Магнитный датчик электрических импульсов

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения углового положения детали. Цель изобретения - повышение точности и уменьшение габаритов магнитного датчика. Магнитный датчик электрических импульсов содержит корпус 1 магнитный источник 2, воздушные зазоры 3 в, 3 н, магниточувствительный элемент 4, магнитопровод 5, зазоровую крыльчатку 6, шунтовую крыльчатку 7, модулятор 8, магнитную лопасть 9, спицу 10, магнитную лопасть 11, спицу, крышку 13 корпуса. Поставленная цель достигается тем, что в датчике магнитопровод выполнен со вторым воздушным зазором, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитопровода, что и зазоры модулятор установлен соосно продольной оси внутри магнитопровода и выполнен в виде двух крыльчаток, расположенных с взаимным осевым и угловым смещением. Одна крыльчатка расположена в зоне зазоров, а другая - в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента. Каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного материала с магнитными шунтами по периферии в виде лопастей. 3 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 P 3/04 Н ОЗМ 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4794320/24 (22) 20.02,90 (46) 23.06.92. Бюл. N. 23 (71) Научно-производственное объединение по автоэлектронике и автотракторному электрооборудованию "Автоэлектроника" (72) Ю.Д.Николаев, B.È.Пешель, С.А,Погожев и И.И.Смыслов (53) 681.325(088,8) (56) Заявка ФРГ N 3811671, кл, F 02 Р 7/07, опублик. 1983.

Заявка ФРГ М 2842386, кл. F 02 P 3/04, опублик. 1980. (54) МАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения углового положения детали. Цель изобретения — повышение точности и уменьшение габаритов магнитного датчика. Магнитный датчик электрических импульсов содержит корпус 1. магнитный

»5U 1742503 А1 источник 2, воздушные зазоры 3 в, 3 н, магниточувствительный элемент 4, магнитопровод 5, зазоровую крыльчатку 6, шунтовую крыльчатку 7, модулятор 8, магнитную лопасть 9, спицу 10, магнитную лопасть 11, спицу. крышку 13 корпуса.

Поставленная цель достигается тем. что в датчике магнитопровод выполнен со BTQ рым воздушным зазором, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитопровода, что и зазоры, модулятор установлен соосно продольной оси внутри магнитопровода и выполнен в виде двух крыльчаток, расположенных с взаимным осевым и угповым смещением, Одна крыльчатка расположена в зоне зазоров, а другая — в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента. Каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного ма1ериала с магнитными шунтами по периферии в виде лопастей. 3 ил.

1742503

Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам для измерения положения детали. ее скорости и ускорения, преимущественно угловых, с помощью импульсных датчиков, реагирующих на периодическое изменение (модуляцию) напряженности (индукции) магнитного потока при модуляции магнитного сопротивления магнитной цепи.

Известен магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус, в котором закреплен рабочий элемент в качестве магниточувствительного элемента в виде элемента Холла, на вале закреплен другой рабочий элемент в качестве вращаемого. магнитного модулятора в виде магнитного кольца, в котором сформированы интегральные магниты, образующие разомкнутые магнитные цепи, силовые линии которых выходят из кольца и "обметают" элемент Хола.

Разомкнутая магнитная цепь — магнитная цепь, значительная длина которой находится вне магнитных материалов магнитов и магнитопроводов, которые сосредотачивают магнитное поле в поток заданной формы. Рабочий элемент — элемент магнитной цепи, в котором магнитное поле либо возникает, либо изменяется под действием измеряемой величины, либо управляет электрической величиной.

Вращаемый магнитный модулятор (модулятор) — часть датчика, периодически изменяющая магнитную индукцию в магниточувствительном элементе цепи под действием измеряемой величины, в данном устройстве модулятор с постоянными магнитами, полюсы которых проходят мимо элементов Холла, изменяя в них магнитную индукцию. Интегральный магнит — объем цельной магнитотвердой детали, в котором наведен остаточный магнитный поток. Магнитное кольцо — кольцо из магнитотвердого материала с интегральными магнитами.

Недостатки известного устройства заключаются в том, что магнитная цепь разомкнута, поэтому ее индукция мала, следовательно, импульс датчика мал, крутизна его мала, что снижает точность датчика, Для повышения индукции магнит должен иметь значительный объем, а для повышения точности количество магнитов— как можно больше, что увеличивает габариты датчика и другие недостатки (затраты на материал, сложность технологии и т.д,).

