Результат интеллектуальной деятельности: АКСЕЛЕРОМЕТР-ТАХОГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к электрическим микромашинам, а именно к датчикам угловых ускорений (акселерометрам), предназначенным для измерения угловых ускорений контролируемых валов в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен акселерометр (авторское свидетельство СССР №283710, кл. G01Ρ 15/105, 1970 г.), содержащий наружный статор с полюсами возбуждения из постоянных магнитов и полюсами с измерительной обмоткой, размещенной под 90 эл. град. относительно полюсов возбуждения, внутренний статор и полый электропроводный ротор, вращаемый контролируемым валом, также содержится компенсационная обмотка, расположенная соосно и подключенная встречно измерительной обмотке, а выход - к компенсационной.

Недостатком аналога является его ограниченные функциональные возможности, обусловленные способностью акселерометра работать только в режиме датчика угловых ускорений, так как при постоянной частоте вращения полого ротора ЭДС в измерительной обмотке наводиться не будет, и, следовательно, невозможно его использовать и как тахогенератор. Также ему присуще недостаточное быстродействие, обусловленное большим моментом инерции полого электропроводного ротора и наличием тангенциальных составляющих токов в роторе. Кроме того, недостатком является и нелинейность метрологической характеристики из-за наличия высших гармоник в информационном сигнале.

Известен акселерометр (патент РФ №2541716, кл. G01P 15/13, 2015 г.), содержащий чувствительный элемент, датчик положения, выход которого соединен с входом усилителя со стабильным коэффициентом усиления, магнитоэлектрический силовой преобразователь, включенный в отрицательную обратную связь, причем в него введены аналоговая, интегрирующая и дискретная отрицательные обратные связи, аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам усилитель переменного тока, который выполнен со стабильным коэффициентом усиления, первый логический элемент, схему исключающее ИЛИ, фильтр, первый преобразователь напряжение - ток и сумматор, интегрирующая отрицательная обратная связь реализована с выхода схемы исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам интегратор, второй преобразователь напряжение - ток и сумматор, а дискретная отрицательная обратная связь введена с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам триггер и сумматор, кроме того, генератор опорного напряжения соединен как с датчиком положения, так и с фазовым с двигателем, выход которого соединен с одним из входов схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через второй логический элемент, а один из выходов триггера соединен с входом реверсивного двоичного счетчика, выход которого является дискретным выходом акселерометра.

Недостатком аналога является сложность конструкции за счет введения дополнительных устройств - триггеров, счетчиков и логических элементов.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является акселерометр (патент РФ №2003110, кл. G01Ρ 15/08, 1993 г.), содержащий статор с полюсами возбуждения из постоянных магнитов и полюсами с измерительной и компенсационной обмотками, полый электропроводный ротор и усилитель, выход которого подключен к компенсационной обмотке. Полый электропроводный ротор выполнен с продольными прорезями, шаг которых равен полюсному делению, причем ротор на участках между продольными прорезями выполнен из изолированных друг от друга аксиальных пластин, замкнутых на торцах ротора.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности применения его в качестве тахогенератора.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности применения устройства в качестве тахогенератора и повышение быстродействия устройства.

Технический результат - улучшение метрологических характеристик акселерометра-тахогенератора и повышение их линейности.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что предложен акселерометр-тахогенератор, содержащий статор с полюсами возбуждения в виде постоянных магнитов и полюсами с измерительной обмоткой и компенсационной обмоткой, полый электропроводный ротор и усилитель, в котором согласно изобретению полый электропроводный ротор выполнен с продольными прорезями со скосом в виде окон шириной, соизмеримой с полюсными наконечниками статора, шаг которых равен полюсному делению, причем полый электропроводный ротор на участках между продольными прорезями выполнен из изолированных друг от друга аксиальных пластин, замкнутых на торцах полого электропроводного ротора.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена принципиальная конструкция акселерометра; на фиг. 2 - спиральный виток с косыми прорезями; на фиг. 3 - электрическая схема подключения.

Акселерометр-тахогенератор содержит статор 1 с полюсами возбуждения в виде постоянных магнитов 2 и полюсами 3 с измерительной обмоткой 4 и компенсационной обмоткой 5, размещенными под углом 90 эл. град. относительно полюсов возбуждения 2, полый электропроводный ротор 6 и усилитель 7. Полый электропроводный ротор 6 находится в воздушном зазоре акселерометра, образованном магнитами 2 и полюсами 3 статора 1. Выход усилителя 7 является выходом акселерометра-тахогенератора. Измерительная обмотка 4 и компенсационная обмотка 5 включены последовательно-встречно через усилитель 7. Полый электропроводный ротор 6 выполнен с продольными прорезями (на чертеже не показаны) со скосом под углом α в виде окон длиной 2а и шириной L_b, соизмеримой с полюсными наконечниками статора 1, шаг которых равен полюсному делению b, причем полый электропроводный ротор 6 на участках между продольными прорезями выполнен из изолированных друг от друга аксиальных пластин (на чертеже не показаны), замкнутых на торцах полого электропроводного ротора 6.

Акселерометр-тахогенератор работает следующим образом.

При вращении полого электропроводного ротора 6 с некоторым угловым ускорением в поле постоянных магнитов 2 на выходе акселерометра-тахогенератора возникает пропорциональное изменение магнитного потока, которое индуцирует в измерительной обмотке 4 пропорциональную ЭДС. Напряжение на компенсационной обмотке 5, подключенное к выходу усилителя 7, создает посредством тока в компенсационной обмотке 5 намагничивающую силу, компенсирующую приращение поперечной реакции ротора Φ_q, пропорциональное угловому ускорению ∂/∂t. Временный сдвиг между входной и выходной величинами акселерометра-тахогенератора, обусловленный приращением ∂Ф_q/∂t, в результате его компенсации будет близким к нулю, а изменение напряжения на выходе акселерометра-тахогенератора практически совпадает по времени с изменением угловой скорости на его выходе.

Особенностью работы акселерометра-тахогенератора является то, что при вращении полого электропроводного ротора в поле постоянных магнитов 2 с некоторой постоянной угловой скоростью ω в акселерометре-тахогенераторе наводится переменный магнитный поток поперечной реакции ротора Φ_q, который, сцепляясь с измерительной обмоткой 4, индуцирует ЭДС, пропорциональную угловой скорости вращения полого электропроводного ротора 6, т.е. работает как тахогенератор. Выполнение полого электропроводного ротора 6 из пакета изолированных аксиальных пластин, замкнутых в торцевой его части, значительно ослабляет тангенциальные составляющие токов в проводящем участке полого электропроводного ротора 6, тем самым повышая его быстродействие.

Кроме того, продольные прорези выполняются со скосом под углом α, что приводит соответственно к компенсации высших нечетных гармоник ν=3; 5; 7…, т.е. уничтожаются нелинейные гармоники в выходном сигнале, и последнее приводит к повышению линейности метрологической характеристики акселерометра-тахогенератора.

Таким образом, заявленное изобретение позволят улучшить метрологические характеристики и повысить их линейность, а также увеличить быстродействие устройства и расширить функциональные возможности вследствие использования устройства в качестве тахогенератора.