SU765945A1 - Синусно-косинусный датчик угла - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрическим машинам малой мощности и может быть использовано в системах автоматики и измерительной техники в качестве преобразователя перемещения в электрический сигнал.

Известен синусно-косинусный датчик, содержащий два диска, расположенных соосно, на обращенных сторонах которых размещены печатные обмотки, выполненные в виде радиальных токопроводящих проводников, соединенных между ¹¹ собой последовательно (11. На одном (первом) диске проводники, уложенные с шагом , где 2Zj — общее число проводников первого диска, образуют однофазную обмотку. На другом диске проводники, образующие двухфазную’⁵ обмотку, разделены на секции, число которых для нониусных обмоток равно N = 2(Z_t — Z₂). Проводники в каждой секции распределены с шагом, равным , где 2Z₂ - общее число проводников второго диска; Диаметрально противоположные секции этой обмотки соединены между собой последовательно, образуя двухфазные (квадратурные) обмотки.

Недостатком известного датчика является наличие в выходном сигнале датчика слагаемых, зависящих от экецентрисистета геометрических осей и перекоса (торцового биения) обращенных поверхностей дисков, что приводит к дополнительному угловому (фазовому) смещению выходных напряжений датчика, т.е. к снижению точности преобразования перемещения в электрический сигнал.

Известен также синусно-косинусный датчик угла, содержащий соосно установленные диски с печатными обмотками на обращенных друг к другу поверхностях дисков, одна из обмоток выполнена двухфазной, а другая - однофазной, состоящей из m секций (где m > 2), вдоль геометрических осей которых установлено m датчиков торцового зазора, которые подключены к соответствующим секциям однофазной обмотки, и выходные клеммы датчика {2J.

Однако указанное устройство обладает недостаточной точностью.

Цель изобретения — повышение точности за счет уменьшения влияния экецентрисистета и перекоса обращенных поверхностей дисков.

Для этого датчики торцового зазора выполнены индуктивными с входными и выходными обмотками, размещенными на магнитопроводах, например П-образных, входные обмотки каждого из датчиков торцового зазора подключены к соответствующим диаметрально противоположным секциям однофазной обмотки, а выходные обмотки последовательно соединены между собой и подключены к выходным клеммам датчика. '

На поверхности диска с многофазной обмоткой соосно с геометрической осью датчика угла может быть размещено магнитопроводящее кольцо.

На фиг. 1 представлен датчик угла; на фиг. 2 - схема включения синусно- косинусного датчика угла; на фиг. 3 - схема выполнения двухфазной нониусной обмотки синусно-кисинусного датчика угла.

Датчик содержит стальной диск 1 статора, на поверхности которого нанесена печатная двухфазная обмотка 2, диек ротора 3 с печатной однофазной обмоткой 4, индуктивные датчики 5-8 торцового зазора, состоящие, например, из П-образного магнитопровода 9, корпус 10 и 25 двух обмоток 11 и 12, намотанных на магнитопроводе 9 (для каждого из датчиков).

Двухфазная обмотка 2 разделена на секции 13, число которых для датчиков с нониусными обмотками равно N = 2(Z. — Z₂). Каждая сек¹ ция содержит *— проводников, соединенных последовательно.

Диаметрально противоположные секции обмотки 2 статора 1 соединены между собой с образованием двух квадратурных (двухфазные) обмоток.

Однофазная обмотка ротора 3 разделена, например, на'4 симметричные секции 14-15, 16—17, 18—19, 20—21. Каждая секция содержит 2Z₄ /4 проводников, последовательно соединенных-между собой.

Индуктивные датчики 5—8 торцового зазора установлены вдоль геометрических осей секций однофазной обмотки ротора 3 с диаметрально противоположной стороны.

Выводы 22 и 23 первичной обмотки 11 каждого из датчиков 5—8 подключены к диаметрально противоположной секции обмотки ротора 3, т.е. выводы 22-23 датчика 5 подключены к секциям 18—19.

Выводы 24 и 25 вторичной обмотки 12 каждого из датчиков 5-8 соединены последовательно между собой, образуя выход (при запитке датчика угла со стороны двухфазной обмотки) однофазной обмотки синусно-косинусного датчика угла.

При запитке датчика угла со стороны двухфазных статорных обмоток выводами 26—27 . и 28—29 (см. фиг. 1) в секциях роторной об10 изменяются в функции по законам синуса и косинуса (для кокаждой из секций мотки 4 индуктируются переменные напряжения, амплитуды которых от угла поворота ротора (для синусной обмотки) синусной обмотки).

