Двухотсчетный индукционный редуктосин

Полезная модель относится к электротехнике, преимущественно к микромашинам, а именно к вращающимся трансформаторам, точнее к редуктосинам, применяемым в системах автоматики, следящих системах, гироскопических приборах и др.
Под индукционным редуктосином следует понимать датчик угла, представляющий собой бесконтактный синусно-косинусный вращающийся трансформатор с электрической редукцией, состоящий из ротора и статора. При этом обмотки возбуждения, синусные, косинусные, компенсационные и дополнительные обмотки расположены на статоре, ротор же выполнен безобмоточным. Двухотсчетный индукционный редуктосин, по сути, представляет собой двухканальный абсолютный редуктосин, предназначенный для различных целей, в том числе для определения, например, угла поворота и положения вращающегося вала механизма в конкретный момент времени (абсолютного положения).
Известен индукционный редуктосин согласно авторскому свидетельству SU 1830597, содержащий зубчатый безобмоточный ротор и статор с обмоткой возбуждения и двухфазной синусно-косинусной обмоткой, преобразующий угловое положение ротора в электрический сигнал. При этом редуктосин не определяет абсолютное положение ротора.
В патенте FR 2804804 показан индукционный редуктосин, содержащий два ротора с одинаковым числом зубцов на их наружной радиальной поверхности, расположенные с зазором на единой оси таким образом, что зубец одного из них находится рядом с впадиной другого, смещенные в плоскости соединения на некоторый угол для повышения точности, два статора, соединенные с некоторым зазором, в котором намотана обмотка возбуждения, с одинаковым количеством зубцов, на которые намотаны обмотка возбуждения, синусная, косинусная, компенсационная и дополнительные обмотки. Решение обеспечивает высокую точность угла поворота вала, однако также не определяет абсолютное положение ротора.
Датчик углового положения по US 6958602, принятый за прототип, содержит ротор, состоящий из двух аксиально расположенных частей, и статор, состоящий из двух частей, при этом первая часть ротора и первая часть статора составляют первый модуль датчика, вторая часть ротора и вторая часть статора составляют его второй модуль. Датчик углового положения обеспечивает распознавания угла поворота ротора и его абсолютное положение. Вместе с тем датчик является одноотсчетным с редукцией 1, обладает недостаточно высокой точностью определения углового положения ротора и его абсолютного положения в связи с низкой редукцией модуля точного отсчета.
Целью полезной модели является создание двухотсчетного индукционного абсолютного редуктосина малых габаритов, высокой точности, позволяющего обработку вырабатываемых им аналоговых сигналов электронными средствами исчисления.
Сущность полезной модели, как технического решения, выражается в совокупности существенных признаков, достаточной для достижения технического результата, обеспечиваемого полезной моделью.
Технический результат, полученный при использовании данной полезной модели, заключается в создании двухотсчетного индукционного редуктосина, в котором уменьшение габаритов обеспечено установкой статоров с обмотками соосно в непосредственной близости друг от друга, и их роторов, соединенных на единой оси. Высокая точность, возможность обработки вырабатываемых аналоговых сигналов электронными средствами исчисления, синхронизация работы статоров в процессе изменения положения роторов обеспечена соотношением параметров статоров и роторов.
Технический результат, полученный при использовании данной полезной модели, достигается тем, что в двухотсчетном индукционном редуктосине, состоящем из статора грубого отсчета и статора точного отсчета, сложенных аксиально и скрепленных вместе, сердечники которых выполнены в виде колец, каждый из которых установлен в своей обойме, с зубцами, равномерно распределенными на внутренней радиальной поверхности каждого сердечника, на которые намотаны катушки, ротора грубого отсчета и ротора точного отсчета в виде колец, сложенных аксиально одно рядом с другим и скрепленных вместе, с зубцами на их наружной радиальной поверхности, установленных в центральном отверстии статоров так, что статор грубого отсчета охватывает ротор грубого отсчета, а статор точного отсчета охватывает ротор точного отсчета, с зазором между зубцами статоров и зубцами роторов, число зубцов ротора грубого отсчета и число зубцов ротора точного отсчета не имеют общих делителей и общих множителей, соотношение количества зубцов статора грубого отсчета к числу зубцов ротора грубого отсчета составляет 28/1, соотношение числа зубцов статора точного отсчета к числу зубцов ротора точного отсчета составляет 21/16, при этом зубцы на статорах выполнены скошенными.
