ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ЗУБА ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА Российский патент 2003 года по МПК G01P3/488 G01B7/30 G01B7/14 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах для определения скорости вращения и/или угла поворота элементов машин и механизмов, в том числе специальных зубчатых колес и шестерней редукторов.

Индикация зуба в этих устройствах осуществляется при помощи преобразователей, реагирующих на изменение величины или полярности магнитного поля.

Известны и широко применяются так называемые зубчатые индукционные преобразователи для детектирования линейного или вращательного движения [1, 2].

Недостатками этих устройств являются прецизионность их установки, низкая чувствительность и существенная зависимость выходного сигнала от скорости. Современные индукционные датчики надежно работают при зазорах 0.5-1 мм и частотах более 30-40 мин^-1.

Известны датчики положения для индикации экрана из магнитомягкого материала с использованием магниточувствительных полупроводниковых преобразователей, например датчиков Холла [3, 4]. В этих устройствах величина сигнала с преобразователя не зависит от скорости перемещения экрана. Наиболее близким по набору элементов и принципу действия является устройство [5], выбранное в качестве прототипа.

Устройство содержит корпус, магниточувствительный преобразователь и магнитную систему, расположенные таким образом, что между полюсом постоянного магнита и преобразователем имеется зазор, в который входит зуб зубчатого колеса из магнитомягкого материала.

При перемещении зуба в зоне магниточувствительного преобразователя происходит изменение магнитного потока через него и срабатывание преобразователя.

Его недостатки: невозможность торцевого расположения устройства относительно зубчатого колеса, низкая разрешающая способность и невозможность магнитной подстройки разброса чувствительности преобразователей. Причинами их являются "щелевая" конструкция магнитной системы, низкий градиент напряженности магнитного поля в рабочем зазоре, большое рассеяние магнитного потока, конструктивное постоянство магнитной системы.

Целью изобретения является устранение этих недостатков, что достигается путем использования кольцевого постоянного магнита, намагниченного аксиально, внутри которого расположен магнитопровод из магнитомягкого материала, а со стороны торца магнитопровода на корпусе установлен магниточувствительный преобразователь. Магнитопровод может перемещаться внутри магнита вдоль его оси.

На чертеже представлено схематическое изображение конструкции датчика положения зуба зубчатого колеса в целом. Датчик состоит из немагнитного корпуса 1, выполненного, например, в виде втулки с внутренней резьбой. На ее торце установлен магниточувствительный преобразователь 2, например датчик Холла. На цилиндрической части втулки соосно с ней установлен кольцевой постоянный магнит 3. Внутри кольцевого магнита на втулке расположен магнитомягкий магнитопровод 4 в виде цилиндра с резьбой. Все устройство располагается со стороны венца зубчатого колеса 5.

Кольцевая конструкция постоянного магнита позволяет создать в зоне магниточувствительного преобразователя максимальный градиент магнитного поля при смене положения зуба и впадины (ΔВ не менее 30 мТл при зазоре 2.5 мм и ΔВ не менее 60 мТл при зазоре 1.5 мм).

За счет наличия резьбы и перемещения магнитопровода 4 возможна настройка датчика положения на срабатывание независимо от разброса чувствительности магнитного преобразователя 2 и/или настройка устройства на различные зазоры и различную геометрию зуба.

В результате разработки, изготовления и испытаний опытных образцов датчика положения с габаритными размерами кольцевого магнита ⊘9-14 мм и высотой 5-10 мм получены положительные результаты индикации зуба при его толщине 1-5 мм, высоте 3-5 мм, шаге зуба 7-10 мм и толщине зубчатого колеса 5-10 мм.

Источники информации
1. Покровский Г.П. Электроника в системах подачи топлива двигателей. М.: Машиностроение, 1990, с. 88.

2. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е.П.Осадчего. М.: Машиностроение, 1979, с. 244.

3. Описание к заявке на патент RU 94014564, 1996.

4. Описание к заявке на патент RU 94017597, 1996.

5. Росс Твег. Системы зажигания легковых автомобилей, "За рулем", 1998, с. 15-24.

Датчик относится к измерительной технике и может быть использован в устройствах для определения скорости вращения и угла поворота элементов машин и механизмов. Датчик содержит немагнитный корпус, постоянный кольцевой магнит. Внутри магнита на корпусе расположен магнитопровод, способный перемещаться вдоль оси магнита. Со стороны торца магнитопровода на корпусе установлен магниточувствительный преобразователь. Датчик положения размещается со стороны венца зубчатого колеса и индицирует положение зуба в зоне магниточувствительного преобразователя. Кольцевая конструкция постоянного магнита позволяет создать в зоне магниточувствительного преобразователя максимальный градиент магнитного поля при смене положения зуба и впадины. За счет наличия резьбы на магнитопроводе и его перемещения возможна настройка датчика на различные зазоры и геометрию зуба независимо от чувствительности магниточувствительного преобразователя. В результате повышается разрешающая способность и эксплуатационная надежность датчика и возможность его применения непосредственно с зубчатыми колесами редукторов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Датчик положения зуба зубчатого колеса, содержащий немагнитный корпус, постоянный магнит и магниточувствительный преобразователь, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен в виде кольца, намагниченного аксиально, внутри которого на корпусе расположен магнитопровод из магнитомягкого материала, а со стороны торца магнитопровода на корпусе установлен магниточувствительный преобразователь. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод из магнитомягкого материала выполнен в виде цилиндра с резьбой и имеет возможность перемещаться внутри кольцевого магнита вдоль его продольной оси.