Выходные напряжения роторной обмотки поступают на запитку соответствующих диаметрально противоположных индуктивных датчиков 5-8 торцового зазора в соответствии, при этом на выходных обмотках 12 датчиков 5-8 индуктируются напряжения, обратно пропорциональные торцовому зазору (в месте установки датчиков 5-8) между поверхностями дисков статора и ротора.

При отсутствии эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков статора и ротора ЭДС, наведенные во вторичных обмотках индуктивных датчиков 5—8, имеют одни и те же значения, при этом векторы ЭДС, наведенной в диаметрально противоположных секциях, например 14—15 и 18—19 роторной обмотки 4, равны друг другу по амплитуде и совпадают друг с другом по углу (фазе).

При смещении геометрической оси статора по оси ОХ относительно центра вращения вала ротора датчика угла векторы ЭДС, наведенной в секциях 14-15 и 18-19 роторной, обмотки 4_? сдвинуты относительно первоначального положения на равные углы, при этом, если за счет перекоса поверхностей дисков статора и ротора, торцовые зазоры между, поверхностями дисков в месте расположения секций 14—15, 18-19 не равны друг другу, амплитуды векторов ЭДС в секциях 14-15, 18—19 не равны друг другу, что приводит (без учета включения индуктивных датчиков 5, 7 торцового зазора) к угловому повороту относительно первоначального положения вектора, равного сумме ных ЭДС, а следовательно, и к преобразования.

Векторы ЭДС, наведенной в и 20—21 роторной обмотки 4, при смещении геометрической оси статора по оси ОХ практически не изменяют своего углового положения относительно первоначального положения, которое они занимали при отсутствии эксцентриситета.

При подключении секций 14-15 и 18-19 роторной обмотки 4 к первичным обмоткам индуктивных датчиков 7 и 5 соответственно на выходах вторичных обмоток 24—25 датчиков 7 и 5 индуктируются напряжения практически равной амплитуды, а суммарный вектор ЭДС, полученный на выходе датчика, занимает первоначальное положение, который занимал суммарный вектор ЭДС при отсутствии эксцентриситета и перекоса,;дисков датчика угла.

При смещении геометрической оси статора (или ротора) по оси ОУ относительно центра векторов указанпогрешности секциях 16—17 вращения вала ротора, в датчике угла также произойдет угловое смещение и изменение ам плитуд векторов ЭДС, наведенных в секциях 16-17 и 20-21. Однако за счет включения диаметрально противоположных датчиков 6 и 8 торцового зазора соответственно амплитуды век торов ЭДС наведенных во вторичных обмотках датчиков 6 и 8, также практически равны между собой, а суммарный вектор, полученный на выходе датчика, занимает также первоначальное положение, которое он занимал при отсутствии перекоса и эксцентриситета дисков датчика угла.

Таким образом, в предлагаемом датчике угловое положение вектора суммарного напряжения, полученного на выходе однофазной обмотки, а следовательно, и угловая точность датчика практически не зависят в заданном диапазоне от эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков датчика.

Таким образом, благодаря включению в выходы гл секций однофазной обмотки m индуктивных датчиков торцового зазора, установленных вдоль геометрических осей’ каждой из секций однофазной обмотки с диаметрально противопо- ₂s ложной стороны, повышается точность датчика за счет исключения погрешностей от эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков датчика.

