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.
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 положение ротора.
Датчик углового положения по US 6958602 содержит ротор, состоящий из двух коаксиально расположенных частей, и статор, также 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 положение. Вместе с тем коаксиальное расположение частей ротора и статора ведет к увеличению габаритов датчика.
В патенте CN 104734440, принятом в качестве прототипа, показан датчик углового положения, содержащий два статора, расположенные аксиально с зазором между ними и ротор, установленный в зазоре. На внутренней и внешней сторонах ротора расположены дугообразные выступы в окружном направлении ротора, причем, когда высота выступа на внутренней стороне увеличивается, высота выступа на внешней стороне ротора уменьшается. Такое решение позволяет создать двухотсчетный редуктосин малых размеров, однако не обеспечивает необходимой точности исчисления угла поворота и положения ротора.
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 один в другом с зазором, и установкой ротора в зазоре между ними. Синхронизация работы статоров в процессе изменения положения ротора обеспечена соотношением параметров статоров и ротора.
Технический результат, полученный при использовании данной полезной модели, достигается тем, что в двухотсчетном индукционном редуктосине, состоящем из корпуса, установленных в нем неподвижно двух статоров в виде колец, сложенных один в другой с зазором, с зубцами, равномерно распределенными на внешней радиальной поверхности внутреннего статора и внутренней радиальной поверхности внешнего статора, на которые намотаны катушки, ротора в виде кольца, установленного между статорами с зазором между каждым из них, закрепленного подвижно в корпусе, с зубцами, равномерно распределенными как на внутренней, так и на наружной его поверхности, при этом толщина зубцов ротора, обращенных к внутреннему статору, больше ширины паза между двумя соседними зубцами внутреннего статора, соотношение количества зубцов внутреннего статора к числу зубцов ротора, расположенных на его внутренней поверхности, составляет 8/1, соотношение количества зубцов внешнего статора к числу зубцов ротора, расположенных на его внешней поверхности составляет 13/8, зубцы на статорах выполнены скошенными.
В предпочтительном варианте полезной модели на внутренней поверхности ротора выполнено три зубца.
В предпочтительном варианте полезной модели толщина каждого из зубцов ротора, расположенных на его внутренней поверхности, соотносится к ширине паза между двумя соседними зубцами внутреннего статора, как 8/5.
Двухотсчетный редуктосин представляет из себя абсолютный датчик угловых перемещений, в составе которого имеются статор грубого отсчета (далее ГО) и ротор или часть ротора, взаимодействующая с ним, статор точного отсчета (далее ТО) и ротор или часть ротора, взаимодействующая с ним.
Для того чтобы двухотсчетный редуктосин был абсолютным, редукции каналов ГО и ТО не должны иметь общих множителей. Поскольку для достижения показателей точности в канале ТО выбрана четная редукция 2 в степени 5, то для канала ГО редукция 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.
Количество зубцов статоров ГО и ТО выбрано из соображений получения корректного отображения синусной зависимости изменения положения ротора относительно статора и соотносится с количеством зубцов на поверхностях ротора, обращенных к статорам, как 8/1 для канала ГО и 13/8 для канала ТО. Двухотсчетный индукционный редуктосин с таким отношением числа зубцов статоров к числу зубцов ротора 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 ГО и ТО. Для подавления паразитной третьей гармоники, а также исключения неопределенности вычисления значения абсолютного положения на фоне случайных помех зубцы статоров двухотсчетного редуктосина выполнены со скосом.
Для синхронизации каналов ГО и ТО необходимо совмещение электрических нулей (в пределах допустимого расхождения 5'). В нулевом положении их электрическая редукция не должна иметь общих делителей. Такое совмещение нулей обеспечивается подбором зубцов ротора, расположенных на наружной и внутренней его поверхности.
В качестве схемы обмотки выбрана синусная концентрическая обмотка, числа витков которой распределены по синусоидальному закону. Преимущество синусоидальной обмотки состоит в том, что она содержит только высшие гармоники Zn±1 и является нечувствительной к низшим гармоникам, появляющимся в кривой индукции магнитного поля от технологических погрешностей при изготовлении магнитопроводов.
n
Двухотсчетный редуктосин, например, с электрической редукцией 32 на точном отсчете и 3 на грубом отсчете позволяет измерять изменение углового положения ротора с высокой точностью. Это обеспечивается высокой степенью разрядности на точном отсчете. 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 рассмотрена реализация полезной модели.
На фиг. 1 показан двухотсчетный индукционный редуктосин.
На фиг. 2 показан ротор двухотсчетного индукционного редуктосина.
На фиг. 3 показан сердечник внутреннего статора двухотсчетного индукционного редуктосина.
На фиг. 4 показан сердечник внешнего статора двухотсчетного индукционного редуктосина.
Двухотсчетный индукционный редуктосин (фиг. 1-4) состоит из корпуса 1, внутреннего статора 2, включающего сердечник, сложенный из листов пермаллоя, на внутренней поверхности которого выполнены 24 зубца 3, и, соответственно, 24 паза 4, расположенные между двумя соседними зубцами, при этом зубцы и пазы расположены на поверхности равномерно и скошенны под определенным углом, а также катушек 5, намотанных на зубцах, состоящих из обмоток возбуждения, синусных, косинусных, компенсационных, дополнительных обмоток, наружного статора 6, включающего сердечник, сложенный из листов пермаллоя, на внешней поверхности которого выполнены 52 зубца 7, скошенные под определенным углом, на которых намотаны катушки 8, состоящие из обмоток возбуждения, синусных, косинусных, компенсационных, дополнительных обмоток, ротора 9, установленного между статорами 2 и 6 с зазором между каждым из них. На внутренней поверхности ротора равномерно по периметру расположены три зубца 10, а на наружной его поверхности равномерно по периметру расположены 32 зубца 11. Соотношение количества зубцов внутреннего статора к количеству зубцов ротора, расположенных на внутренней его стороне, составляет 8/1, соотношение количества зубцов внешнего статора к количеству зубцов ротора, расположенных на внешней его стороне, составляет 13/8. Толщина зубцов 10 ротора в 1.6 больше ширины паза 4 статора 2. Статоры 2 и 6 установлены в корпусе 1 неподвижно, ротор 9 установлен в корпусе на подшипниках с возможностью кругового вращения.
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. Определяем начальное положение двухотсчетного редуктосина разделенного в электромагнитном поле тремя зубцами на 120° каждый сектор, что позволяет по величине амплитуды с синусной и косинусной обмоток определить 3 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, равный 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, получить минимальную погрешность вычисления абсолютного положения угла поворота ротора при максимальной защищенности от возникновения неопределенности вычисления значения абсолютного положения на фоне случайных помех, позволить обработку вырабатываемых редуктосином аналоговых сигналов электронными средствами исчисления.