SU758411A1 - Two-phase binary angle sensor - Google Patents

Description

(54) ДВУХФАЗНЫЙ ДВОИЧН1)1Й ДАТЧИК ТЛА(54) TWO-PHASE POOL1) 1TH Ala SENSOR

1one

Изобретение относитс  к электрическим машинам, а именно к 0атч1ска угла, и предназначено дл  использовани  в след щих системах с электричоской ррдукцией; двухотсчетных преобразовател х угол-код вьюокой точности.The invention relates to electric machines, in particular, to an automatic angle, and is intended for use in servo systems with electrical routing; two-digit converters angle-of-view accuracy.

Известны устройства типа редуктосинов и много полюсных вращающихс  трансформаторов , содержащие две измерительные фазные обмотки, сдвинутые на четверть углового периода l} и 2} .Devices such as reductosines and multi-pole rotary transformers are known, containing two measuring phase windings shifted by a quarter of an angular period l} and 2}.

К этим приборам предъ вл етс  требование повыщенного числа периодов Ц на оборот, т.е. повыщение электрической редукции. Повышение числа периодов требует повышени  числа зубцов на окружности . В случае, если датчик входит в преобразователь угол-код, повышение числа периодов дает повыщение общей точности преобразовател  (увеличивает число двоичных разр дов).These devices are required to increase the number of periods of Q per revolution, i.e. increase electrical reduction. Increasing the number of periods requires increasing the number of teeth on the circumference. If the sensor enters the angle-code converter, increasing the number of periods increases the overall accuracy of the converter (increases the number of binary bits).

Предъ вл етс  требование также к повышению точности, в первую очередь точности периодичности, т.е. повтор емости форксы Kpimh x периода, что определ ет Bi fxc/nix-v-i точность. Технологическик{ ограничение. лдсчг ь  вл етс  минимум ллинм пуги зубцового шага, котора  в нескол1 ко пз должна превышать зазор, а снижен  последнего гтриводит к нестабильности и ухудшению точности. При этом на окружности должны быть расположен. обе обмотю фаз. В известном м11о1Х)гюлюсном двухфаз10 ном вращающек с  трансформаторе Г2Т примен етс  нониуско - расположение зубпов, при которюм некоторому числу К зубцов на статоре 2 соответствует (K+l) или (K-l) зубцов ротора Z р на The requirement is also to improve accuracy, especially periodicity accuracy, i.e. repeatability of forks of Kpimh x period, which determines Bi fxc / nix-v-i accuracy. Technologically {limitation. The minimum is the minimum length of the pug of a serrated pitch, which in several times must exceed the gap, and the latter is reduced to instability and deterioration of accuracy. At the same time on the circle should be located. both winding phases. In a known two-phase two-phase rotating with a G2T transformer, a noniucco is used — the arrangement of the teeth, with a certain number of teeth on the stator 2 corresponds to (K + l) or (K-l) rotor teeth Z p on

(5 той же дуге. На окружности совокупность зубцовых катушек каждой фазы занюхает дугу, равную полови{е длины окружности. Число периодов на окруж j кость р. Если Q - общий наибольший делитель чисел 2р и Z .. , то обмотка распадаетс  на Q одинаковых групп. Вследствие технологических случайных отклонений, напр жени  на группах мож37(5 of the same arc. On a circle, the set of tooth coils of each phase sniffs an arc equal to half the circle length. Number of periods per circumference j of p. If Q is the common greatest divisor of the numbers 2p and Z .., then the winding is divided into Q equal groups. Due to technological random deviations, the voltages on the groups can be 37

но рассматривать как случайные величины . Кажда  фаза занимает свою часть окружности, и в фазе G| /2 групп. Число Q одинаковых групп нельз  сделать практически большим восьми. Междуbut treated as random variables. Each phase occupies its part of a circle, and in phase G | / 2 groups The number Q of identical groups cannot be made practically greater than eight. Between

тем, в отношении точности играет большую роль закон .усреднени  ошибок при суммировании случайных величин. В среднем от суммировани  случайных технологических и прочих отклонений снижение ошибки происходит в VQ /2 2 раза, если даже 1соэффициент редукции пор дка ста.However, the law of error averaging in the summation of random variables plays a large role in terms of accuracy. On average, from the summation of random technological and other deviations, the decrease in the error occurs in VQ / 2 by a factor of 2, even if the reduction factor is of the order of a hundred.