Известен также магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус, в котором закреплены рабочий элемент в виде магнита, магниточувствительный элемент в виде элемента Холла и установлен

55 вращаемый магнитный модулятор в виде крыльчатки из ферромагнитного материала с магнитными переключателями в виде наружных и внутренних лопастей.

Магнитный переключатель (переключатель) — элемент модулятора, изменяющий непосредственно собой магнитный поток, Эти элементы образуют разомкнутую магнитную цепь с изменяющейся длиной, Когда внутренние лопасти проходят между магнитом и элементом Холла, они экранируют элемент Холла от магнитного потока, а когда наружные лопасти проходят за элементом

Холла, они направляют заметную долю магнитного потока через элемент Холла, вызывая сигнал. Таким образом, модулятор выполняет роль легкого вращающегося магнитопровода, поэтому недостатки, связанные с вращением тяжелого магнита. устранены.

Однако в известном устройстве магнитная цепь разомкнута, поэтому датчик имеет малую точность, модулятор 1 находится вне магнитной цепи, поэтому габариты датчика велики.

Известен магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус, в котором закреплены замыкаемая магнитная цепь из магнита, элемента Холла и магнитопроводов, установлен вращаемый магнитный модулятор в виде диска с магнитным замыкателем в виде лопасти, проходящей в длинном зазоре между магнитопроводами.

Замыкаемая магнитная цепь — магнитная цепь, зазор которой замыкается или шунтируется для получения сигнала датчика, Зазоры здесь двух видов: воздушный и немагнитный (участок магнитной цепи, заполненный немагнитным материалом). Магнитный замыкатель (замыкатель) — вид магнитного переключателя, входящего в воздушный зазор. Магнитный шунт шунт)— вид магнитного переключателя, шунтирующего зазор. Замыкаемая магнитная цепь обеспечивает повышение точности датчик а .

Однако зазоры в магнитной цепи велики, так как лопасть входит в воздушный зазор, поэтому требуется двусторонний дог.,ск на длину зазора, причем он определяется осевым люфтом подшипника модулятора, который (люфт) больше радиального.

Кроме того, последовательно с воздушным зазором включены немагнитные зазоры, поскольку детали магнитной цепи утоплены в полимер. Большие зазоры уменьшают сигнал. крутизну импульсов, а следовательно, точность датчика, Модулятор установлен вне магнитной цепи, что значительно увеличивает габариты датчика, 1742503

10

Известен магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус из немагнитного материала, в котором размещены образующие замыкаемую магнитную рамку магнитный источник, магниточувствительный элемент и соединяющие их участки магнитопровода, имеющего первый зазор, и вращаемый магнитный модулятор.

Магнитная цепь выполнена в виде прямоугольной плоской рамки, состоящей из трех рабочих элементов: магнитного источника в виде постоянного магнита простейшей формы (короткого параллелепипеда), магниточувствительного элемента.в виде элемента Холла, зазора, Наибольшую длину магнитной цепи образуют части магнитопровода, соединяющие упомянутые рабочие элементы, поэтому между зазором и элементом Холла находится участок магнитопровода, т.е. элемент Холла удален от зазора, причем даже на другую сторону рамки. Элемент Холла и магнит размещены в одной длинной стороне рамки. Вращаемый модулятор состоит из вала, длинной тонкой Г-образной спицы и магнитного замыкателя в виде лопасти переменного сечения (в направлении вращения), которая периодически замыкает зазор, На конце вала закреплен элемент, воспринимающий измеряемую величину, например шестерня.

Зазор является радиальным по отношению к валу, поэтому "игра" модулятора и лопасти уменьшена, магнит имеет простейшую форму и небольшое отношение длины к поперечным размерам, а также занимает небольшую плину магнитной цепи, лопасть несимметрична, поэтому можно определить направление вращения по разной крутизне передней и задней частей импульса датчика.

Однако в рамке имеется только один зазор, у модулятора — одна лопасть, поэтому за оборот получается один короткий импульс, а как изменяется скорость измеряемой детали в течение большой части оборота, установить невозможно. поэтому датчик имеет небольшую точность, Модулятор размещен вне рамки. поэтому датчик имеет большие габариты.

