Датчик угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений вращающихся объектов контроля. Целью изобретения является повышение чувствительности, а также расширение функциональных возможностей датчика угловых перемещений, который содержит неподвижный магнитопровод 2 с тремя полюсными наконечниками 6-8. К крайним полюсным наконечникам прикреплены дополнительные выступы 9, 0 обеспечивающие увеличение площади воздушного зазора На среднем полюсном наконечнике 7 размещена первичная обмотка 11, а на крайних полюсных наконечниках 6 и 8 размещены соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки 12 и 13. В воздушном зазоре магнитопровода 2 размещен кольцевой якорь 14 с двумя парами полюсных наконечников 16- 19. Пары полюсных наконечников 16, 17 и 18, 19, образованы отрезками спиралей Архимеда , а их торцы образованы плоскостями , параллельными плоскости симметрии якоря 14, которая расположена под углом к плоскости симметрии магнитопровода 2. Это обеспечивает повышение градиента магнитного потока в воздушных зазорах мехлу полюсами якоря и неподвижного мэгнитопровода, что увеличивает чувствительность датчика 2 з п ф-лы, 5 ил. со с

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

fsf)s G 01 В 7/30

ГОСУДАРСТБЕ11НЫЙ КОМИТЕТ, 1О ИЗОБРЕТЕ11ИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPM f Vfl f СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 2 4 711 (21) 4660031/28 (22) 07.03,89 (46) 15,03.91. Бюл. N 10 (75) Е. П. Абрамцев (53) 621.317.39:531. 171(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 974110, кл, G 01 В 7/30, 1981. (54) ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Е. П. АБРАМЦЕВА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений вращающихся объектов контроля. Целью изобретения является повышение чувствительности, а также расширение функциональных возможностей датчика угловых перемещений, который содержит неподвижный магнитопровод 2 с тремя полюсными наконечниками 6 — 8. К крайним полюсным наконечникам прикреплены дополнительные выступы 9, „„ Ц „„1634992 А1

10. обеспечивающие увеличение площади воздушного зазора. На среднем полюсном наконечнике 7 размещена первичная обмотка 11, а на крайних полюсных наконечниках 6 и 8 размещены соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки 12 и 13. В воздушном зазоре магнитопровода 2 размещен кольцевой якорь 14 с двумя парами пол юсн ых наконечников 1619., Пары полюсных наконечников 16. 17 и

18, 19, образованы отрезками спиралей Архимеда, а их торцы образованы плоскостями, параллельными плоскости симметрии якоря 14, которая расположена под углом к плоскости симметрии магнитопровода 2.

Это обеспечивает повышение градиента магнитного потока в воздушных зазорах между полюсами якоря и неподвижного магнитопровода, что увеличивает чувствительность датчика. 2 з.f1. ф-лы, 5 ил, 1634992

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано, в частности в машиностроении для контроля положения рабочих ьрганов металлорежущих станков, Цель изобретения — повышение чувствительности трансформаторного датчика угловых перемещений за счет увеличения градиента магнитной индукции в воздушных зазорах магнитопровода датчика, а также расширение функциональных возможностей датчика путем одновременно о измерения угла поворота другого соосно расположенного обьекта контроля.

На фиг. 1 представлен датчик, продольный 5>аэрез, на фиг. 2 — разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4— дифференциальная форл1а выполнения датчика с двумя неподвижными магнитопроводал1и; на фиг. 5 — форма выполнения датчика для контроля относительных угловых перемещений двух соосно расположенных объектов контроля, Датчик угловых перемещений содержит корпус 1, в котором размещен трехстержневой неподвижный магнитопровод 2 со стержнями 3 — 5, имеющими полюсные наконечники 6-8. К крайним полюсным наконечникам 6 и 8 магнитопровода 2 прикреплены дополнительные выступы 9 и 10 соответственно. На среднем полюсном наконечнике 7 размещена первичная обмотка

11, а на крайних полюсных наконечниках 6 и 8 размещены соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки 12 и 13, В воздушном зазоре магнитопровода 2 размещен ферромагнитный кольцевой якорь 14 с немагнитным основанием 15 и полюсными наконечниками 16 — 19, Якорь 14 жестко установлен на оси 20, вращающейся или поворачивающейся в подшипниках 21 и 22, запрессованных в корпусе 1, и имеет плоскость симметрии, располо>кенную под углом к плоскости симметрии неподвижного магнитопровода.

