Датчик угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика угловых перемещений вала дроссельной или воздушной заслонки в двигателе внутреннего сгорания, а также в качестве задатчика электронной педали. Датчик содержит основание и корпус, в котором установлены статор с диэлектрическим каркасом обмоток и ротор, приводящий во вращение подвижный экран. Первая часть каркаса образована втулкой с фланцем. Вторая часть каркаса представляет собой втулку, расположенную концентрично с втулкой первой части каркаса. Статор снабжен неподвижным экраном в виде плоского кольца с четырьмя сквозными дугообразными вырезами. Каждый вырез выполнен в отдельном прямоугольном секторе. Подвижный экран расположен смежно с неподвижным экраном и выполнен в виде плоского кольца с двумя вырезами, по крайней мере частично перекрывающими вырезы кольца неподвижного экрана. Изобретение позволяет упростить конструкцию датчика, повысить его надежность и снизить трудоемкость его изготовления. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в качестве датчика угловых перемещений, например, вала дроссельной или воздушной заслонки в двигателе внутреннего сгорания, а также в качестве задатчика электронной педали.

Из патента США 5027067 (публ. 25.06. 1991 г.) известен датчик угла поворота вала, состоящий из статора и ротора, связанного с контролируемым валом. Статор выполнен в виде стакана, внутри которого на дне образован выступ с обмотками индуктивности. Ротор также выполнен стаканообразным, при этом его дно своей наружной частью закреплено на контролируемом вале, а сам ротор утоплен в полость статора так, что выступ статора расположен в полости ротора. При этом сквозной вырез на боковой поверхности ротора установлен напротив обмоток выступа статора.

При вращении контролируемого вала ротор поворачивается вокруг выступа статора с обмотками, положение выреза ротора изменяется, изменяя потокосцепление и индуктивность обмоток.

Описанное устройство требует большой точности установки ротора относительно статора как в осевом, так и в радиальном направлениях.

В патенте США 5365168 (публ. 15.11. 1994 г.) описан датчик для бесконтактного измерения угла поворота вала. Датчик содержит корпус с основанием, установленные в корпусе статор и возвратную цилиндрическую пружину и ротор, связанный с основанием. Статор образован цилиндрическим каркасом, на наружной поверхности которого расположены рядом друг с другом две петлеобразные обмотки. Внутри каркаса вплотную к его внутренней поверхности установлен экран, выполненный в виде разомкнутого цилиндра. Экран установлен с возможностью поворота вдоль внутренней поверхности каркаса и снабжен выступом, на который воздействуют, с одной стороны, паз ротора, а с другой стороны - отогнутый конец возвратной цилиндрической пружины. Второй конец пружины закреплен на корпусе датчика. Ротор установлен в основании с возможностью поворота и снабжен наружным глухим отверстием для установки на контролируемый вал. Возвратная пружина установлена между ротором и корпусом датчика, поджимая ротор через его фланец к основанию.

Вращение вала через ротор передается на экран, перемещение которого приводит к изменению потокосцепления и индуктивности обмоток.

Недостатком описанного датчика является его сложность и большая трудоемкость, в частности трудоемкость выполнения петлевых обмоток. Кроме того, описанный привод экрана недостаточно надежен и может вызвать заклинивание экрана в статоре.

Задачей изобретения является упрощение конструкции датчика угловых перемещений, снижение трудоемкости его изготовления и повышение надежности работы.

Указанная задача в датчике угловых перемещений, содержащем основание и корпус, в котором установлены статор с диэлектрическим каркасом обмоток, ротор, приводящий во вращение подвижный экран, и возвратная цилиндрическая пружина, поджимающая ротор, решается тем, что статор снабжен неподвижным экраном в виде плоского кольца с дугообразными сквозными вырезами, расположенного перпендикулярно оси поворота ротора, подвижный экран расположен смежно неподвижному экрану и выполнен в виде плоского кольца с дугообразными сквозными вырезами, по крайней мере частично перекрывающими вырезы неподвижного экрана, при этом ротор подпружинен в осевом направлении к статору относительно основания датчика.

Каркас обмоток выполнен преимущественно составным, первая часть каркаса образована втулкой с фланцем, вторая часть каркаса представлена втулкой, расположенной концентрично втулке первой части.

Обмотки установлены, как правило, в кольцевых пазах, образованных на боковых поверхностях втулок первой и второй частей каркаса, причем пазы расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси поворота ротора.

Плоское кольцо неподвижного экрана установлено предпочтительно на торцевых поверхностях втулок первой и второй частей каркаса обмоток.

