ДАТЧИК СКОРОСТИ ОГРАНИЧЕННОГО ВРАЩЕНИЯ
SENSOR OF RESTRICTED ROTATION SPEED

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в сканирующих устройствах ограниченного вращения.
Известен датчик угловой скорости постоянного тока с ограниченным углом поворота по свидетельству на полезную модель RU 32280 U1, дата публикации 10.09.2003, содержащий четырехполюсный внешний статор с измерительной обмоткой и внутренний двухполюсный поворотный ротор, включающий постоянный магнит, выполненный из закритического материала в виде прямой призмы с полюсами на ее основаниях, перпендикулярных оси вращения, на полюсах магнита установлены полюсные наконечники с возможностью взаимодействия с полюсами статора.
Недостатком данной конструкции является сравнительно большой момент инерции ротора, обусловленный использованием магнитного материала ротора.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков является поворотный электродвигатель колебательного движения, который может быть использован как датчик скорости, по патенту SU 1647790 А1, дата публикации 07.05.1991, содержащий статор, две катушки управления, два постоянных магнита, ротор с подшипниками и торсион. Статор выполнен из двух магнитопроводящих частей, на которых размещены катушки управления. Постоянные магниты установлены симметрично между частями статора. Ротор размещен в цилиндрическом зазоре статора. С целью улучшения линейности колебаний и увеличения ресурса в местах соединения частей статора с полюсом одного из постоянных магнитов выполнен, по меньшей мере, один паз.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести:
- значительный момент инерции в результате работы ротора,
- возникновение «паразитного» момента вращения от угла поворота датчика,
- зависимость коэффициента электродвижущей силы (ЭДС) из-за неравномерности воздушного зазора между ротором и статором,
- низкий коэффициент преобразования величины скорости поворота в электрическое напряжение в силу сравнительно малого количества витков, расположенных на статоре.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание датчика скорости высокой надежности, технологичности с простой схемой последующей электронной обработки сигнала.
Техническими результатами настоящего изобретения являются: уменьшение момента инерции вращающейся части датчика, увеличение коэффициента преобразования скорости в напряжение и обеспечение постоянного коэффициента ЭДС.
Задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в датчике скорости ограниченного вращения, содержащем статор в виде двух магнитопроводов, расположенные симметрично магниты, ротор и обмотки, зафиксированные на магнитопроводах в зазоре между магнитопроводами и ротором,
- магнитопроводы выполнены из шихтованного магнитомягкого материала с высокой магнитной проводимостью,
- в средней части магнитопроводы выполнены в виде полюсных наконечников,
- ротор выполнен явнополюсным,
- ротор выполнен из сплошного магнитомягкого материала с высокой индукцией насыщения,
- ротор выполнен с минимальным сечением, обеспечивающим работу ротора в области магнитного насыщения,
- магнитное поле возбуждается высокоэрцитивными магнитами, жестко установленными на магнитопроводах,
- рабочий зазор между ротором и магнитопроводами - величина постоянная.
В описанном решении указанный технический эффект достигается всей совокупностью существенных признаков, в том числе:
- выполнение магнитопроводов из шихтованного магнитомягкого материала с высокой магнитной проводимостью, в средней части в виде полюсных наконечников, позволяет создать равномерное распределение магнитного поля в рабочем зазоре между ротором и полюсами при значительном изменении угла поворота ротора,
- выполнение ротора явнополюсным позволяет обеспечить эффективное распределение магнитного поля в рабочем зазоре, постоянство коэффициента ЭДС в рабочем диапазоне угла поворота ротора,
- выполнение ротора из сплошного магнитомягкого материала с высокой индукцией насыщения позволяет получить высокое значение индукции в рабочем зазоре, а также увеличить технологичность изготовления,
- выполнение ротора с уменьшенной площадью сечения ротора в наиболее узкой части обеспечивает работу материала ротора в области магнитного насыщения, что делает датчик нечувствительным к изменению величины магнитного потока магнитов, обусловленной изменением температуры окружающей среды; также уменьшается масса и, как следствие, момент инерции ротора. Уменьшение момента инерции подвижной части датчика позволит уменьшить мощность потребления привода, в котором будет использован датчик, в динамическом режиме работы,
- возбуждение магнитного поля производится магнитами, жестко установленными на магнитопроводах, а не на роторе, что позволяет значительно уменьшить момент инерции вращающейся части ротора,
- обеспечение постоянной величины рабочего зазора между ротором и магнитопроводами позволяет обеспечить постоянство коэффициента преобразования скорости в напряжение, а за счет высокой индукции магнитного потока в рабочей зоне обмоток позволит увеличить ее величину. В свою очередь высокий коэффициент преобразования скорости в напряжение позволяет обойтись без схем усиления сигнала по напряжению.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где представлен общий вид датчика скорости в разрезе.
Датчик скорости ограниченного вращения содержит статор в виде двух магнитопроводов 1 и 2, расположенные симметрично напротив друг друга магниты 3 и 4, сплошной явнополюсный ротор 5, расположенный между полюсными наконечниками 6 и 7 магнитопроводов 1 и 2, четыре обмотки 8, зафиксированные на магнитопроводах 1 и 2 в зазоре между магнитопроводами 1 и 2 и ротором 5. Магнитопроводы 1, 2 выполнены из шихтованного магнитомягкого материала с высокой магнитной проводимостью, в средней части в виде полюсных наконечников 6 и 7. Ротор 5 выполнен явнополюсным из сплошного магнитомягкого материала с высокой индукцией насыщения и минимальным сечением, достаточным для работы ротора 5 в области магнитного насыщения. Требуемая величина сечения определяется расчетным путем и зависит от характеристик магнитного материала и величины магнитного поля в роторе 5.
Магниты 3, 4 и магнитопроводы 1, 2 стягиваются алюминиевым корпусом (условно, не показан) статора. Обмотки 8 соединяются между собой таким образом, чтобы значения ЭДС электромагнитной индукции в обмотках 8 складывались между собой. Постоянная величина рабочего зазора между ротором 5 и магнитопроводами 1 и 2 обеспечивается конструкцией.
Работает устройство следующим образом.
Магниты 3 и 4 создают постоянное магнитное поле, которое замыкается через полюсные наконечники 6 и 7 магнитопроводов 1 и 2 обмотки 8 и ротор 5. При вращении ротор 5 отклоняет магнитный поток в рабочей области обмоток 8. При этом в обмотках 8 формируется напряжение, пропорциональное по величине скорости поворота ротора 5.
Таким образом, использование изобретения в сканирующих устройствах ограниченного вращения позволит при высокой надежности и технологичности устройства уменьшить момент инерции вращающейся части привода и, как следствие, повысить быстродействие и уменьшить потребление электроэнергии электроприводом.