Площадь поперечного сечения якоря в зоне воздушного зазора не менее чем в два раза меньше по площади поперечного сечения среднего полюсного наконечника неподвижного магнитопровода. Пары полюсных наконечников 16 — 17 и 18 — 19 якоря 14 выполнены в виде замкнутых контуров (фиг. 2 и 3), образованных отрезками одинаковых обрагценных одна v, другой спиралей Архимеда соответствующего размера, Пары полюсных наконечников 16 — 17 и 18 — 19, расположенные на противолежащих поверхностях якоря 14, повернуты одна относительно другой на 180, т.е. размещены вза5tëií0 против0положно. Полюсные нако5

55 нечники в каждой паре, например 16 — 17, также обращены один к другому взаимно противоположными участками спиралей Архимеда, причем один из них размещен внутри другого, и охватывают боковые полюсные наконечники 6 и 8 неподвижного магнитопровода 2 с противополо>кных сторон.

Дополнительные выступы 9 и 10 стержней 3 и 5 магнитопровода 2 перекрывают соответствующие торцы полюсных наконечников 16 — 19 якоря 14, которые образованы плоскостями, параллельными плоскости симметрии якоря, В дифференциальной форме выполнения датчика имеется второй неподвижный магнитопровод 23, выполненный идентично первому, с размещенными на его среднем стержне первичной обмоткой 24, а на крайних стержнях — вторичными обмотками 25 и 26. Оба неподвижных магнитопровода 23 и 2 примыкают один к другому своими основаниями. Дополнительные выступы 9 и 10 неподвижных магнитопроводов расположены в общей плоскости с крайними полюсными наконечниками 6 и 8, Плоскость торцов одного иэ полюсных наконечников якоря 14 расположена в каждой паре зеркально симметрично относительно плоскости торцов второго наконечника в той же паре. Якорь 14 связан шестерней 27 с вращающимся обьектом (не показан).

В датчике для контроля взаимного углового положения двух обьектов, закрепленных на соосно расположенных валах, имеется второй идентичный якорь 28 на втоpoly валу 29, которые расположены симметрично относительно первого якоря 14 на первом валу 30 по другую сторону от средних стержней 4 неподвижных магнитопроводов. Неподвижные магнитопроводы 2 и

23 закреплены в корпусе 1 с помощью штоков 31, жестко связывающих средние стержни 4 магнитопроводов с корпусом 1, Якори

14 и 28 закреплены на валах 29 и 30, связанных с объектами контроля, на шпонках 32.

Датчик угловых перемещений работает следующим образом.

На первичную обмотку 11 датчика (фиг, 1) подается напряжение переменного тока промышленной или повышенной частоты.

Магнитные потоки Ф1 и Ф2, созданные этой обмоткой, замыкаются через полюсные наконечники 6 — 8 магнитопровода 2, якорь 14 и его полюсные наконечники 16-19, а также воздушный зазор между ними. Благодаря тому, что дисковый участок якоря 14 имеет площадь поперечного сечения в области воздушного зазора, уменьшенную вдвое и смещенную относительно оси неподвижного магнитопровода 2, происходит возвратно-поступательное перемещение этого

1634992 участка между боковыми полюсными наконечниками б и 8 и средним полюсным наконечником 7. При повороте якоря 14 в ту или другую сторону от начального положения величина участков зазора (например, 5 д1 д2, дэ, д4, д9 и д10) с одной стороны якоря уменьшается, а с другой стороны якоря (д2, д5, дв, д7 и дз) увеличивается Соответственно поток Ф1 увеличивается. а поток

cDz уменьшается, вследствие чего ЭДС, на- "0 веденная в одной вторичной обмотке 12 увеличивается, а ЭДС, наведенная в другой вторичной обмотке 13, уменьшае1ся, бла одаря чему на выходе датчика появляегся разностный сигнал. При угле поворота яко- 15 ря, равном 180О, ЭДС в одной из обмоток достигает максимума, а в другой обмотке— минимума. В результате выходной (разностный) сигнал датчика максимален. При повороте якоря 14 на угол, превышающий 180, 20 фаза этого сигнала изменяется на противоположную.

При вращении якоря происходит поочередное перераспределение магнитных потоков между полюсными наконечниками 6 и 25

8 неподвижного магнитопровода 2 и якорем

14 с одной стороны, а также между указанными полюсными наконечниками 16-19 — с другой стороны. В результате на выходных зажимах появляется напряжение, изменяю- 30 щееся примерно по синусоидальному закону с периодом, равным одному обороту якоря, Фаза этого напряжения зависит от направления вращения, а амплитуда характеризует осуществленное объектом угловое 35 перемещение, При непрерывном вращении якоря 14 под действием перемещающегося обьекта выходная ЭДС пропорциональна его скорости вращения, т.е. датчик может работать и 40 как датчик скорости вращения.

