БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА Российский патент 2005 года по МПК G01B7/30 G01R33/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения переменных магнитных величин, и может быть использовано, в частности, в качестве бесконтактного датчика положения дроссельной заслонки в микропроцессорных системах управления двигателем внутреннего сгорания.

Известны бесконтактные датчики углового положения вала, содержащие магнитодержатель с возможностью вращения, управляющую магнитную систему, магнитоэлектрический преобразователь (1, 2).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является бесконтактный датчик углового положения вала (2), содержащий основание в виде стакана со сквозным отверстием в дне, вставку со сквозным отверстием, выполненным в плоскости, параллельной плоскости дна основания, магнитодержатель в виде рычага, установленный с возможностью вращения в совмещенных отверстиях основания и вставки, магнитную систему, образованную подвижным постоянным магнитом, закрепленным на рычаге магнитодержателя, и неподвижным постоянным магнитом, закрепленным на боковой поверхности вставки, печатную плату с размещенным на ней магнитоэлектрическим преобразователем, прикрепленную к торцевой поверхности вставки, крышку, закрывающую основание сверху.

Известный бесконтактный датчик углового положения вала имеет недостаток, состоящий в том, что установка одного постоянного магнита магнитной системы на подвижном рычаге магнитодержателя, а другого - на боковой стенке неподвижной вставки не позволяет получить требуемую повторяемость параметров датчика без дополнительной юстировки магнитной системы при сборке изделия в условиях серийного производства.

Данное обстоятельство повышает трудоемкость изготовления датчика и соответственно увеличивает его стоимость.

Заявляемое изобретение направлено на снижение трудоемкости и уменьшение стоимости изготовления устройства в условиях серийного производства.

Указанный технический результат достигается тем, что в бесконтактном датчике углового положения вала, содержащем основание в виде стакана со сквозным отверстием в дне, вставку со сквозным отверстием, выполненном в плоскости, параллельной плоскости дна основания, магнитодержатель и магнитную систему, печатную плату с размещенным на ней магнитоэлектрическим преобразователем, разъем, электрически соединенный с печатной платой, крышку, вставка своей плоскостью с отверстием отделяет полость крышки, в которой располагается печатная плата, от полости основания, через которую проходит магнитодержатель, выполненный в виде тела вращения, один конец которого введен в отверстие основания, другой, предназначенный для прикрепления к нему магнитной системы, введен с возможностью вращения в отверстие вставки, при этом магнитодержатель в части, расположенной в полости основания, выполнен с двумя буртиками, один из которых через упругий элемент упирается в дно основания, другой - в плоскость вставки, а печатная плата установлена в полости крышки таким образом, что размещенный на ней магнитоэлектрический преобразователь оказывается расположенным в зоне действия магнитной системы.

На фиг.1, фиг.2 приведен пример конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства.

В состав бесконтактного датчика углового положения вала входят следующие элементы. Основание 1 в виде стакана прямоугольной формы со сквозным отверстием в дне. Заодно с основанием 1 на одной из его боковых стенок выполнен разъем 2, на другой, противоположной, - крепежная лапа, предназначенная для крепления датчика к соответствующему узлу автомобиля. Вставка 3, введенная в верхнюю часть основания 1 и расположенная плоскостью со сквозным отверстием параллельно плоскости дна основания 1. Основание 1 совместно со вставкой 3 образует полость основания. Магнитодержатель 4 цилиндрической формы, введенный одним концом в отверстие основания 1, другим - в отверстие вставки 3. На магнитодержателе 4 выполнены два буртика, один из которых через упругий элемент 5 в виде шайбы упирается в дно основания 1, другой - в плоскость вставки 3. На конце магнитодержателя 4, введенном в отверстие вставки 3, закреплена магнитная система 6 в виде постоянного магнита в форме таблетки. Печатная плата 7, прикрепленная к вставке 3 и закрывающая наглухо ее сквозное отверстие. Печатная плата 7 электрически соединена с выводами разъема 2 (на фиг.1, фиг.2 не показано). Магнитоэлектрический преобразователь 8, установленный на печатной плате 7 в зоне действия магнитной системы 6. Крышка 9, закрывающая сверху основание 1. Крышка 9 совместно со вставкой 3 образует полость крышки.

