ДАТЧИК ЧИСЛА ОБОРОТОВ Российский патент 1994 года по МПК G01P3/44 

Изобретение относится к устройствам для преобразования частоты вращения вала в электрические сигналы и может быть использовано в качестве датчика числа оборотов выходного вала коробки передач на транспортных средствах.

Широко известны датчики частоты вращения, использующие эффект наведения электродвижущей силы (ЭДС) в магниточувствительном элементе при изменении магнитного потока, проходящего через него. Известный датчик содержит статор и ротор [1] . Магниточувствительный элемент и постоянный магнит установлены на магнитопроводе статора в плоскости, перпендикулярной оси вала ротора, неподвижно друг относительно друга. Ротор, вращающийся вокруг оси вала, содержит чашеобразный ферромагнитный элемент с вырезами по борту. Борт чашеобразного элемента расположен в зазоре между магниточувствительным элементом и магнитом. При вращении ротора происходит прерывание магнитного потока через магниточувствительный элемент, если в зазоре находится участок борта, или восстановление, если в зазоре находится вырез. Изменение магнитного потока приводит к наведению ЭДС в магниточувствительном элементе.

Размеры описанной конструкции увеличены в плоскости, перпендикулярной оси вала, за счет выхода за габарит ферромагнитного элемента части магнитопровода и магниточувствительного элемента.

Известно устройство для измерения скорости вращения выходного вала автомобиля [2] , содержащее корпус, крышку и ротор. Корпус выполнен из двух частей. В первой части корпуса образовано осевое сквозное отверстие, в котором запрессована втулка. Вторая часть корпуса выполнена в виде сквозного цилиндра, содержащего элементы соединения с первой частью корпуса и крышкой. Внутри второй части корпуса вдоль боковой поверхности установлена плата с электронными элементами и магниточувствительным элементом, обращенным к оси корпуса. Ротор установлен своим валом во втулке первой части корпуса. На одном конце вала, напротив магниточувствительного элемента, установлен постоянный многополюсный магнит, выполненный в виде диска с участками чередующейся полярности по краю. Плоскость диска перпендикулярна оси вала ротора. Другой конец вала содержит узел соединения с выходным валом автомобиля. С открытым торцом второй части корпуса сопряжена крышка с выводами, электрически соединенными с платой.

При вращении ротора участки чередующейся полярности магнита проходят около магниточувствительного элемента, изменяя направление и величину магнитного потока через него. Таким образом, в магниточувствительном элементе наводится ЭДС.

Недостатком описанного решения является увеличение массы датчика за счет использования многополюсного магнита, в то время как в каждый момент времени рабочими являются только один или два смежных полюса.

Кроме того, габариты датчика значительно увеличены за счет размещения платы с электронными элементами внутри корпуса, так как размер второй части корпуса вдоль его оси определяется длиной платы, а размер в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, зависит, кроме размера магнита, от толщины платы и магниточувствительного элемента.

Целью изобретения является снижение массогабаритных показателей датчика числа оборотов.

Цель достигается тем, что в датчике числа оборотов, содержащем корпус, выполненный в виде полого стакана с отходящим от наружной поверхности его дна цилиндром, содержащим сквозной продольный осевой канал с установленной в нем со стороны стакана втулкой, и постоянным магнитом, установленным на полюсном элементе и закрепленным на внутренней боковой поверхности стакана, крышку в виде диска из электроизоляционного материала, сопрягаемую с открытым торцом корпуса перпендикулярно его оси, на одной стороне которой сформирована колодка для контактных клемм, а на другой установлены плата с электронными элементами, электрически соединенная с клеммами, концентратор магнитного потока и примыкающей к нему магниточувствительный элемент в виде элемента Холла, электрически соединенный с платой и обращенный к постоянному магниту, и ферромагнитный ротор, установленный во втулке корпуса своим валом, на одном конце которого сформирован присоединительный хвостовик, а с другим жестко связана многолепестковая звездочка, простирающаяся в зазор между магнитом и магниточувствительным элементом, плоскость которой перпендикулярна оси вала, плата, концентратор и магниточувствительный элемент, прилегающие друг к другу и к крышке сторонами с наибольшей площадью, и клеммы собраны в один блок, причем концентратор, простирающийся от вала к магниточувствительному элементу, установлен между платой и магниточувствительным элементом, а вал ротора, примыкающий к концентратору под прямым углом своим торцом, противоположным хвостовику, связан с полюсным элементом посредством втулки, выполненной из ферромагнитного материала.

