ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 2008 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами, и может использоваться в качестве датчика бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала, датчика положения и датчика скорости ротора в системе управления электромеханическим усилителем руля.

Известен датчик частоты и крутящего момента [1], содержащий механический узел, состоящий из измерительного элемента, ведущего и ведомого валов, двух фотодатчиков, двух светодатчиков, и электрический узел, состоящий из компаратора, блока сравнения и индикатора.

Известен датчик крутящего момента вала [2], содержащий торсионный вал, корпус, внутри которого размещен каркас катушек индуктивности с обмотками и экраны с перфорированными в них окнами.

Известен датчик крутящего момента вала [3], содержащий торсионный вал, корпус, внутри которого размещен каркас катушек индуктивности с обмотками, и экраны с перфорированными окнами.

Известен датчик крутящего момента вала [4], содержащий торсионный вал с жестко закрепленным чувствительным элементом из магнитоупругого материала, корпус с двумя катушками индуктивности.

Известен датчик крутящего момента вала [5], содержащий торсионный вал, корпус с каркасом катушек индуктивности, экраны с перфорированными в них окнами.

Известно устройство [6] для измерения крутящего момента на валу, содержащее вал, состоящий из 2-х частей, втулки, соединяющей обе части вала посредством эластичного тела, на одной части вала закреплен постоянный магнит, на другой части вала, напротив магнита, расположен датчик величины магнитного поля, корпус с закрепленными контактами. При приложении крутящего момента к одной из частей вала вследствие деформации эластичного тела магнит перемещается относительно датчика, который детектирует изменение магнитного поля, а приложенный крутящий момент является функцией углового перемещения частей вала в зависимости от упругости эластичного тела.

Недостатком этого устройства является сложность закрепления упругого элемента во втулке, наличие проводов, которые подвергаются механическому воздействию, ограничение количества оборотов в одну сторону петлями проводов, необходимость настройки центра датчика и центра магнитного поля на магните механическим путем. А также то, что измерения осуществляются в зоне малых перемещений постоянных магнитов, которые имеют большой разброс параметров. По этой причине чувствительность устройства недостаточна.

Заявляемое изобретение представляет устройство, содержащее вал, состоящий из 2-х частей, а именно вала и ротора, упругую муфту, жестко закрепленную на валу и роторе и состоящую из двух полумуфт, соединенных упругими элементами, неподвижный корпус с датчиками величины магнитного поля, магнитные кольца, плату обработки сигналов.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении технологичности датчика, устранении механической настройки, повышении помехозащищенности датчика, выполнении новых функций, а именно: измерения угловой скорости, направления вращения и положения ротора, в одном компактном устройстве.

Технический результат достигается следующим образом. Упругая муфта, закрепленная на валу и роторе, выполняющая функцию эластичного тела, состоит из двух полумуфт, соединенных между собой упругими элементами, выполненными в виде плоских пружин (возможно исполнение упругих элементов в виде проволок, витых пружин, плоской пластины). На каждой полумуфте закреплено одно намагниченное кольцо с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, причем кольца могут быть выполнены из магнитотвердого материала с последующим многополюсным намагничиванием. На неподвижном корпусе закреплены два или более датчиков измерения величины магнитного поля, расположенные над магнитными кольцами и смещенные относительно друг друга. Плата обработки сигналов, установленная в корпусе (либо вне его, либо во внешнем устройстве) и подключенная к датчикам магнитного поля, определяющая положение, направление вращения, угловую скорость ротора и значение крутящего момента рулевого вала как в аналоговом, так и в цифровом виде. Измеряя величину напряжения с датчиков магнитного поля, смещенных относительно друг друга в двух или трех точках, определяют положение ротора двигателя и вала, а также направление вращения, угловую скорость ротора и крутящий момент на валу, который является функцией разности углов положения ротора и вала от жесткости упругого элемента. Измеряя напряжение на датчиках, определяют необходимые параметры, а именно: положение, направление вращения, угловую скорость ротора, крутящий момент на валу.

На чертеже показан продольный разрез датчика.

Датчик состоит из полумуфт 1, закрепленных на части вала 4 и роторе 5, магнитных колец 2, упругих элементов 3, соединяющих полумуфты 1, датчиков уровня магнитного поля 6, неподвижного корпуса 7, платы 8.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии крутящего момента положение магнитных колец 2, а следовательно, вала 4 и ротора 5 совпадают. Датчики измерения магнитного поля 6 подают электрические сигналы на плату 8, которая обрабатывает полученные сигналы и определяет положение ротора и вала, направление вращения, угловую скорость и крутящий момент. Плата 8 обрабатывает сигналы (величины напряжений датчиков магнитного поля) и определяет положение вала и ротора, направление вращения, угловую скорость, а также определяет разность углов положения ротора и вала, по которой определяется крутящий момент на валу. Разность углов в данном случае равна нулю - следовательно, крутящий момент нулевой.

При приложении крутящего момента упругие элементы 3 подвергаются деформации, положение вала и ротора начнет отличаться друг от друга, то есть появится разность углов положения вала и ротора, которая пропорциональна приложенному крутящему моменту.

Таким образом, за счет упрощения конструкции датчика повышается технологичность, помехозащищенность датчика появляется возможность выполнения нескольких дополнительных функций, а именно: измерение угловой скорости, направления вращения и положения ротора в одном компактном устройстве.

Библиографические данные

1. - RU 2099677.

2. - RU 2152600.

3. - RU 2165075.

4. - RU 2244907.

5. - RU 2244274.

6. - US 4173265.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения крутящего момента вала рулевого колеса, скорости и положения ротора в системе управления электромеханическим усилителем руля. Устройство содержит вал и ротор, соединенные упругой муфтой. Упругая муфта выполнена из двух полумуфт, на которых закреплены магнитные кольца, намагниченные с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, причем кольца могут быть выполнены из магнитотвердого материала с последующим многополюсным намагничиванием. Полумуфты соединены упругими плоскими пружинами. На неподвижном корпусе закреплены два или более датчиков измерения величины магнитного поля, расположенные над магнитными кольцами и смещенные относительно друг друга. Плата обработки сигналов установлена в корпусе, либо вне его, либо во внешнем устройстве и подключена к датчикам. Технический результат заключается в упрощении конструкции датчика, повышении технологичности и расширении выполняемых функций, а именно: измерении крутящего момента, угловой скорости, направления вращения и положения ротора. 1 ил.

Датчик крутящего момента вала, содержащий вал, состоящий из двух частей, на одной части вала на корпусе с контактами установлен датчик уровня магнитного поля, отличающийся тем, что вал и ротор, соединенные упругой муфтой, состоящей из двух полумуфт, соединенных упругими элементами в виде плоских пружин и с закрепленными на них кольцевыми постоянными магнитами, намагниченными в радиальном направлении с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, причем корпус содержит датчики уровня магнитного поля, смещенные относительно друг друга, и плату обработки сигналов датчиков.