Магнитный датчик электрических импульсов

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК 19) П 1) 3 М 1/2 1)5 Р 02 Р 3/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) МАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения углового положениядетали. 4 ель изобретения - повышение точности и уменьшение габаритов магнитногодатчика. Магнитный датчик электрическихимпульсов содержит корпус 1. магнитный источник 2, воздушные зазоры 3 в, 3 н, магниточувствительный элемент 4, магнитопровод 5, зазоровую крыльчатку 6, шунтовую крыльчатку 7, модулятор 8, магнитную лопасть 9, спицу 10, магнитную лопасть 11, спицу, крышку 13 корпуса. Поставленная цель достигается тем. что в датчике магнитопровод выполнен со вторым воздушным зазором, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитопровода, что и зазоры, модулятор установлен соосно продольной оси внутри магнитопровода и выполнен в виде двух крыльчаток, расположенных с взаимным осевым и угловым смещением, Одна крыльчатка расположена в зоне зазоров, а другая - в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента. Каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного ма 1 ериала с магнитными шунтами по периферии в виде лопастей, 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам для измерения положения детали. ее скорости и ускорения, преимущественно угловых, с помощью импульсных датчиков, реагирующих на периодическое изменение (модуляцию) напряженности (индукции) магнитного потока при модуляции магнитного сопротивления магнитной цепи.Известен магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус, в котором закреплен рабочий элемент в качестве магниточувствительного элемента в виде элемента Холла, на вале закреплен другой рабочий элемент в качестве вращаемого магнитного модулятора в виде магнитного кольца, в котором сформированы интегральные магниты, образующие разомкнутые магнитные цепи, силовые линии которых выходят из кольца и "обметают" элемент Хола.Разомкнутая магнитная цепь - магнитная цепь, значительная длина которой находится вне магнитных материалов магнитов и магнитопроводов, которые сосредотачивают магнитное поле в поток заданной формы, Рабочий элемент - элемент магнитной цепи, в котором магнитное поле либо возникает, либо изменяется под действием измеряемой величины, либо управляет электрической величиной,Вращаемый магнитный модулятор (модулятор) - часть датчика, периодически изменяющая магнитную индукцию в магниточувствительном элементе цепи под действием измеряемой величины, в данном устройстве модулятор с постоянными магнитами, полюсы которых проходят мимо элементов Холла, изменяя в них магнитную индукцию. Интегральный магнит - объем цельной магнитотвердой детали, в котором наведен остаточный магнитный поток. Магнитное кольцо - кольцо из магнитотвердого материала с интегральными магнитами.Недостатки известного устройства заключаются в том, что магнитная цепь разомкнута, поэтому ее индукция мала, следовательно, импульс датчика мал, крутизна его мала, что снижает точность датчика, Для повышения индукции магнит должен иметь значительный объем, а для повышения точности количество магнитов - как можно больше, что увеличивает габариты датчика и другие недостатки (затраты на материал, сложность технологии и т.д,).Известен также магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус, в котором закреплены рабочий элемент в виде магнита, магниточувствительный элемент в виде элемента Холла и установлен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вращаемый магнитный модулятор в виде крыльчатки из ферромагнитного материала с магнитными переключателями в виде наружных и внутренних лопастей.