Электромашинный кольцевой датчик угла

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике .электромашинным кольцевым датчикам угла. Сущность изобретения: электромашинный кольцевой датчик угла содержит статор с взаимно перпендикулярными обмотками (возбуждения и выходной) и ротор с короткозамкнутой обмоткой . В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивления. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 24/00 1(99 2

sin a

1+m cosa

Vs t ix = KVf (а ), ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4706869/07 (22) 19.06.89 (46) 23,06.92. Бюл. N. 23 (71) Московский авиационный технологический институт им. К,Э.Циолковского (72) P.Ê,Ïàìôèëoa, А,И.Гуров и Е.Я.Волкова (53) 621.313.654 (088.8) (56) Хрущев B.B. Электри еские машины автоматических устройств. — Л.: Энергия, 1976, с. 256-257 и 362-364.

Баканов M.Â., Лыска В.А., Алексеев

В.В.Информационные микромашины следящих и счетно-решающих систем. — М.: Советское радио, 1977, Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромашинным кольцевым датчикам угла, выходное напряжение которых служит мерой угла поворота ротора.

Известен линейный вращающийся трансформатор (Л ВТ), содержащий две взаимно перпендикулярные обмотки на статоре и две — на роторе, распределенные по синусоидальному закону. Расширение линейного диапазона обеспечивается последовательным соединением первичной (статора) и вторичной (ротора) обмоток ЛВТ.

Применяют ЛВТ с первичным или вторичным симметрированием обмоток. Выходное напряжение такого ЛВТ измеряется по закону где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

V — напряжение источника питания; f(a )— функция выходного напряжения, „„« Я„„1742948 Al (54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ

ДАТЧИК УГЛА (57) Использование; изобретение относится к измерительной технике, электромашинным кольцевым датчикам угла. Сущность изобретения: электромашинный кольцевой датчик угла содержит статор с взаимно перпендикулярными обмотками (возбуждения и выходной) и ротор с короткозамкнутой обмоткой. В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнител ьные реактивные сопротивления. 1 ил. где а — угол поворота ротора; m — коэффициент, зависящий от параметров обмоток.

Функция ЛВТ с точностью до 0,060% совпадает с линейной функцией в диапазоне измерения углаа +. 60О, если m = 0,536, Следовательно, для ЛВТ необходимо выбирать CKBT с коэффициентом трансформации 0,536.

Существенным недостатком ЛВТ является большое число обмоток и наличие скользящих электрических контактов, через которые обмотки ротора соединяются с внешней неподвижной частью электрической цепи. Наличие скользящих контактов снижает надежность и срок службы, а также увеличивает стоимость ЛВТ, так как они изготавливаются из сплавов, содержащих драгоценные металлы.

1742948

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является бесконтактный индукционный синусный датчик с тремя синусоидально расположенными обмотками, две из которых взаимно перпендикулярно размещены на статоре, а обмотка ротора замкнута накоротко.

Если полные сопротивления обмоток статора одинаковы (условия симметрии), то при подключении одной из обмоток статора к источнику переменного напряжения, выходное напряжение перпендикулярно ей обмотки статора будет изменяться по закону синуса двойного угла поворота ротора, т.е. (2) f (a) = sin 2 а .

Недостатком известного датчика является существенное отклонение синусоидальной зависимости от линейного закона, которая в середине диапазона а + 30 составляет 7,0%.

Целью изобретения является повышение линейности функции выходного напряжения в заданном диапазоне углов поворота ротора.

Указанная цель достигается тем, что в электромашинном кольцевом датчике угла, содержащем статор с взаимноперпендикулярными обмотками возбуждения и выходной ротор с короткозамкнутой обмоткой, в цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивления.

На чертеже изображена схема датчика угла, содержащего три синусоидально распределенные обмотки.

Две из обмоток 1 и 2 взаимно перпендикулярно размещены на статоре, а обмотка ротора 3 замкнута..