Плоское кольцо неподвижного экрана снабжено преимущественно четырьмя вырезами, каждый из которых выполнен в отдельном прямоугольном секторе, вырезы попарно и перекрестно равноудалены от оси поворота ротора, причем края смежных вырезов расположены в одной плоскости, содержащей ось поворота ротора.

Плоское кольцо неподвижного экрана может быть снабжено втулкой, на которой концентрично установлен каркас обмоток.

Втулка выполнена, как правило, заедино с плоским кольцом неподвижного экрана.

Ротор датчика установлен предпочтительно во втулке плоского кольца неподвижного экрана.

Плоское кольцо подвижного экрана снабжено преимущественно диаметрально равноудаленными от оси поворота ротора двумя сквозными вырезами, каждый из которых выполнен в отдельном прямоугольном секторе.

Плоское кольцо подвижного экрана может быть выполнено заедино с ротором.

Плоское кольцо подвижного экрана расположено, как правило, на плоском кольце неподвижного экрана с подпружиниванием относительно основания датчика.

Ротор подпружинен предпочтительно путем воздействия цилиндрической пружины на плоское кольцо подвижного экрана относительно основания датчика, при этом первый конец пружины установлен в пазу основания, а второй конец пружины расположен в пазу ротора.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "новизна". В то же время, совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется следующими чертежами: на фиг.1 изображен датчик угловых перемещений, связанный с контролируемым валом, в продольном разрезе; на фиг. 2 показан датчик угловых перемещений в поперечном разрезе по подвижному экрану; на фиг.3 представлен датчик угловых перемещений в поперечном разрезе по неподвижному экрану.

Датчик угловых перемещений содержит основание 1 и корпус 2, в котором установлены статор с диэлектрическим каркасом обмоток 3, 4, ротор 5, приводящий во вращение подвижный экран, и возвратная цилиндрическая пружина 6, поджимающая ротор 5. Каркас обмоток 3, 4 выполнен преимущественно составным, первая часть каркаса образована втулкой 7 с фланцем 8, вторая часть каркаса представлена втулкой 9, расположенной концентрично втулке 7 первой части. Обмотки 3, 4 могут быть установлены в кольцевых пазах 10, 11, образованных на боковых поверхностях втулок 7, 9 первой и второй частей каркаса, причем пазы 10, 11 расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси поворота ротора 5. Статор снабжен неподвижным экраном в виде плоского кольца 12, в частности, с четырьмя дугообразными сквозными вырезами 13-16, каждый из которых выполнен в отдельном прямоугольном секторе. Вырезы 13-16 попарно и перекрестно (13 и 15, 14 и 16) равноудалены от оси поворота ротора 5, причем края смежных вырезов расположены в одной плоскости, содержащей ось поворота ротора 5. Кольцо 12 расположено перпендикулярно оси поворота ротора 5 и установлено преимущественно на торцевых поверхностях втулок 7, 9 первой и второй частей каркаса обмоток 3, 4 таким образом, что пара вырезов 13, 15 располагается напротив обмотки 3 второй части каркаса, а пара вырезов 14, 16 - напротив обмотки 4 первой части каркаса. Плоское кольцо 12 неподвижного экрана может быть снабжено выполненной заедино с ним втулкой 17, на которой концентрично установлен каркас обмоток 3, 4. При этом ротор 5 датчика установлен во втулке 17 плоского кольца 12 неподвижного экрана.

Подвижный экран расположен смежно неподвижному экрану и выполнен в виде плоского кольца 18 с дугообразными сквозными вырезами, в частности с двумя вырезами 19, 20, по крайней мере частично перекрывающими вырезы 13-16 кольца 12 неподвижного экрана. Вырезы 19, 20 диаметрально равноудалены от оси поворота ротора 5, каждый вырез 19, 20 выполнен в отдельном прямоугольном секторе. Плоское кольцо 18 подвижного экрана выполнено предпочтительно заедино с ротором 5 датчика и расположено на плоском кольце 12 неподвижного экрана с подпружиниванием относительно основания 1 датчика. При этом ротор 5 также подпружинен в осевом направлении к статору относительно основания 1 датчика путем воздействия цилиндрической пружины 6 на плоское кольцо 18 подвижного экрана. Первый конец 21 пружины 6 установлен в пазу 22 основания 1, а второй конец 23 пружины 6 расположен в пазу 24 ротора 5. Экраны изготовлены из электропроводящего материала, преимущественно из меди, медных сплавов, алюминия или алюминиевых сплавов.

Корпус 2 датчика может быть дополнен отделением 25 для установки формирователя сигнала и штыревым разъемом 26.

Датчик устанавливается основанием 1 на стенке 27, через которую проходит контролируемый вал 28, например на стенке дроссельного патрубка системы подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания [1]. Вал 28 проходит через основание 1 и своим плоским концом 29 устанавливается в сквозном осевом отверстии 30 ротора 5, которое имеет форму, соответствующую форме конца 29 вала 28.

