Индукционный датчик

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при трехмерных измерениях углов между двумя системами осей прямоугольных координат, каждпя из которых связана с одной из двух концентрично расположенных сферических поверхностей при одновременном уменьшении габаритов. Индукционный датчик содержит магнитопровод статора в виде трех взаимно перпендикулярно расположенных плоских колец: экваториального 1 и двух меридианных 2 и 3 колец и магнитопровода ротора 4 в виде шара, имеющего три кольцевые канавки 5-7, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через центр шара. В пазах магнипэпровода статора и ротора расположены входные и выходные обмотки. Все кольце мягнитопровода статора имеют одинаковые внутренние диаметры, по которым расположены равномерно распределенные зубья, имеющие на внутренней поверхности квадратную форму . Число зубцов выбрано кратным четырем . Кольца магнитопроводов статора вставлены друг в друга. Датчик позволяет определять взаимное расположение двух сферических поверхностей. 2 з.п. ф-лы. 5 ил. сл

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИС ",ИЧЕГКИХ

Р F С Г1У Б Л И К

Isles h 02 К 24/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4721494/07 (22) 19.07.89 (46) 15,01,92, Бюл. ¹ 2 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (72) А.И.1У1илюков и А.Б.Попов (53) 621.313(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 343150, кл, G 01 D 5/2, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 758412, кл. Н 02 К 24/00, 1980. (54) ИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей при трехмерных измерениях углов между двумя системами осей прямоугольных коорди IBT, каждэя из которых связана с одной из двух vñllöåíòрично расположенных сферическ«х поверхностей при одновремен1ом уменьшен««

SU,; 1705974 А1 габаритов. Индукционный датчик содержит магнитопровод статора в виде трех взаимно перпендикулярно расположенных плоск

l .0ëåö: экваториального 1 и двух меридиа 1ных 2 и 3 колец и магнитопровода ротора 4 в виде шара, имеющего три кольцевые канавки 5 — 7, расположенные во взаимно и .рпендикулярных плоскостях, проходя. ««х через центр шара. В пазах магни опроводэ статора и ротора расположены входные « выходнь . обмо1ки. Все кольц; магн«топровода статора имеют одинаковые внутренние диаметры, по которым расположены pàâíîмерно распределенные зубья, имеющие на внутренней поверхности квадратную форму. Число зубцов выбрано крат11ым 1етырем, Кольца магнитопрс Родов статора вставлены друг в друга. Датчик позволяет определять взаимное расположение двух сферических поверхностей. 2 з,п. ф-лы. 5 ил.

1705974

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании трехкоординатных датчиков для измерения углов (например углов Эйлера) между двумя системами осей прямоугольных координат, каждая из которых связана с одной из двух концентрически расположенных сферических поверхностей, Известны индукционные датчики, например вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы ротора и статора, несущие двухполюсные обмотки.

Недостат ком их является воэможность списывания или преобразования углов только вокруг одной оси.

Известны двухкоординатный датчик угловых перемещений, содержащий безобмоточный ротор и четырехпалый статор, несущий входные и выходные обмотки. Датчик списывает углы по двум координатам, т.е. углы вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.

Недостатком двухкоординатного датчика является малый рабочий угловой диапазон, определяе ыс несколькими градусами, и невозможность использования для трехкоордина-ного сги сывания.

На более близким к предлагаемому устройству ll| технической сущности и функцион льному ..спользованию является вращающийся трансформатор, содержащий магнитопроводы ротора и статора с установленными на них секциями концентрических квадратурных обмоток, имеющими определенное размещение в пазах магнитоп ровода, Недостатком устройства является возможность списывания и преобразования угла поворота только вокруг одной оси, т.е. невозможность списывания углов, определяющих взаимное положение двух концентрически расположенных сферических поверхностей.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей при трехмерных измерениях углов между двумя системами осей прямоугольных координат, каждая из которых связана с одной из двух концентрически расположенных сферических поверхностей при одновременном уменьшении габаритов.

Цель достигается тем, что датчик снабжен дополнительно двумя кольцевыми зубчатыми ма гнитопроводами с татора, несущими каждый по две входные двухполюсные квадратурные синусоидальные распределенные обмотки кольцевого типа, и двумя дополнительными выходными сосредоточенными обмотками на роторе, при этом магнитопровод ротора выполнен в ви5

55 де шара с тремя кольцевыми экваториальными пазами, расположенными в трех ортогональных плоскостях, в которых размещены три выходные сосредоточенные обмотки ротора, в три магнитопровода статора расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и имеют одинаковые внутренние диаметры. Первый магнитопровод статора выполнен с четырьмя диаметрально расположенными сегментными срезами по наружным зубцам, второй магнитопровод статора выполнен с двумя диаметрально расположенными сегментными срезами по наружным зубцам и с двумя диаметрально расположенными выемками на внутренней поверхности, третий магнитопровод статора выполнен с четырьмя выемками на внутренней поверхности, расположенными через 90, при этом каждый из магнитопроводов вставлен в выемку ортогонально размещенного с ним магнитопровода по плоскости своих сегментных срезов, причем размещенные в выемках внутренние зубцы одного иэ пересекающихся магнитопроводов, являются общими для указанных магнитопроводов. Зубцы магнитопроводов статора, расположенные на их внутренних поверхностях, выполнены квадратной формы по этим поверхностям, а их число выбрано кратным четырем.