Однако из обмоток 1 статора подключена к источнику 4 переменного напряжения, а вторая 2 является выходной обмоткой. В цепи обмоток статора и ротора последовательно включены реактивные сопротивления 5-7.

Датчик работает следующим образом.

При подключении обмотки возбуждения к источнику переменного напряжения в датчике возникает пульсирующее магнитное поле.

Если ось замкнутой обмотки ротора 3 перпендикулярна или совпадает с осью обмотки 1 возбуждения, то отсутствует поперечная составляющая магнитного поля, создающая ЭДС в выходной обмотке 2 и вых = О.

Если в датчике нагружена симметрия первичных обмоток, т.е. полное сопротивление цепей обмоток 1 и 2 неодинаково, то синусоидальная функция (2) искажается ре5 акцией обмотки ротора 3.

Тогда функция выходного напряжения обмотки 2 будет равна

sin 2 а

10 1 = — М соз2а

Здесь для М знак (-) для углов поворота ротора а =0-45О, а знак(+) для углова

a .90

15 Знаки (+) и (-) перед М показывают, что подбором параметров обмоток можно обеспечить отрицательное и положительное значения коэффициента М. Это расширяет фун кционал ь н ые возможности устройства.

20 Например, при М = 0,5 функция (3) имеет в

26 раз меньше отклонение от линейного закона, чем синусная функция (2) в диапазоне угловф -. 30

При питании от источника с частотой

25 400 Гц и выше индуктивные сопротивления обмоток на несколько порядков выше активных и последними можно пренебрегать.

Значение коэффициента М, оптимальное для выбранного диапазона углов а

30 связано с параметрами цепей обмоток датчика зависимостью

Х1 Х(п23 X2 Хт13

2 . 2

2 2 .. >

35 Х1 Xm23+A>Xm1,3 2 X1 X2 ХЗ где xm — сопротивление взаимной индукции обмоток 1 и 2 статора и ротора 3; х1, х2, хз — полное реактивное сопротив40 ление обмоток; х — собственное сопротивление обмот1 ки;х=х +х, 1

I хн - внешнее сопротивление.

Коэффициент M зависит от хн и чисел

45 витков обмотки.

При симметрии первичных обмоток 1 и

2 числитель 1 (М = О) и

f(a ) = sin 2 а.

Если в обмотках 1 возбуждения и ротора 3 нет внешних сопротивлений, т.е. хн1 = ! I

xg3 = 0 и обмотки статора идентичны x1 = x2 то

55 (4) 1742948

Л М =О5г — 1- (5) где

Составитель P.ÏàìôèëîB

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Реда кторН. Гунько

Заказ 2292 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 где р = — — относительная величина л1 хн2

xj внешнего сопротивления;

„2

Л вЂ” -г- — коэффициент, харакх1 хз теризующий рассеяние магнитного потока, не зависит от чисел витков обмоток 1 и 2.

Если выходная обмотка 2 разомкнута (1нг= ),то 10

В этом случае коэффициент М в равной мере 20 зависит ото и)Ъ, т,е. or)(<1 и хнз, Для примера определим согласно (5) внешнее сопротивление в цепи обмотки 1 возбуждения, когда обмотка ротора замкнута накоротко (хнз = О). В этом случае P1 = 25

il +0,5(М)= ", < х 1

В датчиках обычно А 0,9 и М 0,5, поэтому согласно (5) в цепь обмотки возбуждения следует включать емкостное сопро1 тивление х

По сравнению с известным предлагаемый датчик обладает следующими преимуществами: позволяет уменьшить отклонение функции выходного напряжения от линейного закона ротора, что обеспечивает повышение точности измерений угла поворота ротора.

Формула изобретения

Электромашинный кольцевой датчик угла, содержащий статор с двумя взаимно перпендикулярными обмотками и ротор с короткозамкнутой обмоткой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения линейности функции выходного напряжения в заданном диапазоне углов поворота ротора, в цепи обмоток статора и ротора последовательно включены дополнительные реактивные сопротивления.