Много лучше точность периодичности многополюсных поворотных трансформаторов (сельсинов), не имеющих нониусного расположени  зубцов 13|. Здесь число суммируек ых случайных величин пор дка числа зубцов и коэффициент снижени  ошибки более VlNf . Особое значение имеет то, что здесь действует закон циклической коррел ции отклонений от идеального в паре взаимодействующих зубцов статора иротора, так что (снижение много больше чем в VN раз.Much better is the accuracy of the frequency of multi-pole rotary transformers (selsins) that do not have a vernier arrangement of teeth 13 |. Here, the number of summed random variables is of the order of the number of teeth and the error reduction factor is more than VlNf. Of particular importance is the fact that here the law of cyclic correlation of deviations from the ideal in a pair of interacting stator teeth of the Irotor is in force, so (reduction is much more than VN times.

Однако.в таком двухфазном однопакетном датчике ротор имеет вдвое больше зубцов, чем возбуждаемый статор, а зубцовое деление ротора не должно быть менее технологически допустимого, число периодов -Ь р /4, так как приходитс  чередовать зубцовые катушки каждой из двух фаз, дела  между ними сдвиг на четверть углового периода. Таким образом при повороте на полный угловой период KaryLUKa ротора перемещаетс  на 4 роторных зубца. При нониусном расположении катушка перемешаетс  соответственно на 2 зубца.However, in such a two-phase single-pack sensor, the rotor has twice as many teeth as the stator is excited, and the rotor division of the rotor should not be less technologically permissible, the number of periods is p / 4, since the tooth coils of each of the two phases must alternate between them shift by a quarter of the angular period. Thus, when rotated by a full angular period, the KaryLUKa rotor moves by 4 rotor teeth. In the case of a vernier arrangement, the coil is mixed accordingly for 2 teeth.

Наиболее близкий предлагаемомудвухфазный двоичный датчик угла с коэффициентом электрической редукции равным 2 (где п -целое число) со-г держит два зубчатых магнитопровода с обмотками: первый магнитопровод, например статора, выполнен с 2 зубцами, равномерно расположенными по отфужности, на которых размещена обмотка возбуждени , причем направлени  ее намотки на двух соседних зубцах чередуют : , второй магнитопровод, например ротора, вьшолнен с зубцовым шагснл большим зубцового шага магнитопровода статора ( ; зубцы ротора разбиты на две группы, на зубцах первой г руппы активных - размещены двухфазные измерительные обмотки, а зубцы второй группы - бе аобмоточные сувеличенной по сравнению с активными зубцами поI4The closest proposed two-phase binary angle sensor with an electrical reduction factor of 2 (where n is an integer) contains two serrated magnetic conductors with windings: the first magnetic conductor, for example, a stator, is made with 2 teeth evenly spaced on which the field winding is located , and the directions of its winding on two adjacent teeth alternate:, the second magnetic conductor, for example the rotor, is made with a dented step with a large dentate step of the stator magnetic conductor (; the rotor teeth are divided into two g uppy, on the teeth of the first active Rupp g - has biphasic measuring coil, and the teeth of the second group - baa aobmotochnye suvelichennoy compared with active teeth poI4

люсной дугой, причем зубцовый шаг между двум  активными зубцами, прилегающими к безобмоточному зубцу, выполнен большим зубцового шага между остальными активными зубцами |4.lusny arc, and the tooth spacing between the two active teeth adjacent to the non-winding tooth, made a large tooth spacing between the remaining active teeth | 4.

Однако из-за изменени  по углу магнитной проводш 1ости дл  потока возбуждени  указанный датчик обладает малой точностью.However, due to the change in the angle of the magnetic conductor for the excitation flux, this sensor has low accuracy.