Целью изобретения является повышение точности благодаря увеличению числа зазоров и магнитных переключателей, а также увеличению максимальной высоты импульса, а следовательно, и его крутизны, из-за уменьшения длины зазора между переключателями и концами частей магнитопровода у магнитных зазоров, при уменьшении габаритов благодаря размещению модулятора внутри рамки.

Указанная цель достигается тем, что в магнитном датчике электрических импульсов, содержащем корпус из немагнитного материала, в котором размещены образующие замыкаемую магнитную рамку магнитный источник, магниточувствительный элемент и соединяющие их участки магнитопровода, имеющего первый зазор, и вращаемый магнитный модулятор, в нем магнитопровод, образующий преимущественно прямоугольную рамку, выполнен с вторым зазором в противоположной относительно оси модулятора стороне рамки в зоне первого зазора, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитной рамки, модулятор установлен соосно продольной оси и внутри магнитной рамки и выполнен в виде двух крыльчатск, расположенных с взаимным осевым и угловым смещением, причем одна крыльчатка расположена в зоне воздушных зазоров, а вторая крыльчатка расположена в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента, каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного материала с магнитными шунтами по периферии в виде лопастей, Достижение указанной цели обеспечивается увеличением количества зазоров в рамке и переключателей в модуляторе, выполнение переключателей в виде магнитных шунтов, проходящих с минимальными радиальными зазорами мимо сторон рамки, и размещением модулятора внутри рамки.

На фиг,1 изображен датчик, продольный разрез; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — датчик, вид сверху.

В корпусе из немагнитного, преимуществен но диэлектрического, материала закреплена замыкаемая магнитная цепь в виде плоской прямоугольной рамки, включающей рабочие элементы: магнитный источник, преимущественно магнит 2, воздушные зазоры 3, магниточувствительный элемент, например элемент Холла 4, а также магнитопровод 5, состоящий из нескольких участков (5а, 56, 5в и 5г). Магнит 2 и зазор Зв расположены в одной (верхней) стороне рамки 2, 4, 5, а элемент Холла 4 и зазор Зн — e противоположной стороне рамки 2,4,5. Зазоры Зв и Зн, как и магнит 2 и элемент Холла 4, расположены соответственно в своих зонах (зона — фигура вращения в виде кольца) друг против друга, т.е. симметрично относительно продольной оси рамки 2,4,5. Элемент Холла 4 закреплен в прорези магнитопровода и защищен от действия окружающей среды, например залит полимером. Зазоровая крыльчатка 6, расположенная внутри зоны зазоров 3. и подо1742503 бная ей магнитная крыльчатка 7. расположенная внутри зоны магнита 2 и магниточувствительного элемента 4, закрепленные на вале 8, установленном в подшипниках в корпусе 1 вдоль продольной оси рамки, образуют вращаемый магнитный модулятор

6,7,8, Магнитная крыльчатка 7 закреплена на вале 8 с осевым смещением и повернута на 90 относительно зазоровой крыльчатки

6. Магнитный переключатель зазоров крыльчатки 6 выполнен в виде двух зазоровых лопастей 9 из магнитомягкого материала, играющих роль магнитных шунтов, скрепленных с валом 8 спицами 10 из немагнитного материала с углом 180 между ними.

Наружные поверхности зазоровых лопастей 9 (как и магнитных лопастей 11) являются частями цилиндрической поверхности, как и внутренние поверхности сторон рамки 2,4,5 в зоне лопастей 9 и 11, Между ними существует радиальный зазор. его длина минимальна и определяется технологией изготовления датчика и экономической целесообразностью, но она должна быть меньше, чем длина I> воздушного зазора 3, Ширина вэ (фиг. 3) лопастей 9 превышает длину 4 воздушного зазора 3 настолько, что площадь радиального зазора не менее площади воздушного зазора 3, Длина s> несуженной части лопастей 9 не менее толщины d рамки 2.4,5. Суженная часть лопастей 9 служит для определения направления вращения модулятора по несимметричности сторон импульса сигнала.