Блок может быть установлен в теле крышки путем заливки ее материалом.

Концентратор может быть выполнен в виде пластины, снабженной зацепами в виде выступов на противоположных краях, отогнутых под прямым углом, взаимодействующих с ответными прорезями платы.

На фиг. 1 изображен датчик числа оборотов в осевом разрезе; на фиг. 2 изображены составные части датчика в аксонометрии; на фиг. 3 изображен концентратор в аксонометрии.

Датчик скорости содержит корпус 1, крышку 2 и ротор 3.

Корпус 1 выполнен в виде полого стакана из немагнитного материала, от наружной поверхности дна 4 которого отходит цилиндр 5 с продольным сквозным каналом 6. Ось канала совпадает с осью корпуса 1. Свободный торцовый конец цилиндра 5 снабжен посадочной резьбой 7. В канале 6 со стороны стакана установлена втулка 8, выполненная из ферромагнитного материала, например из металлокерамики на основе железа. На дне 4 стакана установлен полюсный элемент 9 пластинчатого типа с отверстием, охватывающим наружную поверхность втулки 8. Полюсный элемент 9 содержит плоский выступ 10, простирающийся по дну 4 стакана к его боковой поверхности. На конце выступа 10, на поверхности, обращенной наружу, установлен двухполюсный постоянный магнит 11, магнитная ось которого перпендикулярна плоскости полюсного элемента 9. Магнит 11 приклеен к боковой поверхности стакана. Для улучшения фиксации магнита 11 в стакане может быть сформировано специальное гнездо 12, 13.

Ротор 3 включает в себя вал 14, на одном конце которого образован хвостовик 15, а с другим жестко связана многолепестковая звездочка 16. Плоскость звездочки 16 перпендикулярна оси вала 14. Между хвостовиком 15 и звездочкой 16 выполнен кольцевой буртик 17. Все части ротора 3 выполнены из ферромагнитных материалов.

Крышка 2 выполнена в виде диска из изоляционного материала. На одной стороне диска за одно целое с ним сформирована колодка 18 для контактных клемм 19. На другой стороне диска параллельно его плоскости установлен блок, включающий в себя клеммы 19, плату 20 с электронными элементами, электрически соединенную с клеммами 19, концентратор 21 магнитного потока и магниточувствительный элемент 22, выполненный, например, на эффекте холла. Блок может быть установлен в теле крышки 2, например, путем заливки ее материалом. Концентратор 21 расположен между платой 20 и элементом 22 и выполнен в виде металлической пластины, к удлиненному концу 23 которой прилегает магниточувствительный элемент 22, электрически соединенный с элементами платы 20 через прорезь 24 в концентраторе 21. Концентратор 21 может быть соединен с платой 20 посредством зацепов 25, выполненных в виде выступов на противоположных краях пластины, отогнутых под прямым углом и взаимодействующих с ответными прорезями платы 20.

Ротор 3 установлен в корпусе 1 так, что вал 14 расположен во втулке 8, упираясь буртиком 17 в торец втулки 8, при этом звездочка 16 размещена в полости стакана, а хвостовик 15 вала 14 входит в свободный торцовый конец цилиндра 5.

С открытого торца стакан корпуса 1 закрыт крышкой 2, завальцованной по периметру стакана. При этом магниточувствительный элемент 22, обращенный к магниту 11, и сам магнит 11 лежат в плоскости, включающей в себя ось вала 14, на равном расстоянии от этой оси. Между элементом 22 и магнитом 11 образован зазор 26, достаточный для свободного прохождения лепестков звездочки 16.

В собранном состоянии датчика вал 14 своим плоским торцом 27 примыкает под прямым углом к плоскости концентратора 21, замыкающего магнитную цепь между валом 14 и магниточувствительным элементом 22.

Датчик скорости работает следующим образом.

Хвостовик 15 соединяется с выходным валом, например, коробки передач автомобиля. Вращаясь, выходной вал приводит во вращение вал 14 датчика скорости вместе с закрепленной на нем звездочкой 16.

В том случае, если между магнитом 11 и элементов 22 находится воздушный промежуток 28, магнитная цепь включает в себя магнит 11, полюсный элемент 9, втулку 8, участок вала 14 от втулки 8 до торца 27, концентратор 21, элемент 22 и зазор 26 между элементом 22 и магнитом 11. Таким образом, магниточувствительный элемент 22 находится в магнитом поле.

