Датчик скорости и угла поворота вала Советский патент 1982 года по МПК G01P3/42 G01P3/48 

(54) ДАТЧИК СКОРОСТИ И УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах бесконтактной синхронизации различных процессов с угловым положением вращающегося элемента, для контроля и регулирования различных устройств, в которых необходимо точно и стабильно обнаруживать одно или несколько положений движущегося элемента, или в ;устройствах для измерения угловой

скорости вращения вала.

Известен датчик скорости вращения вала, содержащий ротор, статор, выполненный в виде цилиндрического магнитопровода с центральным стержнем из постоянного магнита, с цилиндрической катушкой и с торцовыми зубьями. С помощью датчика возможно измерение угла поворота вала 1.

Основными недостатками такого датчика являются ограниченная область применения из-за невозможности измерения скорости вала при установке датчика на его боковой поверхности в случае трудного доступа к торцу вала, а также невысокая разрешающая способность измерения угла поворота ваша.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик скорости и угла поворота вала, содержащий зубчатый ротор, статор, имеющий г агнитопровод с обмоткой и насадком на рабочем торце C2J.

Основным недостатком известного датчика является невысокая разрешающая способность измерения угла пово10рота вала вследствие того, что при работе датчика с очень малым зазором между ротором и статором, соизмеримым с биениями ротора, полезная ЭДС,наводимая в обмотке датчи15ка при взаимодействии зубьев рото-гра и насёщка статора, искажается из-за изменения зазора между ротором и статором в результате биений вала и неточности изготовления ро20тора, что снижает разрешающую способность датчика.

Увеличение зазора между ротором и статором до размеров, превышающих как минимум на порядок биения ро25тора, снижает искажения в полезной ЭДС, но значительно уменьшает-амплитуду полезной ЭДС.

Кроме того, магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом, к

30 рабочему зазору подводится не полностью: часть его замыкается по иным путям, в том числе по воздуху, в связи с чем плотность магнитного потока в магнитопроводе снижается. Резкое уменьшение площади .поперечного сечения при переходе от цилинд рического рабочего торца магнитопро вода к прямоугольному насадку приводит к возрастанию потоков рассеивания и, следовательно, уменьшению полезного магнитного потока в воздушном зазоре между статором и ротором, что уменьшает амплитуду полезного сигнала. Цель изобретения - повышение разрешающей способности измерения угла поворота и величины .выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем что в предлагаемом датчике скорости и угла поворота вала, содержащем зубчатый ротор, статор, имеющий магнитопровод с обмоткой и с насадком н рабочем торце, магнитопровод выполнен коническим, сужающимся в направлении насадка насадок выполнен с сохранением постоянной площади поперечного сечения и с изменяющейся формой текущего поперечного сечения от круглой, соответствующей рабочему торцу магнитопровода, до прямоугольной, ширина которой равна ширине зуба ротора, при этом площадь поперечного сечения насадка SH выбирается из соотношения SH / ST f т пло щадь поперечного сечения рабочего торца магнитопровода, а число витков обмотки выполнено увеличивающимся в направлении насадка. На фиг. 1 показан датчик скорост и угла поворота вала, общий вид ; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 ; на фиг.З --сечение Б-Б на фиг.1. Датчик скорости и угла поворота вала содержит изготовленный из ферромагнитного материала и насаженный на контролируемый вал ротор 1 с выступами 2 и статор, являющийся собс венно чувствительным элементом датчика, закрепленный на каком-либо не подвижном кронштейне (не показан). Статор имеет коаксиально расположенные кольцеобразный магнит 3 (например, из сплава редкоземельного ма териала 5(Со , поляризированный в осевом направлении, магнитопровод 4 с насадком 5. При этом магнитопро вод 4 выполнен коническим, сужающим -ся в направлении насадка 5. Насадок 5с боковой поверхностью 6 выполнен с сохранением постоянной площади по перечного сечения и с изменяющейся формой текущего полезного сечения о круглой, соответствующей рабочему торцу магнитопровода до прямоугольной 7, ширина которой примерно равна ширине зуба 2 ротора 1, а длина меньше длины выступов 2 рЪтора 1 примерно на 10-20%. На магнитопроводе 4 размещена обмотка 8, число витков которой выполнено увеличивающимся в направлении насадка 5. Статор помещен в корпус 9, выполненньт - из немагнитного материала с высоким удельным электрическим сопротивлением (например, из стали, имеющей структуру немагнитного аустенита). На корпусе 9 статора имеется паз 10 для соответствующей ориентации насадка 5 по зубьям ротора 1 рри установке датчика. Датчик работает следующим образом. Магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 3,проходит,по цепи: магнитопровод 4 - насадок 5 - воздушный зазор между насадком 5 и ротором 1 - ротор 1. Магнитное сопротивление этой цепи зависит от величины воздушного зазора между насадком 5 и ротором 1, которая изменяется в зависимости от того, находится ли напротив торца 7 насадка 5 выступ 2 ротора 1 или впадина.. При вращении контролируемого вала и насаженного на него зубчатого ротора 1 периодические изменения воздушного зазора между ротором 1 и насадком 5 статора и связанные с этим изменения полного магнитного сопротивления вызывают пропорциональные изменения магнитного потока, который в обмотке 2 датчика наводит ЭДС, частота которой зависит от скорости вращения вала и параметров зубчатого ротора где f - частота ЭДС в обмотке датчика Гц ; 2 - число выступов на роторе датчика ; п - частота врадения ротора, об/мин. Из этой зивисимости с помощью вторичного преобразователя определяется частота вращения вала faof п 2 Угол поворота контролируемого вала определяется числом импульсов, -отсчитанным от опорного сигнала (начала отсчета), где N - число импульсов датчика, ОТСЧИТ1ННЫ.Х от опорного сигнала (от начала отсчета) число выступов на роторе датчика ; угол поворота вала от опорного положения, рад.