Цель изобретени  -. повышение точности .The purpose of the invention is. increase accuracy.

Дл  реализации указанной цели количество зубцов ротора выполнено равнымTo accomplish this goal, the number of rotor teeth is made equal to

Z arz-i±Hi 1Z arz-i ± Hi 1

р 3L с 2 p 3L with 2

с увеличением зубцового делител  между активными зубцами ротора, примьпсающими к безобмоточному зубцу.with an increase in the dentate divider between the active teeth of the rotor, attached to the non-winding tooth.

с 2 from 2

На чертеже изображена схема статора и ротора многополюсного двухфазного индукционного датчика, имекщего на выходе Js( угловых периодов на оборот, причем двоичное число.The drawing shows a diagram of a stator and a rotor of a multi-pole two-phase induction sensor that has an output at Js (angular periods per revolution, and a binary number.

Статор насчитывает 2 с 2N зубцов. На зубцах магнитопровода 1 статора намотаны катушки обмотки возбу сдени  2 .с обратным направлением намотки в соседних зубцах, соединенные последовательно . Направлени  потоков в зубцах чередуютс , так что в соседних зубцах направлени  обратные (показаны стрелками ), d 23C/N - угловой период. Коэффициент электрической редукции равен М The stator has 2 with 2N teeth. On the teeth of the stator magnetic circuit 1 there are wound coils of the winding of the excitation 2. With the opposite direction of winding in the adjacent teeth, connected in series. The flow directions in the teeth alternate, so that in the adjacent teeth the directions are opposite (shown by arrows), d 23C / N is the angular period. The coefficient of electrical reduction is M

На магнитопроводе 3 ротора расположены зубцовые катушки обмоток 4 и 5 двух фаз: обмотки гп.п. и обмотки rnQin« . Кажда  обмотка намотана через зубец к с чередованием направлени  намотки. Зубцовый шаг статора 1 -Qlc- О, а зубцовый шаг ротора 3 , 1,5Ь1сДЛ  всех зубцов, несущих обмотк 6, кроме одного увеличенного шага, включающего беаобмоточный зубец 7.On the magnetic core 3 of the rotor are located toothed coils of the windings 4 and 5 of the two phases: the winding gpp. and winding rnQin ". Each winding is wound through a tine k with alternating winding directions. The serpent spacing of the stator is 1 -Qlc- O, and the serration spacing of the rotor 3, 1.5b1sDL of all teeth carrying windings 6, except for one enlarged pitch, including a winding tooth 7.

Активные зубцы 6 ротора 3 не заполн ют окружности, и на роторе 3 имеетс  увеличенное межзубцовое рассто ние Iсектор пропуска), включающее безобмоточный дополнительный зубец 7 с зубцовой дугой б -ё-г- - (), отличной от таковой 6ip всех остальных активных зубцов. Число активных зубцов ротора обозначаем Тр , Очевидно, чтоThe active teeth 6 of the rotor 3 do not fill the circumference, and on the rotor 3 there is an increased interdental distance (skip sector), which includes a non-winding additional tooth 7 with a tooth arc b -e-g- (), different from that of all other active teeth. The number of active teeth of the rotor is denoted by Tp. Obviously,

Claims (4)

