Датчик скорости и угла поворота вала

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик н 1,978048(22) Заявлено 20.02. 81 (21) 3251523/18-10с присоединением заявки Йф(23) Приоритет -Опубликовано 31182 Бюллетень Йо 44Дата опубликовамия описания 30 11 82 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(71) Заявитель 54) датчик скоРОсти и УГУ нОВОРОтЛ вИВ 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.еИзвестен датчик скорости вращеиия 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 13.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 вала. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик скорости и угла поворота вала, содержащий зубчатый ротор, ста.тор, имеющий магнитопровод с обмоткой и насадком на рабочем торце 2 3.Основным недостатком известного датчика является невысокая разрешающая способность измерения угла поворота вала вследствие того, что при работе датчика с очень малым зазором между ротором и статором, соизмеримым с биениями ротора, полезная ЭДС,наводимая в обмотке датчика при взаимодействии зубьев рото-.ра и насадка статора, искажается из-за изменения зазора между ротором и статором в результате биений вала и неточности изготовления ротора, что снижает разрешающую способность датчика.увеличение зазора между ротором ;и статором до размеров, превышающих как минимум на порядок биения ротора, снижает искажения в полезной ЭДС, но значительно уменьшает амплитуду полезной ЭДС.Кроме того, магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом, к рабочему зазору подводится не пол 978048На фиг. 1 показан датчик скорости и угла поворота вала, общий вид; на 40 фиг. 2 - сечение А-Л йа 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, являюшийся собственно чувствительным элементом датчика, закрепленный на каком-либо неподвижном кронштейне (не показан).Статор имеет коаксиально расположенные кольпеобразный магнит 3 (например, из сплава редкоземельного материала Б,со , поляриэированный в осевом йаправлении, магнитопровод 4 с насадком 5. При этом магнитопровод 4 выполнен коническим, сужающимся в направлении насадка 5. Насадок 5 с боковой поверхностью б выполнен с сохранением постоянной площади поперечного сечения и с изменяющейся бО формой текущего полезного сечения от круглой, соответстнующей рабочему торцу магнитопровода до прямоугольной 7, ширина которой примерно равна ширине зуба 2 ротора 1, а длина 65 г о6 о Угол поворота контролируемого вала определяется числом импульсов,.отсчитанным от опорного сигнала (начала отсчета),ностью: часть его замыкается по инымпутям, в том числе по воздуху, нсвязи с чем плотность магнитногопотока в магнитопроводе снижается,Резкое уменьшение площади .поперечного сечения при переходе от цилиндрического рабочего торца магнитопро"вода к прямоугольному насадку приводит к возрастанию потоков рассеивания и, следовательно, уменьшениюполезного магнитного потока в воз Одушном зазоре между статором и ротором, что уменьшает амплитуду полезного сигнала,1 ель изобретения - повышение разрешающей способности измерения угла 15поворота и величины выходного сигнала,Поставленная цель достигается тем,что в предлагаемом датчике скоростии угла поворота вала, содержащем 2 Озубчатый ротор, статор, имеющий магнитопронод с обмоткой и с насадком нарабочем торце, магнитопровод выполнен коническим, сужающимся в направлении насадка, насадок выполнен ссохранением постоянной площади поперечного сечения и с изменяющейсяформой текущего поперечного сеченияот круглой, соответствующей рабочемуторцу магнитопровода, до прямоугольной, ширина которой равна ширинезуба ротора, при этом площадь поперечного сечения насадка знвыбираетсяиз соотношения 5 7, 5, где 5 - площадь поперечногб сечения рабочеготорца магнитопровода, а число витковобмотки выполнено увеличивающимся внаправлении насадка. меньше длины выступав 2 ротора 1примерно на 10-20.На магнитопроводе 4 размещенаобмотка 8, число витков которой выполнено увеличивающимся в направлении насадка 5.