ДАТЧИК СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01P3/487 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различных областях промышленности для определения скорости вращения вала, например в автомобилестроении.

Известен цифровой датчик скорости вращения, который содержит вращающийся диск с постоянными магнитами, на некотором расстоянии от диска размещены чувствительные импульсные проволочные элементы в неподвижной кассете (1).

Конструкция датчика позволяет изменять расстояние между кассетой и вращающимся диском, что дает возможность осуществлять регулировку выходных параметров датчика.

Недостатком такого датчика является сложность конструкции, ненадежность из-за наличия множества элементов, изменение чувствительности датчика после смещения кассеты к вращающемуся диску.

Известен датчик частоты вращения, который содержит кольцевой многополюсный магнит на приводном валу с радиально-намагниченными разнополярными зонами, компаратор магнитной индукции с чувствительным к изменениям магнитного поля элементом, расположенным над внешней цилиндрической поверхностью многополюсного магнита, и концентратор магнитной индукции, выполненный в виде изогнутой пластины, у которого одна часть пластины расположена над чувствительным элементом, а другая охватывает вал. Для смещения магнитного поля в области чувствительного элемента используется многополюсный магнит с различной азимутальной шириной намагничивания полюсных поверхностей разной полярности (2).

Недостатком данного устройства является следующее:
неизменные размеры концентратора не позволяют изменять величину индукции магнитного поля в области чувствительного элемента, при регулировании параметров выходного сигнала;
использование многополюсного магнита с различной азимутальной шириной полюсных поверхностей приводит к увеличению габаритных размеров магнита, либо к применению материалов с более высокими магнитными свойствами, а значит более дорогих, что приводит к увеличению стоимости датчика.

В основу настоящего изобретения, положена задача обеспечить регулировку параметров выходного сигнала, при этом чувствительность датчика не должна изменяться, уменьшить габариты датчика и его стоимость.

Указанная задача решается тем, что над чувствительным к изменениям магнитного поля элементом помещен малогабаритный постоянный магнит, ориентированный таким образом, что один полюс его расположен в области чувствительного элемента.

Указанная задача решается тем, что постоянный магнит имеет возможность перемещаться относительно чувствительного элемента, а также вращаться вокруг своей оси симметрии параллельно чувствительному элементу, меняя полярность полюса в области чувствительного элемента.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что предложенная конструкция позволяет:
создать с помощью постоянного магнита в области чувствительного элемента поле смещения, а для компенсации технологических разбросов намагниченности полюсов многополюсного магнита и разбросов порогов срабатывания и отпускания компаратора магнитной индукции, увеличивать или уменьшать (регулировать) величину магнитной индукции указанного поля, изменяя расстояние между постоянным магнитом и чувствительным элементом и(или) вращая постоянный магнит вокруг своей оси симметрии, при этом чувствительность датчика остается неизменной ввиду неизменности расстояния от чувствительного элемента до многополюсного магнита;
использовать постоянный магнит небольших размеров с невысокими магнитными свойствами и при этом получать магнитное поле смещения достаточно большой величины в связи с тем, что расстояние между постоянным магнитом и чувствительным элементом мало;
использовать кольцевой многополюсный магнит с одинаковой азимутальной шириной и намагниченностью полюсных поверхностей разной полярности в связи с тем, что смещение индукции магнитного поля в области чувствительного элемента обеспечивает постоянный магнит;
обеспечить в области чувствительного элемента с помощью поля, которое создает постоянный магнит, регулируемое смещение переменного магнитного поля многополюсного магнита;
позволяет проводить регулировку параметров выходного сигнала в широком диапазоне, в том числе для компараторов с различной величиной и разбросом порогов срабатывания и отпускания, полностью скомпенсировать значительные технологические разбросы намагниченности многополюсного магнита за счет регулируемого смещения переменного магнитного поля;
использовать постоянный магнит небольших размеров с невысокими магнитными свойствами и при этом получать поле смещения достаточно большой величины в связи с тем, что расстояние между постоянным магнитом и чувствительным элементом мало;
использовать многополюсный магнит, выполненный в форме кольца, с одинаковой азимутальной шириной и радиальной намагниченностью полюсных поверхностей разной полярности в связи с тем, что смещение индукции магнитного поля в области чувствительного элемента обеспечивает постоянный магнит;
уменьшить габариты многополюсного магнита, использовать при изготовлении более дешевые магнитотвердые материалы, в связи с тем, что величину намагниченности полюсов при наличии поля смешения можно уменьшить;
на фиг. 4 - зависимость рабочей индукции переменного магнитного поля в области чувствительного элемента от угла поворота приводного вала и диаграмма формирования сигнала на выходе компаратора, где
В_р - рабочая индукция переменного магнитного поля;
В_см - индукция регулируемого постоянного магнитного поля смещения, которое создает постоянный магнит;
В_ср и В_отп - пороги срабатывания и отпускания компаратора магнитной индукции;
Bmax - максимальная величина индукции магнитного поля, которое создает многополюсный магнит без постоянного магнита;
Bmax см - максимальная величина индукции магнитного поля, которое создает многополюсный магнит с постоянным магнитом.