Магнитный переключатель (переключатель) - элемент модулятора, изменяющий непосредственно собой магнитный поток, Эти элементы образуют разомкнутую магнитную цепь с изменяющейся длиной, Когда внутренние лопасти проходят между магнитом и элементом Холла, они экранируют элемент Холла от магнитного потока, а когда наружные лопасти проходят за элементом Холла, они направляют заметную долю магнитного потока через элемент Холла, вызывая сигнал. Таким образом, модулятор выполняет роль легкого вращающегося магнитопровода, поэтому недостатки, связанные с вращением тяжелого магнита. устранены,Однако в известном устройстве магнитная цепь разомкнута, поэтому датчик имеет малую точность, модулятор 1 находится вне магнитной цепи, поэтому габариты датчика велики,Известен магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус, в котором закреплены замыкаемая магнитная цепь из магнита, элемента Холла и магнитопроводов, установлен вращаемый магнитный модулятор в виде диска с магнитным замыкателем в виде лопасти, проходящей в длинном зазоре между магнитопроводами. Замыкаемая магнитная цепь - магнитная цепь, зазор которой замыкается или шунтируется для получения сигнала датчика, Зазоры здесь двух видов: воздушный и немагнитный (участок магнитной цепи, заполненный немагнитным материалом). Магнитный замыкатель (замыкатель) - вид магнитного переключателя, входящего в воздушный зазор. Магнитный шунт шунт) - вид магнитного переключателя, шунтирующего зазор. Замыкаемая магнитная цепь обеспечивает повышение точности датчика,Однако зазоры в магнитной цепи велики, так как лопасть входит в воздушный зазор, поэтому требуется двусторонний дог,;ск на длину зазора, причем он определяется осевым люфтом подшипника модулятора, который (люфт) больше радиального. Кроме того, последовательно с воздушным зазором включены немагнитные зазоры, поскольку детали магнитной цепи утоплены в полимер. Большие зазоры уменьшают сигнал. крутизну импульсов, а следовательно, точность датчика, Модулятор установлен вне магнитной цепи, что значительно увеличивает габариты датчика,5 10 Известен магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус из не- магнитного материала, в котором размещены образующие замыкаемую магнитную рамку магнитный источник, магниточувствительный элемент и соединяющие их участки магнитопровода, имеющего первый зазор, и вращаемый магнитный модулятор.Магнитная цепь выполнена в виде прямоугольной плоской рамки, состоящей из трех рабочих элементов: магнитного источника в виде постоянного магнита простейшей формы (короткого параллелепипеда), магниточувствительного элемента . в виде элемента Холла, зазора, Наибольшую длину магнитной цепи образуют части магнитопровода, соединяющие упомянутые рабочие элементы, поэтому между зазором и элементом Холла находится участок магнитопровода, т,е. элемент Холла удален от зазора, причем даже на другую сторону рамки. Элемент Холла и магнит размещены в одной длинной стороне рамки. Вращаемый модулятор состоит из вала, длинной тонкой Г-образной спицы и магнитного замыкателя в виде лопасти переменного сечения (в направлении вращения), которая периодически замыкает зазор, На конце вала закреплен элемент, воспринимающий измеряемую величину, например шестерня. Зазор является радиальным по отношению к валу, поэтому "игра" модулятора и лопасти уменьшена, магнит имеет простейшую форму и небольшое отношение длины к поперечным размерам, а также занимает небольшую цлину магнитной цепи, лопасть несимметрична, поэтому можно определить направление вращения по разной крутизне передней и задней частей импульсадатчика.Однако в рамке имеется только один зазор, у модулятора - одна лопасть, поэтому за оборот получается один короткий импульс, а как изменяется скорость измеряемой детали в течение большой части оборота, установить невозможно, поэтому датчик имеет небольшую точность, Модулятор размещен вне рамки. поэтому датчик имеет большие габариты,Целью изобретения является повышение точности благодаря увеличению числа зазоров и магнитных переключателей, а также увеличению максимальной высоты импульса, а следовательно, и его крутизны, из-за уменьшения длины зазора между переключателями и концами частей магнитопровода у магнитных зазоров, при уменьшении габаритов благодаря размещению модулятора внутри рамки. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Указанная цель достигается тем, что в магнитном датчике электрических импульсов, содержащем корпус из немагнитного материала, в котором размещены образующие замыкаемую магнитную рамку магнитный источник, магниточувствительный элемент и соединяющие их участки магнитопровода, имеющего первый зазор, и вращаемый магнитный модулятор, в нем магнитопровод, образующий преимущественно прямоугольную рамку, выполнен с вторым зазором в противоположной относительно оси модулятора стороне рамки в зоне первого зазора, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитной рамки, модулятор установлен соосно продольной оси и внутри магнитной рамки и выполнен в виде двух крыльчатск, расположенных с взаимным осевым и угловым смещением, причем одна крыльчатка расположена в зоне воздушных зазоров, а вторая крыльчатка расположена в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента, каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного материала с магнитными шунтами по периферии в виде лопастей,Достижение указанной цели обеспечивается увеличением количества зазоров в рамке и переключателей в модуляторе, выполнение переключателей в виде магнитных шунтов, проходящих с минимальными радиальными зазорами мимо сторон рамки, и размещением модулятора внутри рамки.На фиг,1 изображен датчик, продольный разрез; на фиг,2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - датчик, вид сверху.В корпусе из немагнитного, преимущественно диэлектрического, материала закреплена замыкаемая магнитная цепь в виде плоской прямоугольной рамки, включающей рабочие элементы: магнитный источник, преимущественно магнит 2, воздушные зазоры 3, магниточувствительный элемент, например элемент Холла 4, а также магнитопровод 5, состоящий из нескольких участков (5 а, 56, 5 в и Бг). Магнит 2 и зазор Зв расположены в одной (верхней) стороне рамки 2, 4, 5, а элемент Холла 4 и зазор Зн - в противоположной стороне рамки 2,4,5. Зазоры Зв и Зн, как и магнит 2 и элемент Холла 4, расположены соответственно в своих зонах (зона - фигура вращения в виде кольца) друг против друга, т.е. симметрично относительно продольной оси рамки 2,4,5. Элемент Холла 4 закреплен в прорези магнитопровода и защищен от действия окружающей среды, например залит полимером. Зазоровая крыльчатка 6, расположенная внутри зоны зазоров 3. и подобная ей магнитная крыльчатка 7. расположенная внутри зоны магнита 2 и магниточувствительного элемента 4, закрепленные на вале 8, установленном в подшипниках в корпусе 1 вдоль продольной оси рамки, образуют вращаемый магнитный модулятор 6,7,8, Магнитная крыльчатка 7 закреплена на вале 8 с осевым смещением и повернута на 90 относительно зазоровой крыльчатки 6. Магнитный переключатель зазоров крыльчатки 6 выполнен в виде двух зазоровых лопастей 9 из магнитомягкого материала, играющих роль магнитных шунтов, скрепленных с валом 8 спицами 10 из немагнитного материала с углом 180 между ними.Наружные поверхности зазоровых лопастей 9 как и магнитных лопастей 11) являются частями цилиндрической поверхности, как и внутренние поверхности сторон рамки 2,4,5 в зоне лопастей 9 и 11, Между ними существует радиальный зазор, его длина минимальна и определяется технологией изготовления датчика и экономической целесообразностью, но она должна быть меньше, чем длина воздушного зазора 3, Ширина вэ (фиг. 3) лопастей 9 превышает длину 1 з воздушного зазора 3 настолько, что площадь радиального зазора не менее площади воздушного зазора 3, Длина ээ несуженной части лопастей 9 не менее толщины б рамки 2,4,5, Суженная часть лопастей 9 служит для определения направления вращения модулятора по несимметричности сторон импульса сигнала, Магнитные лопасти 11 скреплены с валом 8 спицами 12, Как у зазоровых лопастей ширина Ь магнитных лопастей превышает длину магнита 2, а их длина - толщину б рамки 2,4,5. К корпусе 1 прикреплена съемная крышка 13.