Благодаря выполнению поверхности торцрв полюсных наконечников якоря 1619 параллельными плоскости симметрии якоря увеличивается градиент воздушного 45 зазора магнитопровода датчика, вследствие чего повышается чувствительность датчика угловых перемещений, В варианте исполнения датчика по фиг. 4 обеспечивается двукратное увеличение выходного сипя- 50 ла датчика по сравнению с вариантом по фиг. 1 практически без увеличения его габаритов.

Датчик по фиг, 5 работает следующим образом, 55

В исходном (нулевом) положении якорей 14 и 28 длины и площади одноименных зазоров в верхней и нижней частях правой и левой половин датчика равны между собой, поэтому сигнал на выходе датчика равен нулю.

При повороте якорей 14 и 28 в ту или иную сторону от начального положения изменяются величины и площади злэоров в верхней и нижней частях каждой половины датчика во взаимно противоположных направлениях, tro приводит к появлению на зажимах измерительных обмоток 12 и 13 или 25 и 26 соответствующих сигналов, ам,плитуда которых пропорциональна угловым перемещениям контролируемых обьектов, а фаза — направлению перемещения. Если необходимо осуществить алгебраическое суммирование угловых перемещений двух об. ектов. или определить их относительное угловое положение, то указанные измерительные обмотки соединяют между собой попарно-всгречно. В этом случае у датчика имеется один выходной сигнал, амплитуда которого пропорциональна алгебраической сумме угловых перемещений обоих контролируемых объектов.

Формула изобретения

1, Датчик угловых перемещений, содержащий корпус, размещенный в нем трехстержневой неподвижный магнитопровод с тремя полюсным» наконечниками, торцовые поверхности которь;х обращены к воздушному зазору между ними, размещенные на полюсных наконечниках первичную и соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки, установленный в зазоре магнитопровода, дисковый ферромагнитный якорь, плоскость симметрии которого раг «оложена под острым углом к плоскости сим летрии неподвижного магнитопровода, на противолежащих поверхностях якоря выполненьi две пары расположенных взаимно прогивоположно полюсных наконечников, каждый иэ которых имеет вид замкнутого контура, образованного отрезками од»наковых, обращенных одна к другой спиралей

Архимеда соответствующего размера, причем каждая пара полюсных наконечников якоря охватывает соответс1вующий крайний полюсный наконечник неподвижного магнитопровода с прогивоположных стоpotl, о т л Ll ч л ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен двумя дополнительными выступами, прикрепленными к крайним полюсным наконечникам неподвижного магнитопровода и перекрывающими гоотве TcTBóющие торцы полюсных наконечн»ков якоря, которые образованы плоскостл;», параллельными плоскости ct1MMoTptlt1 якоря.

2, Датчик по и. 1, о т л и ч à lo шийся тем, что он снабжен вторым выполненным идентично первому I . ..«олвижны л трехст п

1634992

17 жневым магнитопроводом и размещенными на его среднем стержне первичной, а на крайних стержнях — вторичными обмотками, оба неподвижных магнитопровода примыкают один к другому своими 5 ос«оганиями, дополнительные выступы неподвижных магнитопроводов расположены

It общей плоскости с крайними полюсными

«лко«е «.иками, а плоскость торцов одного из полюсных наконечников якоря располо- 10 же«а и каждой паре зеркально симметрично оl llосителыl0 плоскости торцов второго на: Ilf

3. Датчик по пп. 1 и 2, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем одновременного измерения угла поворота другого соосно расположенного объекта контроля, он снабжен вторым идентично выполненным дисковым якорем, расположенным симметрично относительно первого по другу<о сторону от средних стержней неподвижных магнитопроводов, и двумя штоками для обеспечения жесткой связи средних стержней магнитопроводов с корпусом.

1634992

1634992 ?

Составитепь 1. Бычкова р !1 Г1 (свинская Т::хред М.Моргентал Корректор И. Муска -г Tt,ðàæ ЗВЬ Подписное 1! 1 г1Г Гисударгтеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

: ро. воде;:.- "I,) из:,атеI I,cêèé комб гнат "Патент", г Ужгород, ул.Гагарина. 101