В предпочтительном варианте полезной модели на наружной поверхности ротора грубого отсчета выполнено три зубца.
В предпочтительном варианте полезной модели число зубцов статора грубого отсчета и число зубцов статора точного отсчета одинаково.
Двухотсчетный редуктосин представляет из себя абсолютный датчик угловых перемещений, в составе которого имеются статор грубого отсчета и ротор грубого отсчета, взаимодействующий с ним, статор точного отсчета и ротор точного отсчета, взаимодействующий с ним.
Для того чтобы двухотсчетный редуктосин был абсолютным, редукции точного и грубого отсчетов не должны иметь общих множителей. Для достижения показателей точности на точном отсчете выбрана редукция 2 в степени 6, при этом редукция на грубом отсчете должна быть нечетной. Для обеспечения исчисления электронными средствами обработки аналогового сигнала число должно быть минимальным, но при редукции равной 1 для редуктосина существенно влияние механических факторов точности изготовления как деталей редуктосина, так и деталей устройства в которое он устанавливается, на погрешность следования. При редукции грубого отсчета 3 электрическая редукция точного отсчета будет 64. Так как у 3 и 64 нет общих делителей совмещение электрических нулей (в пределах допустимого расхождения 5') имеет место только в нулевом положении, имеющем отметку на роторе и статоре. Подобная компоновка редуктосина с учетом особенностей его работы позволяет получить минимальную погрешность при максимальной защищенности от возникновения неопределенности вычисления значения абсолютного положения на фоне случайных помех.
Соотношение числа зубцов статора грубого отсчета к числу зубцов ротора грубого отсчета, равное 28/1, и соотношение числа зубцов статора точного отсчета к числу зубцов ротора точного отсчета, равное 28/16, выбраны из соображений обеспечения высокой точности, возможности обработки вырабатываемых аналоговых сигналов электронными средствами исчисления, синхронизации работы статоров в процессе изменения положения роторов, получения корректного отображения синусной зависимости изменения положения ротора относительно статора.
Двухотсчетный индукционный редуктосин с таким отношением числа зубцов статоров к числу зубцов роторов чувствителен к нечетным высшим гармоникам. Наиболее критичной является паразитная третья гармоника. Паразитная третья гармоника имеет наибольшую амплитуду относительно других гармоник. Данный эффект дает смещение фазового контура и приводит к существенному снижению точности отображения синусоидального сигнала, получаемого с синусной и косинусной обмоток статоров грубого и точного отсчета. Для подавления паразитной третьей гармоники, а также исключения неопределенности вычисления значения абсолютного положения на фоне случайных помех зубцы статоров двухотсчетного редуктосина выполнены со скосом.
Синусная и косинусная обмотки выполнены по схеме синусной концентрической обмотки, числа витков которой распределены по синусоидальному закону. Преимущество обмотки, намотанной по синусоидальному закону, состоит в том, что полученная синусоида содержит только высшие гармоники Zn±1 и нечувствительна к низшим гармоникам, появляющимся в кривой индукции магнитного поля, к технологическим погрешностям при изготовлении магнитопроводов.
n
Двухотсчетный редуктосин с высокой степенью разрядности на точном отсчете позволяет измерять изменение углового положения ротора с высокой точностью. Для электронных вычислительных систем необходимо получение четной разрядности. Четная разрядность не позволяет определить начальную точку положения ротора на точном отсчете, так как 2, где n-целое число, при n=1 делит один оборот ротора 360° на 2, и точка отсчета для электронной вычислительной системы может быть X или Х+180°. Грубый отсчет позволяет определить начальную точку отсчета редуктосина в целом.
Ниже рассмотрен пример реализации полезной модели.
На фиг. 1 показан двухотсчетный индукционный редуктосин.
