感应同步器的结构和工作原理详解

1.感应同步器的结构

图6-2所示为直线型感应同步器的定尺和滑尺的绕组结构示意图。定尺为连续绕组，节距W₂=2（a₂+b₂），其中a₂为导电片宽，b₂为片间间隙，定尺节距即为检测周期W，常取W=2mm。

滑尺上为分段绕组，分为正弦和余弦绕组两部分，绕组可做成W形或U形。图6-2中的1—1′为正弦绕组，2—2′为余弦绕组，两者在空间错开1/4定尺节距（电角度错开90°）。两绕组的节距都为W₁=2（a₁+b₁），其中a₁为导电片宽，b₁为片间间隙，一般取W₁=W₂或者取W₁=W₂/3。正弦与余弦两绕组的中心距l₁为

式中 n——任意正整数。

图6-2 定尺和滑尺的绕组结构示意图

a）定尺绕组 b）W形滑尺绕组 c）U形滑尺绕组

图6-3为圆形感应同步器的绕组结构示意图。

图6-3 圆形感应同步器的绕组结构

a）转子 b）定子

图6-4为直线型感应同步器的截面结构。基体2通常采用厚度为10mm的铜板或铸铁制成，以减小与机床的温度误差。平面绕组3为铜箔，通常采用厚度为0.05mm或0.07mm的纯铜箔，用绝缘粘结剂4热压粘结在基体2上，利用刻蚀方法制成所需绕组形式。

在定尺绕组表面上涂上一层耐切削液的清漆保护层1，防止切削液的飞溅影响。在滑尺绕组表面上贴一层带塑料薄膜的铝箔屏蔽层5，为防止在感应绕组中因静电感应产生的附加容性电势。

2.直线型感应同步器的工作原理

（1）直线型感应同步器的种类 直线型感应同步器通常有标准型（见图6-5）、窄型、带状和三速（三重）式。

图6-4 直线型感应同步器的截面结构

a）定尺 b）滑尺

1—耐切削液保护层 2—基体 3—平面绕组

4—绝缘粘结剂 5—铝箔屏蔽层

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图6-5　标准型直线型感应同步器的外形尺寸

标准型是直线型感应同步器中精度最高的一种，应用最广。当测量长度超过175mm时，可以将定尺接长使用。

窄型直线型感应同步器的定尺、滑尺的宽度有所减小，适用于设备安装位置受限制的场合，但它的电磁感应强度有所降低，比标准型的精度低。

带状直线型感应同步器由于定尺最长可达3m以上，不需接长，便于在设备上安装。由于定尺较长，刚性稍差，其总测量精度要比标准型的低。

三速（三重）直线型感应同步器的定尺有粗、中、细绕组，为绝对式检测系统。

（2）标准型直线型感应同步器的工作原理 图6-6所示为标准型直线型感应同步器的绕组示意图。滑尺上有正弦和余弦励磁绕组，在空间位置上相差1/4节距。定尺和滑尺绕组的节距相同即W=2τ（一般为2mm）。若滑尺绕组加励磁电压，则由于电磁感应而在定尺绕组上产生感应电压。感应电压产生原理如图6-7所示。图6-7中的电流I₁为滑尺上的励磁电流，Φ为I₁产生的耦合磁通，I₂为定尺绕组由于磁通耦合所产生的感应电流。

图6-6 标准型直线型感应同步器的绕组示意图

图6-7 感应同步器产生感应电压产生原理

感应同步器定尺、滑尺绕组的节距W反映了直线位移量（一般为2mm），滑尺相对定尺相对运动时将位移变成相应的感应电动势信号。产生感应电动势的原理如图6-8所示。当定尺和滑尺的绕组（只有一个绕组励磁）相重合时，如图6-8中的A点，感应电动势最大；随着滑尺相对定尺作平行移动，感应电动势慢慢减小，在刚好移动1/4节距的位置，即移到B点位置，感应电动势为零。如果再继续移动到1/2节距，即到C点位置，其感应电动势值与A点位置的相同，但极性相反。其后，移到3/4节距，即D点位置，感应电动势又变为零，等等。这样，滑尺在移动一个节距的过程中，感应电动势（按余弦波形）变化了一个周期。若励磁电压U=U_msinωt，那么在定尺绕组产生的感应电动势E为

E=kU_mcosθcosωt （6-6）

式中 U_m——励磁电压幅值（V）；

ω——励磁电压角频率（rad/s）；

k——比例常数，其值与绕组间最大互感系数有关；

θ——滑尺相对于定尺在空间的相位角。

在一个节距W内，位移x与θ的关系应为

感应同步器就是利用感应电动势的变化，来检测在一个节距W内的位移量，这为绝对式测量。

图6-8 定尺绕组产生感应电动势的原理