Если диск статора выполнен из немагнитопроводящего материала, например из алюминия, стекла, то на обращенной поверхности диска статора необходимо установить плоское кольцо из магнитопроводящего материала, расположенного под полюсами П-образных магнитопроводов датчиков 5—8 торцового зазора.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электрическим маши нам малой мощности и может быть использовано и системах автоматики и измерительной техники в качестве преобразовател  перемещени  в электрический сигнал. Известен синусно-косинусный датчик, содержащий два диска, расположенных соосно, на обращенных сторонах которых размещены печатные обмотки, выполненные в виде радиальных токопровод щих проводников, соединенных между собой последовательно 1. На одном (первом) диске проводники, уложенные с шагом j- , где 2Zi - общее число проводников первого диска, образуют однофазную обмотку. На другом диске проводники, образующие двухфазную обмотку, разделены на секции, число которых дл  нониусных обмоток равно N 2(2.i - Zj) Проводники в каждой секции распределены с щагом, равным , , где 22 - общее число проводников второго ДИСКЕТ Диаметрально противоположные секции этой обмотки соединены между собой последовательно, образу  двухфазные (квадратурные) обмотки. Недостатком известного датчика  вл етс  наличие в выходном сигнале датчнка слагаемьнс, завис щих от эксцентрисистета геометрических осей и перекоса (торцового биени ) обращенных поверхностей дисков, что приводит к дополнительному угловому (фазовому) смещению выходных напр жений датчика, т.е. к снижению точности преобразовани  перемещени  в электрический сигнал. Известен также синусно-косинусный датчик угла, содержащий соосно установленные диски с печатными обмотками на обращенных друг к другу поверхност х дисков, одна из обмоток вьтопнена двухфазной, а друга  - однофазной, состо щей из m секций (где m 2), вдоль геометрических осей которых установлено m датчиков торцового зазора, которые подключены к соответствующим секци м однофазной обмотки, и выходные клеммы датчика 121. Однако указанное устройство обладает недостаточной точностью. Цель изобретени  - повыщение точности за счет уменьщени  вли ни  эксцентрисистета и перекоса обращенных поверхностей дисков. 37 JLii этогч) датчики торцового зазора выполFiein t Н11дуктнш1ыми с входными и выходными обмотками, размещенными на магнитопроводах например П-образных, входные обмотки каждого из датчиков торцового зазора подключены к соответствующим диаметрально противоположным секци м однофазной обмотки, а выходные обмотки последовательно соединены меж ду собой и подключены к выходным-клеммам датчика. На поверхности диска с многофазной обмоткой соосно с геометрической осью датчика угла может быть размещено магнитопровод щее кольцо. На фиг. 1 представлен датчик угла; на фиг. 2 - схема включени  синусно- косинусного датчика угла; на фиг. 3 - схема выполнени  двухфазной нониусной обмотки синусно-кисинусного датчика угла. Датчик содержит стальной диск 1 статора, на поверхности которого нанесена печатна  двух , фазна  обмотка 2, диск ротора 3 с печатной однофазной обмоткой 4, индуктивные датчики 5-8 торцового зазора, состо щие, например, из П-образного магнитопровода 9, корпус 10 и двух обмоток 11 и 12, намотанных на магнитопроводе 9 (дд  каждого из датчиков). Двухфазна  обмотка 2 разделена на секции число которых дл  датчиков с нониусными обмотками равно N 2(Z - Zj). Кажда  сек 2,z ци  содержит - проводников, соединенных последовательно. Диаметрально противоположные секции обмотки 2 статора 1 соединены между собой с образованием двух квадратурных (двухфазные) обмоток. Однофазна  обмотка ротора 3 разделена, например , на4 симметричные секдии 14-15, 16-17, 18-19, 20-21. Кажда  секци  содержит 2Z /4 проводников, последовательно соединенных-между собой. Индуктивные датчики 5-8 торцового зазора установлены вдоль геометрических осей секций однофазной обмотки ротора 3 с диаметрально противоположной стороны. Выводы 22 и 23 первичной обмотки 11 каж дого из датчиков 5-8 подключены к диаметрально противоположной секции обмотки ротора 3, т.е. выводы 22-23 датчика 5 подключены к секци м 18-19. Выводы 24 и 25 вторичной обмотки 12 каж дого из датчиков -5-8 соединены последователь но между собой, образу  выход (при запитке датчика угла со стороны двухфазной обмотки) однофазной обмотки синусно-косинусного датчи ка угла. При запитке датчика угла со стороны двухфазных стат.