Рамка 2,4,5 не обязательно должна быть плоская и прямоугольная, она может иметь пространственную форму, может быть несколько рамок 2,4,5; единственное условие: зазоры З,магниты 2,магниточувствительные элементы 4 должны быть размещены в своих зонах, Зазоры 3 могут быть заполнены немагнитным материалом, это защитит их от скопления на их стыках случайно притянутых магнитных частиц, слои которых изменят магнитное сопротивление зазоров 3, что снижает точность датчика,В качестве магниточувствительного элемента 4 могут быть использованы магниторезисторы и другие магниточувствительные устройства. Хотя вал 8 изолирован от магнитопровода 5 кольцевым зазором., он может быть выполнен из немагнитного материала. Лопасти 9 могут не иметь сужения,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вместо него под ее краем может увеличиваться радиальный зазор. Лопасти 11 выполнены без сужений, однако с целью унификации крыльчатки 6 и 7 могут быть одинаковыми. Количество лопастей 9 и 11 может быть увеличено для увеличения разрешающей способности датчика,Датчик работает следующим образом.Верхний зазор Зв зашунтирован зазоровой лопастью 9 в максимально, так как ширина Ьз лопасти 9 в больше длины з зазора Зв, а длина зз лопасти 9 в по дуге больше ширины б зазора, поскольку она равна толщине б рамки 245Такое же положение у нижнего воздушного зазора Зн, В магнитной цепи существует максимальный магнитный поток, который пронизывает элемент Холла 4. Магнитные лопасти 11 находятся между магнитом 2 и элементом Холла 4 и не оказывают никакого влияния на них. При повороте модулятора 6, 7, 8, например несуженной частью лопасти 9 вперед, шунтирование лопастями 9 зазоров 3 уменьшается, магнитное сопротивление зазоров 3 растет, магнитный поток, пронизывающий элемент Холла 4, уменьшается, При дальнейшем повороте зазоры 3 полностью расшунтированы, магнитный поток падает до значения, названного условно средним, При повороте на угол около 90 одна магнитная лопасть 11 начинает шунтировать магнит 2, поэтому магнитный поток начинаетзамыкаться в основном по лопасти 11, следовательно, и остаток магнитного потока, пронизывающий элемент Холла 4, уменьшается, Кроме того, одновременно другая лопасть 11 начинает шунтировать элемент Холла 4, поэтому оставшаяся часть магнитного потока, проходящая в этой стороне рамки, обходит элемент Холла 4, т.е. магнитный поток в элементе Холла 4 падает ниже среднего. При повороте на 90 элемент 2 и элемент Холла 4 зашунтированы максимально, магнитный поток, пронизывающий элемент Холла 4, минимален, сигнал датчика то же.При повороте на следующую четверть оборота все происходит в обратном порядке, лагнитный поток и сигнал достигают максимума. Однако передний фронт импульса сигнала имеет большую крутизну, чем задний, который получается более пологим благодаря суженной части лопастей 9. За пол-оборота происходит первый период работы датчика, а в течение одного оборота - два периода, Вихревые токи не вносят погрешностей, так как имеет значение количество импульсов, а не их пиковые значения.10 1742503 Формула изобретения Составитель И. Смысловдактор Н. Гунько Техред М,Моргентал Корректор ка Заказ 2270 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор гарина, 1 Магнитный датчик электрических импульсов, содержащий корпус из немагнитного материала, в котором размещены образующие замкнутую магнитную рамку магнитный источник, магниточувствительный элемент и соединяющие их участки магнитопровода, имеющего первый зазор, и вращаемый магнитный модулятор, о т л и ч" а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения габаритов датчика, в нем магнитопровод, образующий прямоугольную рамку, выполнен со вторым зазором в противоположной относительно оси модулятора стороне рамки в зоне первого зазора, магнитный источник и магниточувствительный элемент размещены в тех же сторонах магнитной рамки, модулятор уста новлен соосно продольной оси и внутри магнитной рамки и выполнен в виде двух крыльчаток, расположенных с взаимным осевым и угловым смещением, причем одна крыльчатка расположена в зоне зазоров, а 10 вторая крыльчатка расположена в зоне магнитного источника и магниточувствительного элемента, каждая из крыльчаток выполнена из немагнитного материала с магнитными шунтами по периферии в виде 15 лопастей.