ДАТЧИК ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01P3/487 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, в частности, в системе измерения скорости автомобиля.

Известен цифровой датчик скорости, содержащий снабженный магнитами вращающийся диск, сопряженный с неподвижной кассетой, которая содержит импульсные проволочные чувствительные элементы. Кассета жестко электрически и механически соединена с жесткой печатной платой. Этот узел жестко закреплен на передней поверхности верхней части корпуса с возможностью юстировки величины воздушного зазора между диском и кассетой. Кассета с чувствительными элементами и диск с магнитами размещены в корпусе, состоящем из двух частей - верхней и нижней [см. пат. США N 4 890 059, МПК G 01 P 3/42, НКИ 324-174, публ. 26.12.89 г. , аналог пат. ЕПВ N 0 314 957, МПК G 01 P 1/02, G 01 P 3/487, публ. 10.05.89 г.]
Недостатком этого датчика является сложность конструкции из-за наличия множества элементов и вследствие этого пониженные надежность и технологичность.

Известно также устройство кодирования углового положения вала, которое содержит приводной вал с закрепленными на нем постоянными магнитами, образующими кольцевой многополюсный магнит. На некотором расстоянии от магнитов установлен обращенный к ним компаратор магнитной индукции, содержащий чувствительный элемент в виде датчика Холла или магнитострикционного датчика, воспринимающий чередование полюсов при вращении приводного вала [см. пат. Великобритании N 1 600 726, МПК G 01 P 3/487, публ. 21.10.81 г.]
Недостатком такого датчика являются: сложность конструкции, связанная с наличием отдельных магнатов и необходимостью их крепления, что снижает технологичность и повышает трудоемкость датчика; неэффективное использование магнита в связи с рассеиванием магнитного потока; повышенные габариты датчика из-за неоптимальной конструкции ротора датчика с отдельными магнитами.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции датчика, уменьшения его габаритов и стоимости.

Заявляемый датчик содержит многополюсный магнит, расположенный на приводном валу датчика, и компаратор магнитной индукции, содержащий чувствительный элемент, расположенный над окружной поверхностью магнита.

Датчик отличается тем, что магнит выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала и имеет радиально-намагниченные разнополярные зоны; датчик снабжен концентратором магнитной индукции, который выполнен в виде изогнутой пластины из магнитомягкого материала, первый конец пластины расположен над чувствительным элементом, а второй конец снабжен окном или пазом, через который пропущен приводной вал датчика, при этом вал выполнен в виде магнитопровода; при использовании компаратора магнитной индукции с однополярными порогами переключения магнит выполнен с различными намагниченностями разнополярных зон, что обеспечивает смещение рабочей магнитной индукции в зоне расположения чувствительного элемента.

На фиг.1 представлена конструктивная схема датчика, на фиг.2 - вид по А фиг.1, на фиг.3 - схема намагничивания кольцевого магнита, на фиг.4 - топография магнитного поля магнита и циклограмма выходного сигнала компаратора.

Датчик содержит кольцевой многополюсный магнит 1, компаратор магнитной индукции с чувствительным элементом 2, концентратор магнитной индукции 3, приводной вал датчика 4.

Магнит 1 выполнен в виде целого кольца из магнитотвердого материала и имеет разнополярные радиально-намагниченные зоны (эквивалентно использованию отдельных магнитов), которые имеют различные намагниченности, как показано на фиг. 3, где а - широкие зоны намагничивания; б - узкие зоны намагничивания.

Топография магнитного поля многополюсного магнита 1 и циклограмма выходного сигнала компаратора 2 показаны на фиг.4, где B - рабочая индукция в зоне расположения чувствительного элемента; B_ср и B_отп - пороги срабатывания и отпускания компаратора магнитной индукции; B_см - смещение индукции.

Чувствительный элемент компаратора 2 расположен над окружной поверхностью магнита.

Датчик снабжен концентратором магнитной индукции 3 из магнитомягкого материала, который выполнен в виде изогнутой пластины, первый конец пластины расположен над чувствительным элементом, а второй конец имеет окно (или паз) 5, в которое входит вал датчика 4, выполненный как магнитопровод из магнитомягкого материала целиком или частично, например, в виде втулки.

Магнит 1 имеет различные намагниченности разнополярных зон при использовании компаратора магнитной индукции 2 с однополярными порогами переключения. При этом большую намагниченность имеет зона, полярность которой соответствует полярности порогов переключения компаратора, как показано в качестве примера на фиг.3 и 4.

Чувствительный элемент компаратора 2 может быть размещен последовательно в цепи концентратора 3 в любом месте, при этом принципиальная схема датчика сохраняется.

Датчик работает следующим образом. При вращении приводного вала 4 возникает пульсирующий знакопеременный магнитный поток в цепи: магнит 1 - чувствительный элемент компаратора 2 - концентратор 3 - вал 4 - магнит 1. При превышении рабочей индукции B порога срабатывания B_ср компаратора 2 на выходе компаратора генерируется импульсный сигнал высокого уровня (соответствующий логической 1), при снижении индукции B ниже порога отпускания на выходе компаратора сигнал имеет низкий уровень (соответствующий логическому 0). Частота выходных импульсов компаратора пропорциональна частоте вращения приводного вала датчика.

Такое техническое решение датчика позволяет обеспечить следующие преимущества: использование кольцевого многополюсного магнита 1 упрощает конструкцию датчика; концентратор магнитной индукции 3 уменьшает потоки рассеивания, что повышает эффективность магнита 1 и позволяет оптимизировать конструкцию датчика; выполнение магнита 1 с различными намагниченностями разнополярных зон создает постоянную составляющую (смещение) магнитной индукции, что дает возможность использования в датчике более грубого и дешевого компаратора магнитной индукции 2 с однополярными порогами переключения.

Датчик предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, в частности, в системе измерения скорости автомобиля. Датчик содержит многополюсный магнит, расположенный на приводном валу, и компаратор магнитной индукции. Магнит выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала и имеет радиально-намагниченные разнополярные зоны. Чувствительный элемент расположен над окружной поверхностью магнита. Датчик снабжен концентратором магнитной индукции в виде изогнутой пластины из магнитомягкого материала. Одна часть пластины расположена над чувствительным элементом, а другая часть снабжена окном или пазом, охватывающим приводной вал. Вал является магнитопроводом. Компаратор магнитной индукции, в частном случае выполнен с однополярными порогами переключения, а магнит имеет разнополярные зоны с различными намагниченностями. Упрощается конструкция датчика, уменьшаются его габариты и стоимость. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Датчик частоты вращения, содержащий многополюсный магнит, расположенный на приводном валу датчика, и компаратор магнитной индукции, содержащий чувствительный элемент, расположенный над окружной поверхностью магнита, отличающийся тем, что магнит выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала и имеет радиально-намагниченные разнополярные зоны, датчик снабжен концентратором магнитной индукции, который выполнен в виде изогнутой пластины из магнитомягкого материала, первый конец пластины расположен над чувствительным элементом, а второй конец имеет окно (или паз), охватывающий вал датчика, при этом вал датчика выполнен как магнитопровод. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что компаратор магнитной индукции выполнен с однополярными порогами переключения, а магнит выполнен с различными намагниченностями разнополярных зон, обеспечивая смещение рабочей магнитной индукции в зоне расположения чувствительного элемента.