т. е. при произвольном числе Зп детекторов излучения и трех радиоактивных реле по-прежнему использовать Ь выходных валов. При необходимости может быть взят не источник радиоактивного излучения, а, например, постоянный магнит, которын при перемещении импульсов изменяет индуктивное сопротивление индуктивных датчиков (используемых вместо детекторов излучения), воздействующих на преобразователи - усилители с такими же щаговыми двигателями на выходе.Перспективны и варианты датчика с использованием в качестве элемента внешнего воздействия жгута светопроводящих волокон (световода), имеющие более высокое быстродействие. В этой конструкции в плоскости торцового сечения ведущего вала ВВ жестко укрепляется гибкий жгут С светопроводящих волокон (например, стеклянных). Один конец жгута размещается вдоль оси вращения вала ВВ, причем положение его торца по отношению к неподвижному источнику света ИС не изменяется при вращении ВВ, Другой изогнутый конец ВК жгута располагается параллельно оси ведущего вала на определенном от нее расстоянии таким образом, что падающим 5 10 15 20 25 30 35 40 45 от ИС светом освещаются фотодатчики Ф,расположенные на равных расстояниях другот друга по окружности, в плоскости, параллельной плоскости движения конца ВК жгута(фттг. 5, а и б, фттг, 1 Э, а).Фотодатчикц преобразуют непрерывное излучение источника света в последоьатслт.- ность электрических ц.;тпульсов, усиливасмыхпараллсльпьтмц Олоками усиления, на выходекаждого из которых подключена обмотка многофазного тпагового двигателя.Когда конец ВК световода находится проттдВ фОтОДатЧИКа, СОПРОтИВЛЕННЕ ПОСЛЕДЦСГОрезко изменяется, скачком меняется вели тицатока, что приводит к подаче сигнала на входусилителя, протеканию тока по соотвстстгующсй оомотке шагового двигателя и пере тенте.нию ротора шагового двигателя на од:тн шаг.В датчике со световодом могут быть использованы два щаговых двигателя, шесть усилителей (два усилительных звена передачц тВти УЗ) с двенадцатью фотодатчика 1 тн (Аттг, Я)и т. д, Увеличение числа шаговтях двигатслсйДОСтИГаЕтСЯ РаСПОЛОКЕНИЕтт фОтОДатттИКОВ ПОокружностям равного диаметра (фцг. т О, 6)или концентрическим окрулностят (тольцсвы.д повсрхностя.д) так, чтобы расщепленный конец ВК световода пометцался тетдуэтими Окружностями, с углом текилу ра си 1 епленньтми частя.ди 180 (11 иг, 9 а), 1-та вы.о.де каждого фотодатчика имеется тцаговыйдвигатель,В общем случае фотодатчики . тогут бытьрасположены на поверхностях торопца с сечение 1 в виде произвольного многоугольника(на фиг. 9, б - пятиугольника) так, чтобы те.яду этими поверхностями по.дещался растттспленный конец жгута светопровочятццх .Олокон (световода), торцовые плоскости 1 оторттхориентированы параллельно чувстшттсл. нойповерхности фотодатчиков.Число выходов конструктивно удобттт уттеличивается при исполт,зовании игута тз волокон разной длины, так как с помет.т,.то изогнутого конца каждого волокна прп вратисницжгута (световода) Освещатотся фотодчт:тцкнодной группы элементов, соответствутощсц определенному выходу. Наибольшее число выходов получатот, если фотодатчики располагаются на поверхностях двух (или более) тороидов, с сечением в виде произвольного многоугольника, так чтобы в каждом тороиде между эти.ди поверхностями помещалась часть расщепленного конца ВК жгута стеклянных волокон разной длины, торцовые плоскости которых ориентированы параллельно чувствительной поверхности фотодатчиков (фиг. 9, в). Последние снабжены опти-тестими объективами (лпнзамн), обеспечивающими максимальную освещенность на минимальных участках чувствительной поверхности фотодатчиков для надежной их реакции на свет, падающий на них ат световода С, Объективы могут быть расположены на тор438991 юг цах изогнутых частей волокон световода (уконца ВК), а не на фотодатчиках. Предмет изобретения Датчик угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, основанный на использовании фотоэлектрической связи между валами, содержащий элемент внешнего воздействия и неподвижно закрепленные фотоприемники лучистой энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, элемент внешнего воздействия выполнен в ви.де одного или нескольких источников лучистой энергии, например источника р-излучения или подсвечиваемого жгута световодов, жестко закреплен на ведущем валу, эксцентрично относительно оси его вращения, а фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействия, на О пример, на боковых поверхностях тороидов,в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.,146 твенного комитетелам изобретенийа, Ж, Раушска ое ПоСССР ография, пр. Сапунова Заказ 3662/12 Из ЦНИИПИ Госуда по МоскТир Совет откр наб Корректор В. Кочкарева ж 624Министротийд, 4/5