Выполнение насадка с профилированньами боковыми поверхностями при сохранении постоянной площади поперечного сечения и выполнение магнитопровода коническим, сужающимся в направлении насадка при соблюдении условия, что-текущая площадь поперечного сечения насадка по крайней мере не должна быть меньше площади поперечного сечения рабочего торца магнитопровода, и выполнение обмотки с числом витков, увеличивающимся в направлении насадка,позволяют повысить разрешающую способность и величину выходного сигнала примерно в 2-4 раза по сравнения) с серийно Eыпycкae wми датчиками модели 1ППТ-2 (ТУ 25-04-3363-78 К .

Проведены сравнительные испытания заявленного и серийного датчиков.

В результате испытаний выявлено следующее. При частоте вращения вала п 2000 об/мин величина выходно Го сигнала предлагаемого датчика сос1тавляет 15 В, серийного датчика - 5 Для получения выходного сигнала от датчика не менее 4 В при зазоре между насадком статора и выступами ротора 0,5 мм необходимая ширина вы ступов ротора может быть доведена у предлагаемого датчика до 1 мм,усерийного - не менее 3 мм.

Таким образом, разрешающая способность у предлагаемого датчика в 3 раза лучше («3:lj.

Формула изобретения Датчик скорости и угла поворота вала, содержащий зубчатый ротор, статор, имеющий магнитопровод с обмоткой и с насадком на рабочем торце, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей

0 способности и величины выходного сигнала, магнитопровод выполнен коническим сужающимся в напр авлении насадка, насадок выполнен с сохранением постоянной плащади попереч5ного сечения и с изменяющейся формой текущего поперечного сечения от круглой, соответствующей рабочему торцу магнитопровода, до прятиоугольной, ширина которой равна ширине

0 зуба ротора, при этом площадь поперечного сечения насадка 5 н выбирается из соотношения 5„ 7,5, где s площадь поперечного сечения рабочего торца магнитопровода,а число витков

5 обмотки выполнено увеличивающимся в направлении насадка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 0 527661, кл.С;01 Р 3/44, 1975.

2.Патент СССР № 566535, кл.С,01 Р 3/42, 1974 (прототип).