Датчик угловых перемещений

 

О П И С А Н И Е 324494

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскиз

Социалистическими

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 09.1.1970 (№ 1393730, 18-24) М. Кл. С Old 5 20 с присоединен нем заявки №

Приоритет

Комитет по аелам изобретений н открытий

УДК 531.14.083.8 (088.8)

1: ) т

Опубликовано 23.XII 1971. Бюллетень М 2 за 1972

Дата опубликования описания 23.II.19"2 при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

В. E. Андронов, А. A. Ьатоврин и А. М. Шитова

Заявитель

ДАТЧИК УГЛОВЬ1Х ПЕРЕМЕЩЕНИЙ за --1 ; р(х+ ), Датчик может быть использован в схемах автоматики и в счетно-решающей технике для преобразования угловых перемещений в электрический сигнал по типу «угол — напряжение, пропорциональное синусу угла» или «угол— фаза».

Известные датчики угловых перемещений (электрические машины) аналогичного назначения выполняются на ферромагнитных цилиндрических магнитопроводах с прямоугольными зубцами и распределенной обмоткой.

Известен многополюсный вращаю1цпйся трансформатор, состоящий из магнптопроводов статора и ротора в виде кольцевых концентрич.ски расположенных пакетов магнптопроводов, в котором, с целью повышения точности воспроизведения синусондальной зависимости, контур каждого зубца, образующий зазор машины, одного из магнптопроводов выполнен с изменяющимся радиусом.

Целью настоящего изобретения является создание устройства, в котором синусоидальпая форма выходного напряжения достигается выполнением профильных зубцов одного из магнитопроводов ротора или статора с одновременным оптимальным выбором размеров зубцов ротора и статора по ширине и скосом пакета магнитопровода.

На фиг. 1 представлен необходимый профиль зубца одного магнптопровода, например, ротора; кривой 1 показан требуемый точный профиль зубца, а кривой 2 — возможный приблнженнын профиль; контур > изображает исходный профиль прямоугольного зубца, где: R — текущая абсцисса; 6p — воздушный зазор; Л(а) — некоторая величина l10 оси ординат L, зависящая от а.

На фпг. 2 представлена развертка одного пз пакетов мап птопровода, например ротора, ц1 ГдЕ: С вЂ” ВЕЛ тЧ1ниа СКОСа; т — ПОЛЮСНОЕ дЕление.

Если датчик перемещений запптан в режиме пульсирующего поля со стороны ротора и пмсст сосредоточенные обмотки на каждом зубце (полюсе), то его м.д.с. в координатах, пока1запных на фнг. 1, определяется рядом Фурье:

2p F — —" ъ соя(21+1)р31,з1п(2/:+1)

5Р „ 1

25 1806 н где: „=: р — число пар полюсов; q— —..ор угол поворота ротора; Рн, — максимальное значение м. д. с.; а — тскущ<1я абсцисса; 6,",—

30 ширина паза ротора.

3244М

Индукция В в любой точке окружности равна

B pор (2) оо где: á() — величина воздушного зазора; гг() — магнитная проницаемость воздуха.

Исходя из желаемого синусоидального изменения функции (2), найдем необходимый профиль зубца из уравнения

= В„„, $1пр(х+ ), (3) о +г (.) где: Л(а) — некоторая величина по оси ординат L, зависящая от (x, (((фI)иH(г. 1);

В„„„, — максимальное значение индукции в зазоре.

Подставив в выражение (3) функцию

Е из (1) и ограничиваясь первой, третьей и пятой гармоническими, после преобразования найдем:

Л (а) =1,27 tl, (N + К (3 — 481п Р(а+1)(+

М81п5р(a+ у) 0788((4)

stn р (a + ()

В последнем выражении

180Ь„ р 500b„p

N =cos "; К = 0,333cos —.D 4:.О, 900b р

М = 0,2со$

11 D p

Таким образом, необходимый профиль воздушного зазора, а следовательно, и профиль зубца определится так: б=бо+Л(а). (5)

Влияние скоса пакета ротора на точность воспроизведения синусной зависимости можно оценить полным «обмоточным» коэффициентом К... равным

2,А 1806 р

К,, = sin cos " созч)(1гМс 2 D)1

180b р

X (6) где: v — номер гармонической; К, — коэф. с фициент скоса, равный —; с — величина скоса; т — полюсное деление-; b„ширина паза статора.

Если выполнить зубцы одного из магнитопроводов, например ротора, так, чтобы зазор под ними изменялся по закону (5), то в кривой индукции будут отсутствовать третьи и пятые гармонические. Подбирая одновременно размеры пазов ротора b„ b,", а также коэффициента скоса К, так, чтобы величина обмоточного коэффициента (6) стала минимальной для седьмой, девятой и т. д. гармонических, можно обеспечить существенное ослабление действия всех высших гармонических и значительно поднять точность отображения синусной зависимости в режиме пульсирующего поля.

Использование датчиков с подобной геометрией зубцов при включении их в режиме вращающегося поля обеспечивает увеличение стабильности величины выходного напряжения и улучшение степени линейности фазы.

При выполнении датчиков со скосом на ве10 личину С=т (фиг. 2) при профильном зубце и определенных размерах пазов статора и ротора, определенных с помощью выражения (6), ))Io KHQ уl)eHbIUHTb реактивный rob(e((T, Ta(( как в зависимости от углового положения ро15 тора значительно уменьшаются колебания величины проводимости воздушного зазора.

Предлагаемые профили могут быть выполнены набором фрез или на специальном профильном шлифовальном станке с экраном, что подтверждается опытом работы.

Л(а) = 1,27а (аЧ+К (3 — 4sin ра(4.

+ М вЂ” P — 0,788 з1прм

40 где:

180b(Ð)ñ р

N=cos лОР

500(1(р)с р

К = 0,333 cos в

900b(P) р

М =0,2cos кйр

50

á() — номинальный воздушный зазор; р— число пар полюсов; D «) — диаметр ротора (статора); bn — ширина паза ротора; bn— ширина паза статора; а — текущая абсцисса, 55 а ширина пазов ротора и статора и коэффициент скоса выбраны так, чтобы величина полного «обмоточного» коэффициента

2 r. iKc 1й р г1л р

Коч = $1п со$ч созч

60 1- Kс 2 41Dр К)Э где: Кс — коэффициент скоса; v — номер гармонической, была бы минимальной для всех нечетных значений номеров гармониче65 ских, кроме первого, третьего и пятого.

Предмет изобретения

Датчик угловых перемещений, содержащий ферромагнитные цилиндрические ротор и

25 статор, каждый прямоугольный зубец которых представляет собой полюс, отагичаюигиггся тем, что, с целью увеличения точности отображения синусной зависимости выходного напряжения в режиме пульсирующего поля и увеличения стабильности выходного напряжения и линейности фазы от угла поворота в режиме вращающегося поля, а также для уменьшения реактивного момента, профиль каждого зубца одного из магнитопроводов ротора (статора) выполнен по закону:

324494

Фиг 2

Составитель 1О. Филимонов

Редактор Б. Нанкина

Тскрсд E. Борисова

Корректоры: О. Зайцева и Н. Шевченко

Заказ 306:11 Изд. ¹ 17 Тирани 44S Поди: снос

1111ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий ири Созстс Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4, 5

Типография, ир. Сапунова, о