Датчик работает следующим образом. В исходном состоянии напротив пары вырезов 13, 15 плоского кольца 12 неподвижного экрана устанавливают пару вырезов 19, 20 плоского кольца 18 подвижного экрана. При этом обмотка 3 второй части каркаса в двух противоположных прямоугольных секторах открыта в направлении, параллельном оси ротора 5, а обмотка 4 первой части каркаса закрыта в том же направлении. Поворот вала 28 приводит к изменению положения плоского кольца 18 подвижного экрана относительно плоского кольца 12 неподвижного экрана: пара вырезов 13, 15 плоского кольца 12 неподвижного экрана закрывается, а пара вырезов 14, 16 открывается, открывая обмотку 4 первой части каркаса в двух противоположных прямоугольных секторах в направлении, параллельном оси ротора 5. Таким образом, происходит изменение индуктивностей обмоток 3, 4, а также величины вихревых токов, создаваемых обмотками 3, 4 в экранах датчика. В результате сопротивление переменному току одной обмотки увеличивается, а другой уменьшается. Это приводит к разбалансу мостовой измерительной цепи переменного тока и генерации сигнала, величина которого пропорциональна углу повороту вала 28.

Источники информации 1. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобилей ВАЗ-2110, ВАЗ-2111, ВАЗ-2112. - М.: Ливр, 1998 г., с.163.

Формула изобретения

1. Датчик угловых перемещений, содержащий основание и корпус, в котором установлены статор с диэлектрическим каркасом обмоток, ротор, приводящий во вращение подвижный экран, и возвратная цилиндрическая пружина, поджимающая ротор, отличающийся тем, что статор снабжен неподвижным экраном в виде плоского кольца с дугообразными сквозными вырезами, расположенного перпендикулярно оси поворота ротора, подвижный экран расположен смежно с неподвижным экраном и выполнен в виде плоского кольца с дугообразными сквозными вырезами, по крайней мере частично перекрывающими вырезы неподвижного экрана, при этом ротор подпружинен в осевом направлении к статору относительно основания датчика.

2. Датчик угловых перемещений по п.1, отличающийся тем, что каркас обмоток выполнен составным, первая часть каркаса образована втулкой с фланцем, вторая часть каркаса представлена втулкой, расположенной концентрично с втулкой первой части.

3. Датчик угловых перемещений по п.2, отличающийся тем, что обмотки установлены в кольцевых пазах, образованных на боковых поверхностях втулок первой и второй частей каркаса, причем пазы расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси поворота ротора.

4. Датчик угловых перемещений по п.2, отличающийся тем, что плоское кольцо неподвижного экрана установлено на торцевых поверхностях втулок первой и второй частей каркаса обмоток.

5. Датчик угловых перемещений по п.1 или 4, отличающийся тем, что плоское кольцо неподвижного экрана снабжено четырьмя вырезами, каждый из которых выполнен в отдельном прямоугольном секторе, вырезы попарно и перекрестно равноудалены от оси поворота ротора, причем края смежных вырезов расположены в одной плоскости, содержащей ось поворота ротора.

6. Датчик угловых перемещений по пп.1, 4 или 5, отличающийся тем, что плоское кольцо неподвижного экрана снабжено втулкой, на которой концентрично установлен каркас обмоток.

7. Датчик угловых перемещений по п.6, отличающийся тем, что втулка выполнена заедино с плоским кольцом неподвижного экрана.

8. Датчик угловых перемещений по п.6, отличающийся тем, что ротор датчика установлен во втулке плоского кольца неподвижного экрана.

9. Датчик угловых перемещений по п.1, отличающийся тем, что плоское кольцо подвижного экрана снабжено диаметрально равноудаленными от оси поворота ротора двумя сквозными вырезами, каждый из которых выполнен в отдельном прямоугольном секторе.

10. Датчик угловых перемещений по п.1 или 9, отличающийся тем, что плоское кольцо подвижного экрана выполнено заедино с ротором.

11. Датчик угловых перемещений по п.1, отличающийся тем, что плоское кольцо подвижного экрана расположено на плоском кольце неподвижного экрана с подпружиниванием относительно основания датчика.

12. Датчик угловых перемещений по п.10 или 11, отличающийся тем, что ротор подпружинен путем воздействия цилиндрической пружины на плоское кольцо подвижного экрана относительно основания датчика, при этом первый конец пружины установлен в пазу основания, а второй конец - в пазу ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.04.2007

Извещение опубликовано: 10.04.2007        БИ: 10/2007

---