Такое выполнение индукционного датчика позволяет измерить необходимое число угловых величин, аналитически связанных с любыми системами углов (например углы Эйл,.ра), определяющими взаимное расположение двух сферических поверхностей.

На фиг,1 показана конструкция индукционного датчика; на фиг,2 — принципиальная электрическая схема; на фиг.3 — вид колец магнитопровода статора; а) первое кольцо со всеми внутренними зубцами; б) второе кольцо беэ двух внутренних диаметрал ь но и ротиволежащих зубцов; в) третье кольцо без четырех внутренних зубцов; на фиг.4 — совместная сборка колец статора и порядок сборки.

Индукционный датчик (фиг.1) состоит иэ магнитопровода сгатора в виде трех взаимно перпендикулярно расположенных плоских колец: экваториального 1 и двух меридианных 2 и 3 колец и магнитопровода ротора 4 в аиде шара, имеющего три кольцевые канавки 5-7, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через центр 8 шара, В пазах магнитопровода статора и ротора расположены входные и выходные обмотки, 1705974 углам ° плоскости кольца 1 между точкой расположения оси обмотки 9 и точками пересечения плоскости кольце 1 с плоскостями расположения соответствующих выходных обмоток 15-17.

При подаче двухфазного питания ма обмотки 11 и 12 кольца 2 на выходных обмотках 15-17 будут наводиться напряжения, фазы которых ц, у5 и уэ равны соответственно углам в плоскости кольца 2 между точками расположения оси обмотки 11 и точкам пересечения плоскостей кольца 2 с

hhocKocT$IMH расположения соответствующих выхедных обмоток 15-17.

При подаче двухфазного питания на обмотки 13 и 14 кольца 3 на выходных обмотках 15-17 будут наводиться напряжения, фазы которых у,уВ и ур равны соответственно углам в плоскости кольца 3 между точкой расположения оси обмотки 13 и точкам пересечения AhocKocTH кольце 3 с Alloскостями расположения соответствующих выходных обмоток 15-17.

Измерение значения девяти углов позволяют, используя формулы сферической тригонометрии, определить любые три угла, характеризующие взаимное положение двух сферических поверхностей {например углы Эйлера), что выполняется вычислительной мешиной.

Индукционный датчик позволяет измерить необходимое число угловых величин для определения требуемых координат (в любой системе отсчета). определяющих взаимное расположение двух сферических поверхностей (например углов Эйлера). Это решение резко сокращает габариты устройств, требующих решения списывания взаимного положения сфер, по сравнению с используемой для решения этой задачи конструкции подвеса списывающей сферы в трехосном кардановом подвесе при списывании углов по каждой оси с помощью отдельного вращающегося трансформатора.

Формула изобретения

1. Индукционный датчик, содержащий кольцевой магнитопровод стэтора с зубцами не внутренней и внешней поверхностях и магнитопроеод ротора, при этом е пазах магнитопровода статора расположены две входные деухполюсные кеадратурные симусоидальные распределенные обмотки коль8

50 цевого типа, а на роторе размещена сосредоточенная выходная обмотка о т л и ч а ющ и Я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения трехмерных измерений углов между двумя системами осей прямоугольных координат, каждая иэ которых связана с одной иэ двух концентрически расположенных сферических поверхностей при одновременном уменьшении габаритов, датчик снабжен дополнительно двумя кольцевыми зубчатыми магнитопроводэми статора, несущими каждый по две входные двухполюсные квадрэтурные синусоидально распределенные обмотки кольцевого типа, и двумя дополнительными выходными сосредоточенными обмотками на роторе. при этом магнитопровод ротора выполнен е виде шара с тремя кольцевыми экваториальными пазами. расположенными в трех ортогональных плоскостях, в которых размещены три выходные сосредоточенные обмотки ротора, а три магнитопровода статора расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и имеют одинаковые внутренние диаметры.

2. Датчик по и 1,.отличающийся тем, что первый магнитспроеод статора выполнен с четырьмя диаметрально расположенными сегментными срезами ho наружным зубцам, второй магнитопровод стэтора выполнен с двумя диаметрально расположенными сегментными срезами по наружным зубцам и с двумя диаметрально расположенными выемками на внутренней поверхности, третий магнитопровод статора выполнен с четырьмя выемками на внутренней поверхности, расположенными через 90О, при этом каждый магнитопровод вставлен в выемку артогонально размещенного с ним магнитопровода по плоскости своих сегментных срезов, причем размещенные в выемках внутренние зубцы одного иэ пересекающихся магмитопроводое являются общими для указанных магнитопровадов.