. 2X-ZpO, , (1) где - величина, нд которую увеличи ваетс  зубцовое деление между двум  активными зубцами 6, прилежащими к сектору пропуска, включающему безобмоточный зубец 7. Ось последнего отстоит от осей соседних зубцов на дугу q { (0, fe, )i Зубцова  дуга этого зубца увеличена, . чтобы не прерывать ход пол  через зазор. Так как зубцы несут катушки обмоток обеих фаз, то 2р должно быть четным. где п - разр дность. Из (I) и (2) -.Удлинение зубцового рассто ни  занимает или два, или одно статорное зубцовое деление. Кроме того, соблюдаетс  циклически закон, когда относительна  дисперси  ошибки менее дисперсии технологически отклонений не только по закону усредне ни  ошибок, а в число раз, значительно большее числа зубцов ротора Сектор пропуска + 0,75 61- может быть раз бит на два диаметральных сектора поло винной величины, что 11ОЗвол ет уменьшить допуска на эксцентриситет. .Датчик работает следующим образом Потоки повышенной частоты, показан ные стрелками на чертеже, вызывают Э в зубцовых катушках 4 и 5 ротора 3, п своему эффективному значению завис щу от дуги перекрыти  между зубцами рото ра 3 и статора 1. При повороте ротора на угол ЭДС катушки его зубцы 6 изме Н5потс  по . периодической кривой, бли кой к синусоиде с периодом cjl . Действ тельно, после поворота ротора 3 наЫ-г картина расположешш полностью восста навливаетс . На обмотке другой фазы (т.е. обмотке 5 соседнего зубца б) пе|5 одическа  крива  сдвинута на четверть периода. Когда осева  лини  одного зубц 6 ротора 3 совпадает с осевой линией паза статора I, т.е. когда обмотка не пронизываетс  потоком, то осева  тшни  соседнего зубца 6 ротора 3 совпадает с осевой линией статорного зубца и обмотка пронизываетс  полным потоком. В то же врем  все зубцы данной фазы имеют одинаковое перекрытие, ЭДС в них одинаковы, они наход тс  в общей пространственной фазе (иначе говор . И6 дуга этого зубца увеличена, чтобы не прерывать ход пол  через зазор, синфазны). Поэтому на выходе с тугмируетсй С -f одинаковых элементов и действует закон усреднени  ошибок, по которому относительна  средн   квадратическа  оишбка суммы уменьшаетс  eV раз по сравнению с относительной случайной ошибкой слагаемого. Кроме того, что особенно важно, при такой синфазности соблюдаетс  циклический закон, когда дисперси  ошибки менее дисперсии технологических отклонений не только по закону усреднени  ошибок, а в число раз, значительно большее п т.е. среднеквадратична  ошибка уменьшаетс  в число раз, знач 1тельно большее Vq . Изобретение позвол ет увеличить точность датчика при сохранении .производственных затрат и габарита прибора или уменьшить стоимость с уменьшением вдвое диаметра при данной требуемой точности. Формула изобретени  Двухфазный двоичный датчик угла с коэ4)фициенгом электрической редукции, равным 2 {гдеп -целое число), содержащий два зубчатых магнитопровода с обмотками: первый магнитопровод, например статора, выполнен clZ. 2 зубцами , равномерно расположенными по окружности, на которых размешена обмотка возбуждени , причем направлени  ее намотки на двух соседних зубцах чередуютс , второй магнитопровод, например ротора, выполнен с зубцовым шагом большим зубцового шага с магнитопровода статора; зубцы ротора разбиты на две группы, на зубцах первой группы активных - размоцены двутсфазные измерительные обмотки, а цубцы второй группы - безобмоточные с увеличенной по сравнению с активными зубцами полюсной дугой, причем зубцовый шаг между двум  акт1шными зубцами, при легаюшими к безо оточному зубцу, выполнен большим зубцового шага между остальными активньми зубцами, о т ли .чающийс  тем, что, с целью повышени  точности, количество зубцов ротора выполнено равным 7 Ч 1±НГ p jLV-1- а увеличение зубцового делени  между активными зубцами ротора, примыкаюими к 6e3o&vioT04HOMy зубцу. ъ( -- 01, 1 Источники ии юрмании, прин тые во внимание (фи 1.Ахметжанов А. Л. и Лукиных f{, Индукционный р©дук1Х)син, М., 1971, табл. 7. . 