Магнитные лопасти 11 скреплены с валом 8 спицами 12, Как у зазоровых лопастей ширина bM магнитных лопастей превышает длину I мMа tг нHи тTа 22, а их длина — толщину d рамки 2,4,5. К корпусе 1 прикреплена съемная крышка 13.

Рамка 2,4,5 не обязательно должна быть плоская и прямоугольная, она может иметь пространственную форму, может быть несколько рамок 2,4,5; единственное условие: зазоры З,магниты 2,магниточувствительные элементы 4 должны быть размещены в своих зонах, Зазоры 3 могут быть заполнены немагнитным материалом, это защитит их от скопления на их стыках случайно притянутых магнитных частиц, слои которых изменят магнитное сопротивление зазоров 3, что снижает точность датчика, В качестве магниточувствительного элемента 4 могут быть использованы магниторезисторы и другие магниточувствительные устройства. Хотя вал 8 изолирован от магнитопровода 5 кольцевым зазором., он может быть выполнен из немагнитного материала. Лопасти 9 могут не иметь сужения, 5

55 вместо него под ее краем может увеличиваться радиальный зазор. Лопасти 11 выполнены без сужений, однако с целью унификации крыльчатки 6 и 7 могут быть одинаковыми. Количество лопастей 9 и 11 может быть увеличено для увеличения разрешающей способности датчика, Датчик работает следующим образом.

Верхний зазор Зв зашунтирован зазоровой лопастью 9в максимально, так как ширина b> лопасти 9в больше длины Ia зазора Зв, а длина sa лопасти 9в по дуге больше ширины d зазора, поскольку она равна толщине d рамки 2,4,5.

Такое же положение у нижнего воздушного зазора Зн. В магнитной цепи существует максимальный магнитный поток, который пронизывает элемент Холла 4. Магнитные лопасти 11 находятся между магнитом 2 и элементом Холла 4 и не оказывают никакого влияния на них. При повороте модулятора 6, 7, 8, например несуженной частью лопасти

9 вперед, шунтирование лопастями 9 зазоров 3 уменьшается, магнитное сопротивление зазоров 3 растет, магнитный поток, пронизывающий элемент Холла 4, уменьшается, При дальнейшем повороте зазоры 3 полностью расшунтированы, магнитный поток падает до значения, названного условно средним. При повороте на угол около 90 одна магнитная лопасть 11 начинает шунтировать магнит 2, поэтому магнитный поток начинает замыкаться в основном по лопасти

11, следовательно, и остаток магнитного потока, пронизывающий элемент Холла 4, уменьшается, Кроме того, одновременно другая лопасть 11 начинает шунтировать элемент Холла 4, поэтому оставшаяся часть магнитного потока. проходящая в этой стороне рамки, обходит элемент Холла 4, т.е. магнитный поток в элементе Холла 4 падает ниже среднего. При повороте на 90 элемент 2 и элемент Холла 4 зашунтированы максимально, магнитный поток, пронизывающий элемент Холла 4, минимален, сигнал датчика то же.

При повороте на следующую четверть оборота все происходит в обратном порядке, лагнитный поток и сигнал достигают максимума. Однако передний фронт импульса сигнала имеет большую крутизну, чем задний, который получается более пологим благодаря суженной части лопастей

9. 3а пол-оборота происходит первый период работы датчика, а в течение одного оборота — два периода, Вихревые токи не вносят погрешностей, так как имеет значение количество импульсов, а не их пиковые значения.

1742503

Формула изобретения

Составитель И. Смыслов

Техред М,Моргентал Корректор Л. Лукач

Редактор Н. Гунько

Заказ 2270 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус из немагнитного материала, в котором размещены образующие замкнутую магнитную рамку магнитный источник, магниточувствительный элемент и соединяющие их участки магнитопровода, имеющего первый зазор, и вращаемый магнитный модулятор, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения габаритов датчика, в нем магнитопровод, образующий прямоугольную рамку, выполнен со вторым зазором в противоположной относительно оси модулятора стороне рамки в зоне первого зазора, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитной рамки, модулятор уста5 новлен соосно продольной оси и внутри магнитной рамки и выполнен в виде двух крыльчаток, расположенных с взаимным осевым и угловым смещением, причем одна крыльчатка расположена в зоне зазоров, а

10 вторая крыльчатка расположена в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента, каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного материала с магнитными шунтами по периферии в виде

15 лопастей.