орных обмоток выводами 26-27 . и 28-29 (см. фиг. 1) в -секци х роторной обМОТКИ 4 индуктируютс  пе|)емеиные напр жени , амплитуды которых измен ютс  в (|)ункции от угла поворота ротора 3 по законам синуса (дл  синусной обмотки) и косинуса (дл  косинусной обмотки). Выходные напр жени  каждой из секций роторной обмотки поступают на запитку соответствующих диаметрально противоположных индуктивных датчиков 5-8 торцового зазора в соответствии, при этом на выходных обмотках 12 датчиков 5-8 индуктируютс  напр жени , обратно пропорциональные торцовому зазору (в месте установки датч1п ов 5-8) между поверхност ми дисков статора и ротора. При отсутствии эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков статора и ротора ЭДС, наведенные во вторичных обмотках индуктивных датчиков 5-8, имеют одни и те же значени , при этом векторы ЭДС, наведенной в диаметрально противоположных секци х, например 14-15 и 18-19 роторной обмотки 4, равны друг другу по амплитуде и совпадают друг с другом по углу (фазе). При смещении геометрической оси статора по оси ОХ относительно центра вращени  вала ротора датчика угла векторы ЭДС, наведенной в секци х 14-15 и 18-19 роторной, обмотки 4 сдвинуты относительно первоначального положени  на равные углы, при этом, если за счет перекоса поверхностей дисков статора и ротора, торцовые зазоры между, поверхност ми дисков в месте расположени  секций 14-15, 18-19 не равны друг другу, амплитуды векторов ЭДС в секци х 14-15, 18-19 не равны друг другу, что приводит (без учета включени  индуктивных датчиков 5, 7 торцового зазора) к угловому повороту относительно первоначального положени  вектора, равного сумме векторов указанных ЭДС, а следовательно, и k погрешности преобразовани . Векторы ЭДС, наведенной в секци х 16-17 и 20-21 роторной обмотки 4, при смещении геометрической оси статора по оси ОХ практически не измен ют своего углового положени  относительно первоначального положени , которое они занимали при отсутствии эксцентриситета . При подключении секций 14-15 и 18-19 роторной обмотки 4 к первичным обмоткам индуктивных датчиков 7 и 5 соответственно на выходах вторичных обмоток 24-25 датчиков 7 и 5 индуктируютс  напр жени  практически равной амплитуды, а суммарный вектор ЭДС, полученный на выходе датчика, занимает первоначальное положение, который занимал суммарный вектор ЭДС при отсутствии эксцентриситета и перекоса.;дисков датчика угла. При смещении геометрической оси статора (или ротора) по оси ОУ относительно центра вращени  вала ротора, в датчике угла также произойдет угловое смещение и изменение ам плитуд векторов ЭДС, наведенных в секди х 16-17 и 20-21. Однако за счет включени  диаметрально противоположных датчиков 6 и 8 торцового зазора соответственно амплитуды век торов ЭДС наведенных во вторичных обмотках датчиков 6 и 8, также практически равны между собой, а суммарный вектор, полученный на выходе датчика, занимает также первоначальное положение, которое он занимал при отсутствии перекоса и эксцентриситета дисков датчика угла . Таким образом, в предлагаемом датчике угловое положение вектора суммарного напр жени , получершого на выходе однофазной обмот ки , а следовательно, и углова  точность датчика практически не завис т в заданном диапазоне от эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков датчика. Таким образом, благодар  включению в выхо ды m секций однофазной обмотки m индуктивных датчиков торцового зазора, установленных вдоль геометрическ}о;. осей каждой из секций однофазной обмотки с диаметрально противоположной стороны, повышаетс  точность датчика за счет исключени  погрешностей от эксцентриситета и перекоса поверхностей дисков датчика. Если диск статора выполнен из немагнитопро вод щего материала, например из алюмини , стекла, то на обращенной поверхности диска статора необходимо установить плоское кольцо из магнитопровод щего материала, расположенного под полюсами П-образных магнитопроводов датчиков 5-8 торцового зазора. Формула изобретени  1.Синусно-кос1шусный дапик угла, содержащий соосно установленные диски с печатными обмотка ш на обращенных друг к другу поверхност х дисков, одна из обмоток вьгполнена двухфазной, а друга  - однофазной, состо щей из m секций (где m 2), вдоль геометрических осей которых установлено m датчиков торцавого зазора, которые подключены к соответствующим секци м однофазной обмотки, и выходные клеммы датчика, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  вли ни  эксцентриситета и перекоса обращенных поверхностей дисков , датчики торцового зазора выполнены индуктивными с входными и выходными обмотками , размещенными на магнитопроводах, например , П-образных, входные обмотки каждого из датчиков торцового зазора подключены к соответствующим диаметрально противоположным секци м однофазной обмотки, а выходные обмотки последовательно соединены между собой , и подключены к выходным. клеммам датчика . 2.Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что на поверхности диска с многофазной обмоткой соосно с геометрической осью датчика угла размещено магнитопровод щее кольцо. Источники информашш, прин тые во : внимание; при экспертизе 1.Бычагин Д. А. Поворотный шщуктосин, М.-Л., Энерги , 1969, с. 7-13.
2. 2.Авторское сввдетельство СССР № 521636, кл. Н 02 К 24/08, 1974.