Принцип действия бесконтактного датчика углового положения вала состоит в следующем.

В исходном состоянии при подаче на ножевые контакты разъема 2 напряжения от внешнего источника питания на выходе магнитоэлектрического преобразователя 8 вырабатывается напряжение, пропорциональное углу поворота магнитодержателя 4. Условия реагирования чувствительного элемента магнитоэлектрического преобразователя 8 обеспечиваются путем расположения данного компонента на печатной плате 7 в зоне отверстия вставки 3. При этом для получения необходимой индукции магнитного поля, воздействующего на чувствительный элемент магнитоэлектрического преобразователя 8, прикрепленная к торцу магнитодержателя 4 магнитная система 6 в виде постоянного магнита в форме таблетки введена в отверстие вставки 3 на глубину, обеспечивающую минимальный воздушный зазор между поверхностью таблетки и чувствительным элементом. При повороте магнитодержателя 4 и соответственно постоянного магнита магнитной системы 6 меняется направление вектора магнитной индукции. В зависимости от направления указанного вектора чувствительный элемент формирует соответствующий сигнал, который затем обрабатывается интегральной схемой, обеспечивающей требуемую линейность и температурную стабильность выходной характеристики устройства. Выход интегральной схемы связан с выходным выводом магнитоэлектрического преобразователя 8, предназначенным для подключения к внешним цепям через разъем 2 датчика.

В данной конструкции требуемый воздушный зазор между поверхностью таблетки магнитной системы 6 и чувствительным элементом магнитоэлектрического преобразователя 8 обеспечивается при сборке изделия автоматически за счет того, что в заявляемом устройстве используется упругий элемент 5 в виде шайбы, прижимающий магнитную систему 6 к чувствительному элементу в пределах допустимого разброса размеров элементов датчика. В результате исключается какая-либо юстировка магнитной системы 6 и таким образом обеспечивается высокая повторяемость параметров датчика в условиях серийного производства.

На фиг.3, фиг.4 приведен другой пример конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства.

Данный датчик по конструкции и принципу действия аналогичен устройству, приведенному на фиг.1, фиг.2, и отличается от последнего тем, что в нем между буртиками магнитодержателя 4 установлена цилиндрическая пружина 10. Один конец пружины 10 заделан в тело магнитодержателя 4, другой - в тело основания 1. Благодаря наличию пружины 10 и указанной заделке ее концов датчик наделяется дополнительной функцией самовозврата в исходное положение после снятия силы вращения с магнитодержателя.

На фиг.5 приведен третий пример конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства, отличающийся от примера, приведенного на фиг.1, тем, что в нем крепление вставки 3 к основанию 1 и крышки 9 к вставке 3 осуществляется с помощью защелок 11.

На фиг.6 приведен четвертый пример конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства, отличающийся от примера, приведенного на фиг.1, тем, что в нем вставка 3 выполнена заодно с разъемом 2. Это позволяет осуществлять операцию электрического соединения печатной платы 7 и разъема 2, а также проверку указанного узла на функционирование перед выполнением сборки изделия в целом.

На фиг.7, фиг.8 приведен пятый пример конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства.

Данный пример по принципу действия аналогичен примерам, приведенным на фиг.1 - фиг.6, а по конструкции отличается тем, что в нем:

- крышка 9 выполнена заодно с разъемом 2;

- плата 7 с установленным на ней магнитоэлектрическим преобразователем 8 прикреплена к дну крышки 9;

- магнитная система 6 расположена в полости крышки 9 и образована двумя постоянными магнитами, прикрепленными к двум диаметрально противоположным площадкам монтажного диска 12, ось которого введена в торцевое отверстие магнитодержателя 4;

- крышка 9 и основание 1 датчика имеют круглую форму.

Указанное конструктивное решение направлено на расширение области применения датчика путем удовлетворения соответствующих требований к форме устройства.

На фиг.9 приведен пример конкретного конструктивного выполнения магнитодержателя 4. Для ограничения поворота магнитодержателя на одном из его буртиков 13 выполнен фиксатор 14.