2X-ZpO,, (1) where is the value, nd, which increases the toothed division between two active teeth 6, adjacent to the skip sector, including windless tooth 7. The axis of the latter is separated from the axes of adjacent teeth by the arc q {(0, fe, ) i The jagged arc of this tooth is enlarged,. so as not to interrupt the course of the floor through the gap. Since the teeth carry the coils of the windings of both phases, 2p must be even. where n is the rank. From (I) and (2) -. The elongation of the cog distance takes up either two, or one stator division of the teeth. In addition, the law is observed cyclically, when the relative error dispersion is less than the variance of technological deviations not only by the law of averaging errors, but by a number of times, significantly more rotor teeth. Skip sector + 0.75 61- can be a bit per two diametrically polo sectors the magnitude of the wine, which makes it possible to reduce the tolerance on the eccentricity. The sensor operates as follows. The increased frequency flows, shown by arrows in the drawing, cause E in the toothed coils 4 and 5 of the rotor 3, depending on their effective value on the arc between the teeth of the rotor 3 and the stator 1. When the rotor turns by the EMF angle coil his teeth 6 isomer Hpots by. periodic curve, close to a sinusoid with a period cjl. Indeed, after the rotation of the rotor 3 of the NAU-g, the picture is completely restored. On the winding of another phase (i.e., winding 5 of the adjacent tooth b), the ne | 5 single curve is shifted by a quarter of the period. When the axial line of one tooth 6 of the rotor 3 coincides with the axial line of the groove of the stator I, i.e. when the winding is not threaded, the axial axis of the adjacent tooth 6 of the rotor 3 coincides with the axial line of the stator tooth and the winding is threaded with a full flow. At the same time, all the teeth of this phase have the same overlap, the emf in them is the same, they are in a common spatial phase (otherwise, the arc of this tooth is enlarged so as not to interrupt the course of the floor through the gap, in phase). Therefore, at the output of C -f identical elements, and the law of error averaging is used, according to which the relative mean square error of the sum decreases eV times compared to the relative random error of the term. In addition, what is especially important, with such synphasicity, the cyclical law is observed, when the error dispersion is less than the variance of technological deviations, not only by the error averaging law, but by a number that is much larger than n, i.e. the rms error decreases by a factor of 1, the value of which is more than Vq. The invention makes it possible to increase the accuracy of the sensor while maintaining production costs and the size of the device or to reduce the cost by halving the diameter at a given required accuracy. Claims of the Invention A two-phase binary angle sensor with ko4) electrical reduction of 2 (gdep-integer), containing two toothed magnetic cores with windings: the first magnetic circuit, for example, a stator, is made clZ. 2 teeth evenly spaced around the circumference on which the excitation winding is placed, and the directions of its winding on two adjacent teeth alternate, the second magnetic circuit, for example a rotor, is made with a tooth pitch with a large tooth pitch from the stator magnetic circuit; the rotor teeth are divided into two groups, two-phase measuring windings are unstuck on the teeth of the first group of active, and the teeth of the second group are non-winding with a polar arc increased compared to active teeth, and the tooth spacing between two active teeth, which are attached to a non-return tooth, is performed large tooth spacing between the other active teeth, which is due to the fact that, in order to increase accuracy, the number of rotor teeth is equal to 7 × 1 ± NG p jLV-1 - and the increase in tooth division between the active teeth of the roto a, primykayuimi to 6e3o & vioT04HOMy tooth. ъ (- 01, 1 Sources of and lawmaking, taken into account (fi 1.Akhmetzhanov, A.L. and Lukinykh f {, Induction p ' d) syn, M., 1971, Table 7. 2.Пульор Ю. М. Индукционные и электромеханические элементы вычисли тельных и дистанционио-след ших систе М., Машиностроение , 1964. 18 2.Pulor Yu.M. Induction and Electromechanical Elements of Computational and Distance-Following Systems M., Mashinostroenie, 1964. 18 3.Техническа  кибернетика. Под fien. В. В. Сюлодовникова. Уст юйство и элементь1 САР и САУ, кн. Г , разд. Ц , гл. ЯУ . № 3, п. 6 Многополюсные поворотные трансформаторы, М., Машиностроение , 1973. 3. Technical cybernetics. Under fien. V.V.Sylodovnikova. Device and element of SAR and SAU, book. G, sec. C, ch. Yi № 3, p. 6 Multi-pole rotary transformers, M., Mashinostroenie, 1973. 4.Хрущев В. В. Электртгеские микромашины автоматических устройств. Л., Энерги , 1976, с. 276-277.4. Khrushchev V. V. Electro-micro-machines of automatic devices. L., Energie, 1976, p. 276-277.