Если между магнитом 11 и элементом 22 расположен лепесток звездочки 16, магнитная цепь включает в себя магнит 11, полюсный элемент 9, втулку 8, участок вала 14 от втулки 8 до звездочки 16, лепесток звездочки 16 и зазор между лепестком и магнитом 11. В этом случае магниточувствительный элемент 22 находится вне магнитного поля.

Лепестки звездочки 16, чередуясь с воздушными промежутками 28, проходят в зазоре 26 между магнитом 11 и магниточувствительным элементом 22, изменяя поток магнитного поля через элемент 22. Изменение магнитного потока вызывает возникновение электрического сигнала на выводах магниточувствительного элемента 22. Далее сигнал усиливается и преобразуется электронными элементами платы 20 и выводится на клеммы 19.

Количество вырабатываемых датчиком сигналов в единицу времени пропорционально частоте вращения ротора 3 и, следовательно, частоте вращения выходного вала. (56) 1. Заявка Франции N 2255484, кл. F 02 P 7/02, 1975.

2. Патент Великобритании N 2176608, кл. G 01 P 3/44, 1986.

Использование: в качестве датчика числа оборотов выходного вала на транспортных средствах. Сущность изобретения: датчик содержит корпус, крышку и ротор. Корпус выполнен в виде полого стакана, от наружной поверхности дна которого отходит цилиндр с продольным сквозным каналом. На внутренней поверхности дна установлен полюсный элемент, на одном конце которого расположен постоянный магнит. Другой конец элемента снабжен отверстием, охватывающим втулку, запрессованную в канал. Во втулке своим валом установлен ротор, звездочка которого расположена в полости стакана. Крышка выполнена в виде диска из изоляционного материала, на наружной стороне которого сформирована колодка для контактных клемм. На обратной стороне диска, обращенной в полость стакана, параллельно его плоскости установлен блок, включающий в себя клеммы, плату с электронными элементами, концентратор магнитного потока и магниточувствительный элемент. Концентратор расположен между платой и магниточувствительным элементом. В собранном состоянии датчика вал своим плоским торцом примыкает под прямым углом к плоскости концентратора, замыкающего магнитную цепь между валом и магниточувствительным элементом, при этом лепестки звездочки простираются в зазор между магнитом и магниточувствительным элементом. Взаимосвязь элементов конструкции и магнитной цепи позволяет уменьшить габариты и снизить массу датчика. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ДАТЧИК ЧИСЛА ОБОРОТОВ , содеpжащий коpпус в виде полого стакана с отходящим от наpужной повеpхности его дна цилиндpом, содеpжащим сквозной пpодольный осевой канал с установленной в нем со стоpоны стакана втулкой, и постоянным магнитом, установленным на полюсном элементе и закpепленным на внутpенней боковой повеpхности стакана, кpышку в виде диска из электpоизоляционного матеpиала, сопpягаемую с откpытым тоpцом коpпуса пеpпендикуляpно его оси, на одной стоpоне котоpой сфоpмиpована колодка для контактных клемм, а на дpугой установлены плата с электpонными элементами, электpически соединенная с клеммами, концентpатоp магнитного потока и пpимыкающий к нему магниточувствительный элемент в виде элемента Холла, электpически соединенный с платой и обpащенный к постоянному магниту, и феppомагнитный pотоp, установленный во втулке коpпуса своим валом, на одном конце котоpого сфоpмиpован пpисоединительный хвостовик, а с дpугим жестко связана многолепестковая звездочка, пpостиpающаяся в зазоp между магнитом и магниточувствительным элементом и плоскость котоpой пеpпендикуляpна оси вала, отличающийся тем, что плата, концентpатоp и магниточувствительный элемент, пpилегающие дpуг к дpугу и к кpышке стоpонами с наибольшей площадью, и клеммы собpаны в один блок, пpичем концентpатоp, пpостиpающийся от вала к магниточувствительному элементу, установлен между платой и магниточувствительным элементом, а вал pотоpа, пpимыкающий к концентpатоpу под пpямым углом, своим тоpцом, пpотивоположным хвостовику, связан с полюсным элементом посpедством втулки из феppомагнитного матеpиала. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что блок установлен в теле кpышки путем заливки ее матеpиалом. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что концентpатоp выполнен в виде пластины, снабженной зацепами в виде выступов на пpотивоположных кpаях, отогнутых под пpямым углом и взаимодействующих с ответными пpоpезями платы.