3. Датчик по пп.1 и 2, о т л и ч a e щ и йс я тем, что зубцы магнитопроводов стэторэ, расположенные ма их внутренних поверхностях, выполнены квадратной формы по этим поверхностям, а их число выбрано кратным четы рем.

1705974

55

На каждом кольце магнитопровода статора размещены по две одинаковые двухполюсные синусоидально расположенные квадратурные (сдвинутые по положению на

90 ) обмотки кольцевого типа, являющиеся обмотками возбуждения. На первом кольцо магнитопровода статора размещены (фиг,2) обмотки 9 и 10, выводы которых обозначены

С1иС2 и Сз С4, на втором кольце размещены обмотки 11 и 12 выводы которых обозначены соответственно С|С и СзСл, на третьем кольце обмотки 13 и 14, выводы которых обозначены соответственно С1С и СзСл, В каждом пазу магнитопровода ротора расположено по одной сосредоточенной обмотке 15-17, выводы которых обозначены соответственно Р1Рр, P>Fz и Р«Р, Эги обмотки являются выходными.

Все кольца магнитопровода статора имеют одинаковые внутренние диаметры, по которым расположены равномерно распределенные зубцы, имеющие на внутренней поверхности i:âàäðàòíóþ формулу, Число зубцов должно быть кратно четырем.

Поскольку кольца пересекаются в общей конструкции, их конфигурация несколько отличается друг от друга.

Первое экваториальное кольцо(фиг,3,а) имеет все внутренние зубцы, а также наружные зубцы для размещения в г«азах между ними кольцевых обмоток и четыре сегментных среза с внешнего диаметра для воэможности соединения с двумя дру«ими кольцами. Второе кольцо 2 (фиг.3,б) отличается от первого тем, что в ««еМ отсутствуют два диаметрально противолежащих зубца и отсутствуют четыре внешних паза. Имеются на нем только два сегментных среза. В качестве отсутствующих зубцов второго кольца используются два зубца первого кольца, помеченные на фиг. 3, а одним крестиком(+), которые после сборки займут место выпиленных кольца 2. Третье кольцо 3 имеет удаленные четыре зубца (фиг.3,в), оси которых смещены друг относительно друга нэ 90О. После взаимной сборки их роль будут выполнять зубцы первого и второго колец, помеченные двумя крестиками (+), Толщина всех колец рав«-«э ширине зубцов, поэтому зубцы с внутренних поверхностей имеют квадратную форму, что позволяет в местах пересечения колец использование одного и того we зубца для двух пересекающихся колец магнитопровода статора.

На фиг.4 схематично показана взаимная сборка колец магнитопровода статора.

Первое кольцо показано в плогкости листа, на него сверху (показано стрелкой) надевается кольцо 2, э затем справа (показано

40 стрелкой) надевается по местам выпиленных зубцов кольцо 3, сразу на два кольца 1 и 2. собранных крест-накрест, Пазы с наружной поверхности колец необходи лы для укладки обмоток кольцевого типа. Количество пазов и их форма может быть любой, так как это не принципиально.

В приведенном примере наружные пазы размещены в основном против внутренних пазов.

Принцип действия индукционного датчика заключен в следующем.

Каждая выходная обмотка ротора, занимающая диаметральную плоскость шара. своей плоскостью при любом положении сферы пересекает плоскость кольца магнитопровода статора по линии, совпадающей с диаметром плоскости кольца статора (кроме положения совмещения плоскостей обмотки ротора и кольца магнитопровода статора), Угловое положение этого диаметра на кольце магнитопровода статора определяет фазу наводимого в роторной обмотке напряжения в случае возбуждения обмоток этого кольца.

Таким образом, каждая обмотка ротора списывает угловое положение диаметральной линии пересечения плоскостей расположения обмоток с п,«оскостью возбуждения кольца магнигопровода статора в виде фазы снимаемого с обмотки напряжения, амплитуда которого в принципе зависит от взаимного угла наклона между этими плоскостями. По фазам напряжений, снимаемых с роторных обмоток, должны определяться углы относительного поворота двух концентрических сфео при использовании формул сферической тригонометрии.

Поскольку в зависимости от наклона плоскости обмотки ротора относительно плоскости кольца магнитопровода статора выходное напряжение на роторной обмотке меняется, полностью исчезая при совмещении плоскости кольца статора с плоскостью обмотки ротора, введены три кольца магнитспровода статора, обмотки которых подключены поочередно. выполняя недостающую информацию при предельных угловых положениях.

Устройство работает следующим образом.

Последовательно на квадратурные обмотки первого, второго и третьего колец магнитопровода статора подается двухфазное напряжение переменного тока.

При подаче двухфазного питания на обмотки 9 и 10 кольца 1 на выходных обмотках

15 — 17 будут наводиться напряжения, фазы которых р1, «щ и р3 равны соответственно

1705974

Сь

С4

1705974

-().

I .б !

/

I 1

Составитель А.Милюков

Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая

Редактор Э,Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 201 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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