Таким образом, отделение плоскостью с отверстием вставки полости крышки, в которой располагается печатная плата, от полости основания, через которую проходит магнитодержатель, выполненный в виде тела вращения, один конец которого введен в отверстие основания, другой, предназначенный для прикрепления к нему магнитной системы, введен с возможностью вращения в отверстие вставки, выполнение магнитодержателя в части, расположенной в полости основания, с двумя буртиками, один из которых через упругий элемент упирается в дно основания, другой - в плоскость вставки, а также установка печатной платы в верхней полости крышки таким образом, что размещенный на ней магнитоэлектрический преобразователь оказывается расположенным в зоне действия магнитной системы, выгодно отличает заявляемое устройство от прототипа, так как позволяет снизить трудоемкость изготовления датчика и уменьшить его стоимость.

Лабораторные испытания, проведенные OAO "Автоэлектроника", ОАО "ГАЗ" и ОАО "АВТОБАЗ", показали приемлемость использования заявляемого изобретения в качестве бесконтактного датчика положения дроссельной заслонки, например, в системе управления инжекторным двигателем, а также в качестве бесконтактного датчика положения топливной рейки, например, в системе управления топливным насосом высокого давления.

Источники информации

1. Dietmayer К., Weser M. Contactless angle measurement using KMZ 41 and UZZ 9000, Application note AN00023, Philips Electronics N.V. 2000.

2. Свидетельство RU №19587, МПК 7 G 01 R 33/00, 2001, бюл. №25

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при определении положения дроссельной заслонки в микропроцессорных системах управления двигателем внутреннего сгорания. Устройство содержит основание в виде стакана со сквозным отверстием в дне, а также вставку со сквозным отверстием, выполненным в плоскости, параллельной плоскости дна основания. Имеются магнитодержатель, выполненный в виде тела вращения, магнитная система, печатная плата с размещенным на ней магнитоэлектрическим преобразователем, разъем, электрически соединенный с печатной платой, и крышка. Вставка своей плоскостью с отверстием отделяет полость крышки, в которой располагается печатная плата, от полости основания, через которую проходит магнитодержатель. Один конец последнего введен в отверстие основания, а другой, предназначенный для прикрепления к нему магнитной системы, введен с возможностью вращения в отверстие вставки. При этом магнитодержатель в части, расположенной в полости основания, выполнен с двумя буртиками, один из которых через упругий элемент упирается в дно основания, другой - в плоскость вставки. Печатная плата установлена в полости крышки таким образом, что размещенный на ней магнитоэлектрический преобразователь расположен в зоне действия магнитной системы. Изобретение позволяет снизить трудоемкость и уменьшить стоимость изготовления датчика в условиях серийного производства. 2 з.п. ф-лы. 9 ил.

1. Бесконтактный датчик углового положения вала, содержащий основание в виде стакана со сквозным отверстием в дне, вставку со сквозным отверстием, выполненным в плоскости, параллельной плоскости дна основания, магнитодержатель и магнитную систему, печатную плату с размещенным на ней магнитоэлектрическим преобразователем, разъем, электрически соединенный с печатной платой, крышку, отличающийся тем, что вставка своей плоскостью с отверстием отделяет полость крышки, в которой располагается печатная плата, от полости основания, через которую проходит магнитодержатель, выполненный в виде тела вращения, один конец которого введен в отверстие основания, а другой, предназначенный для прикрепления к нему магнитной системы, введен с возможностью вращения в отверстие вставки, при этом магнитодержатель в части, расположенной в полости основания, выполнен с двумя буртиками, один из которых через упругий элемент упирается в дно основания, другой - в плоскость вставки, а печатная плата установлена в полости крышки таким образом, что размещенный на ней магнитоэлектрический преобразователь расположен в зоне действия магнитной системы.2. Бесконтактный датчик углового положения вала по п.1, отличающийся тем, что в торце магнитодержателя, предназначенном для прикрепления к нему магнитной системы, выполнено глухое отверстие для размещения в нем таблетки магнита, при этом указанный торец снабжен фиксирующим элементом для ограничения поворота магнитодержателя, а радиус отверстия вставки в зоне допустимого угла поворота увеличен до радиуса буртика магнитодержателя.3. Бесконтактный датчик углового положения по п.1, отличающийся тем, что магнитная система расположена в полости крышки и образована двумя постоянными магнитами, прикрепленными к двум диаметрально противоположным площадкам монтажного диска, ось которого введена в глухое отверстие в торце магнитодержателя.