Статор помещен в корпус 9, выполненны . из немагнитного материала свысоким удельным электрическим сопротивлением (например, из стали,имеющей структуру немагнитного аустенита ). На корпусе 9 статора имеетсяпаз 10 для соответствующей ориентаии насадка 5 по зубьям ротора 1ри установке датчика.Датчик работает следующим образом.Магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом З,проходит по цепи:магнитопровод 4 - насадок 5 - воздушный зазор между насадком 5 и ротором1 - ротор 1,Магнитное сопротивление этой цепизависит от величины воздушного зазора между насадком 5 и ротором 1, которая изменяется в зависимости оттого, находится ли напротив торца 7насадка 5 выступ 2 ротора 1 или впадина.При вращении контролируемого валаи насаженного на него зубчатого ротора 1 периодические изменения воздушного зазора между ротором 1 инасадком 5 статора и связанные с этимизменения полного магнитного сопротивления вызывают пропорциональныеизменения магнитного потока, которыйн обмотке 2 датчика нанодит ЭДС, частота которой зависит от скоростивращения вала и параметров зубчатогоротора,где Е - частота ЭДС н обмотке датчика Гцу - число выступов на роторе датчика;и - частота вращения ротора,об/мин.Из этой зивисимости с помощью вторичного преобразователя определяется частота вращения вала6 оХП2. у 2 ЛЙгде М - число импульсов датчика,отсчит;нных от опорногосигнала (от начала отсчета)2 - число выступов на роторедатчика;М - угол поворота вала от опорного положения, рад.Выполнение насадка с профилирован- Таким образом, разрешающая споными боковыми поверхностями при сох- собность у предлагаемого датчика ранении постоянной площади попереч- в 3 раза лучше :3:1) . ного сечения и выполнение магнито- Формула изобретения провода коническим, сужающимся в Датчик скорости и угла поворота направлении насадка при соблюдении вала, содержащий зубчатый ротор, условия, что.текущая площадь попе- статор, имеющий магнитопровод с речного сечения насадка по крайней обмоткой и с насадком на рабочем мере не должна быть меньше площади торце, о т л и ч а ю щ и й с я тем, поперечного сечения рабочего торца что, с целью повышения разрешающей магнитопровода, и выполнение обмот- о способности и величины выходного ки с числомвитков, увеличивающимся сигнала, магнитопровод выполнен ков направлении насадка, позволяют ловы- ническим, сужающимся в напРавлении сить разрешающую способность и вели- насадка, насадок выполнен с сохрачину выходного сигнала примерно в . нением постоянной плащади попереч-4 раза по сравненич с серийно 15 ного сечения и с изменяющейся форвыпускаемыми датчиками модели 1 ППТмой текущего поперечного сечения от ТУ 25-04-3363-78 . круглой, соответствующей рабочемуПроведены сравнительные испытания торцу магнитопровода, до прямоугользаявленного и серийного датчиков. ной, ширина которой равна ширине20 зуба ротора, при этом площадь попеВ РЕЗУЛЬтатЕ ИСПЫтаНИй вЫяВЛЕНО речного сечения насадка 5 н выбираследующее. при частоте вращения ва- ется из соотношения 5 ъ з, где з ла п = 2000 об/мин величина выходно- площадь поперечного сеченйя рабочего сигнала предлагаемого датчика сос- го торца магнитопровода,а число витков 1 тавляет 15 В, серийного датчика 5 В 25 обмотки выполнено увеличивающимся в для получения выходного сигнала от направлении насадка. датчика не менее 4 В при зазоре меж- Источники информации, ду насадком статора и выступами ро- принятые во внимание при экспертизе тора 0,5 мм необходимая ширина вы 1. Авторское свидетельство СССР ступов ротора может быть доведена ЗО М 527661, кл. Ц 01 Р 3/44, 1975, у предлагаемого датчика до 1 мм,у 2. Патент СССР Р 566535, серийного - не менее 3 мм. кл. С 01 Р 3/42, 1974 прототип ).978048 О Составитель И. МочарскаяСтащвяна Техред 14, Надь Корректор А. Дзятк Редак Заказ 9207/6 1303 жгород, ул. Нроектна тент",илиал ППП Тираж 887 НИПИ Государственного по делом изобретений Москва, Ж, Раушска