На фиг. 2 показан ротор двухотсчетного индукционного редуктосина.
На фиг. 3 показан сердечник статора грубого отсчета двухотсчетного индукционного редуктосина.
На фиг. 4 показан сердечник статора точного отсчета двухотсчетного индукционного редуктосина.
Двухотсчетный индукционный редуктосин (фиг. 1-4) реализован в бескорпусном исполнении и состоит из статора грубого отсчета 1, расположенного в обойме 2, и статора точного отсчета 3, расположенного в обойме 4, установленных аксиально и скрепленных вместе, сердечники которых выполнены в виде колец, собранных из вырубленных из листа пермаллоя пластин, с 84 зубцами 5 на статоре грубого отсчета 1, скошенными под определенным углом, и с 84 зубцами 6 на статоре точного отсчета 3, скошенными под определенным углом. Применение одинаковых пластин в статоре грубого отсчета и статоре точного отсчета в данном примере повышает технологичность изготовления редуктосина. Зубцы равномерно распределены на внутренней радиальной поверхности каждого из статоров. На зубцы 5 статора грубого отсчета намотаны катушки, в которых уложены обмотка возбуждения, синусная, косинусные, компенсационные и дополнительные обмотки. На зубцы 6 статора точного отсчета намотаны катушки, в которых уложены обмотки возбуждения, синусные, косинусные, компенсационные и дополнительные обмотки. В центральное отверстие статоров 1 и 3 вставлены ротор грубого отсчета 7 и ротор точного отсчета 8, расположенные на одной оси так, что статор грубого отсчета 1 охватывает ротор грубого отсчета 7, а статор точного отсчета 3 охватывает ротор точного отсчета 8. На наружной радиальной поверхности ротора грубого отсчета 7 выполнены три зубца 9, равномерно расположенные по ее периметру. На наружной радиальной поверхности ротора точного отсчета 8 выполнены 64 зубца 10, равномерно расположенные по ее периметру. Между зубцами статора грубого отсчета и зубцами ротора грубого отсчета, а также между зубцами статора точного отсчета и зубцами ротора точного отсчета выполнен зазор, магнитное сопротивление которого меняется в зависимости от взаимного расположения их зубцов при вращении ротора, обеспечивая при этом необходимое электромагнитное поле.
n
Двухотсчетный индукционный редуктосин работает следующим образом. При питании обмотки возбуждения статора грубого отсчета переменным синусоидальным напряжением с синусной и косинусной обмоток снимаются два напряжения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворота с пространственным сдвигом. Начальное положение двухотсчетного редуктосина разделено в электромагнитном поле тремя зубцами по 120° на каждый сектор, что позволяет по величине амплитуды напряжения синусной и косинусной обмоток определить три значения действительных углов и математической разницей которых вычислить истинное положение ротора. При питании первичной обмотки точного отсчета переменным синусоидальным напряжением с синусной и косинусной обмоток снимаются два напряжения, амплитуды которых изменяются в функции угла поворота с пространственным сдвигом. Получив истинное положение двухотсчетного редуктосина можно определить в дальнейшем величину последующего изменения положения ротора. Повороту ротора точного отсчета на угол, равному зубцовому делению, соответствует полный период изменения амплитуды выходного напряжения, а при повороте ротора на один оборот число периодов изменения амплитуды выходного напряжения равно числу зубцов ротора 2, где n-целое число, и, благодаря высокой электрической редукции, редуктосин с высокой точностью определяет угловое положение ротора.
Предлагаемое решение с учетом особенностей работы позволяет создать малогабаритный двухотсчетный индукционный редуктосин высокой точности, получать минимальную погрешность вычисления абсолютного положения угла поворота ротора при максимальной защищенности от возникновения неопределенности вычисления значения абсолютного положения на фоне случайных помех, позволяет обработку вырабатываемых редуктосином аналоговых сигналов электронными средствами исчисления.
Конечно, предлагаемый пример реализации полезной модели не единственный. Иные примеры реализации полезной модели могут быть реализованы в пределах ее формулы.