На фиг.1-3 цифрами 5-20 показаны направления возможных перемещений постоянного магнита при регулировании величины магнитной индукции В_см.

Датчик скорости вращения содержит магнитную цепь, включающую кольцевой многополюсный магнит 2, расположенный на приводном валу 1, компаратор магнитной индукции с чувствительным Bmax cм - максимальная величина индукции магнитного поля, которое должен создавать многополюсный магнит в случае применения постоянного магнита.

U¹ и U⁰ - сигналы высокого и низкого уровня на выходе датчика.

На фиг.1-3 цифрами 5-20 показаны направления возможных перемещений постоянного магнита при регулировании параметров выходного сигнала.

Датчик скорости вращения содержит магнитную цепь, включающую многополюсный магнит 2, расположенный на валу 1, компаратор магнитной индукции с чувствительным элементом 3 и постоянный магнит 4.

Магнит 2 выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала с одинаковой азимутальной шириной и радиальной намагниченностью полюсных поверхностей разной полярности с внешней цилиндрической поверхностью, у которой расположен чувствительный элемент.

Постоянный магнит расположен в области чувствительного элемента, над чувствительным элементом или у его боковой поверхности.

Постоянный магнит 4, при уменьшении размеров датчика в радиальном направлении, может быть размещен непосредственно у боковой поверхности чувствительного элемента.

Датчик работает следующим образом. При вращении многополюсного магнита в области чувствительного элемента 3 появляется переменное магнитное поле. При превышении индукцией В~ переменного магнитного поля вокруг своей оси симметрии (направления 5-20 возможных перемещений постоянного магнита при изменении величины В_см показаны на фиг.1-3), при этом рабочее (результирующее) магнитное поле может быть представлено как
В_р=В_~+В_см
где В_р - индукция рабочего магнитного поля;
В_~ - индукция переменного магнитного поля, которое создает многополюсный магнит;
В_см - индукция магнитного поля смещения, которое создает постоянный магнит.

Источники информации
1. Патент США 4890059, МПК⁴: G 01 Р 3/42, НКИ 324-174, публ. 26.12.89.

2. Патент РФ 2136003, МПК⁶: G 01 Р 3/487, публ. 27.08.99.

Датчик предназначен для использования в различных областях промышленности, например в автомобилестроении. Датчик содержит кольцевой многополюсный магнит, расположенный на приводном валу, компаратор магнитной индукции с чувствительным к изменениям магнитного поля элементом, расположенным у внешней цилиндрической поверхности многополюсного магнита, и постоянный магнит, расположенный в области чувствительного элемента, который позволяет производить регулировку параметров выходного сигнала датчика изменением величины индукции постоянного магнитного поля смещения в области чувствительного элемента перемещением постоянного магнита и/или его вращением вокруг своей оси. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Датчик скорости вращения, содержащий вращающийся многополюсный магнит, и чувствительный к изменениям магнитного поля элемент компаратора магнитной индукции, отличающийся тем, что в области чувствительного элемента расположен постоянный магнит, имеющий возможность перемещаться относительно чувствительного элемента и/или вращаться вокруг своей оси. 2. Датчик скорости вращения по п.1, отличающийся тем, что многополюсный магнит выполнен в форме кольца, намагниченного в радиальном направлении, у внешней цилиндрической поверхности которого расположен чувствительный элемент. 3. Датчик скорости вращения по п.1, отличающийся тем, что постоянный магнит расположен над чувствительным элементом или у его боковой поверхности. 4. Датчик скорости вращения по п.1, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен в виде цилиндра с разнополярными полюсами на его торцевой поверхности, обращенной к чувствительному элементу, при этом ось вращения постоянного магнита смещена относительно геометрического центра чувствительного элемента.