ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА

Полезная модель относится к измерительным устройствам, характеризуемым использованием электрических или магнитных средств и служащим для измерения углов, и может использоваться, в частности, в устройствах, контролирующих положение вращающихся узлов и деталей различного оборудования.
Известен датчик поворота, представленный в п. РФ №73962, по кл. G01B 7/00, з., оп. 2008 г.
Известный датчик содержит основание с двумя преобразователями Холла и два постоянных магнита, механически сопряженных с контролируемым объектом. При этом второй преобразователь Холла установлен в одной плоскости с первым преобразователем Холла, а первый и второй постоянные магниты размещены на контролируемом объекте напротив соответственно первого и второго преобразователей Холла, причем оси постоянных магнитов взаимно перпендикулярны.
Недостатком данного устройства является необходимость применения двух постоянных магнитов и двух преобразователей Холла, а также сложность его установки на объекте эксплуатации из-за необходимости размещения постоянных магнитов на контролируемом объекте.
Известен бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения в 360°, представленный в п. РФ №2312363 по кл. G01P 3/488, G01B 7/30, G01D 5/12, 2006 г.
Известный датчик состоит из двух механически не взаимосвязанных и изолированных друг от друга частей с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними. Одной частью является роторный узел, другая часть представляет собой статор - совокупность неподвижных механических и электронных частей, предоставляющих через контактный интерфейс информацию об угловом положении ротора с магнитом. Магнитная система датчика состоит из двухосевого магнитного углового энкодера, контактирующего с печатной платой, и вращающегося цилиндрического магнита, взаиморасположение которых в рабочем режиме устройства обеспечивает детектирование угла поворота магнитного вектора. Недостатком этого устройства является сложность конструкции, а также сложность его регулировки при установке на объекте эксплуатации из-за необходимости жесткого крепления корпуса статора к неподвижной части объекта.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является датчик поворота, представленный в п. РФ №136560, по кл. G01B 7/00, з. 30.07.2013 г., оп. 10.01.2014 г. и выбранный в качестве прототипа.
Известный датчик характеризуется следующей формулой:
1. Датчик поворота, содержащий магнитную систему, связанную с вращающейся деталью 8 и состоящую из постоянного магнита 6 и чувствительного элемента 7, установленных напротив друг друга с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними, при этом постоянный магнит 6 расположен в роторном узле, а чувствительный элемент 7 размещен и зафиксирован на печатной плате 2 с обеспечением электрического контакта с ней, отличающийся тем, что он содержит корпус 1, при этом печатная плата 2 соединена с корпусом 1 посредством крепежных элементов 3, а в центральной части корпуса 1 размещен роторный узел, включающий подшипник 4, плотно контактирующий с корпусом 1, при этом в центре подшипника 4 размещена установочная втулка 5, на торце которой с внутренней стороны корпуса 1 размещен и зафиксирован постоянный магнит 6, причем роторный узел механически связан с вращающейся деталью 8 посредством соединительного элемента 9, закрепленного на установочной втулке 5 с внешней стороны, при этом датчик 7 поворота (чувствительный элемент) прикреплен к неподвижной детали 10, расположенной перпендикулярно к вращающейся детали 8, посредством опорного элемента 11, соединенного с корпусом 1 через упругий элемент 12.
2. Датчик поворота по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент соединен с корпусом посредством жесткого поводка.
3. Датчик поворота по п. 2, отличающийся тем, что упругий элемент состоит из двух частей, зажимающих с двух сторон свободные концы жесткого поводка и опорного элемента, при этом верхняя часть упругого элемента закреплена на жестком поводке посредством крепежного элемента.
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно является не очень надежным в условиях эксплуатации на производстве из-за отсутствия жесткого крепления датчика поворота к неподвижной детали посредством опорного элемента, соединенного с корпусом через упругий элемент, который или соединен с корпусом посредством жесткого поводка либо состоит из двух частей, зажимающих с двух сторон свободные концы жесткого поводка и опорного элемента, при этом верхняя часть упругого элемента закреплена на жестком поводке посредством крепежного элемента. Кроме того, неподвижная деталь расположена перпендикулярно подвижной детали за ее пределом с одной стороны.
Задачей является повышение надежности датчика угла поворота.
Поставленная задача решается тем, что в датчике угла поворота, содержащем корпус, снабженный цилиндрическим выступом, в центральной части которого в шарикоподшипниках установлена ось вращения датчика, связанная в верхней части с подвижной деталью, а в нижней ее части закреплен постоянный магнит, расположенный с постоянным воздушным зазором над соразмерным с ним чувствительным элементом, установленным с возможностью постоянного контакта на печатной плате, соединенной с помощью крепежных элементов с нижней частью цилиндрического выступа корпуса, связанного с неподвижной деталью, согласно полезной модели, постоянный магнит выполнен в виде диаметрально намагниченного диска и размещен в нижней части оси датчика угла поворота, которая связана в верхней ее части с подвижной деталью через закрепленный на оси поводок с помощью крепежных элементов, при этом неподвижная деталь имеет цилиндрическое отверстие, соразмерное с цилиндрическим выступом корпуса и закреплена на верхней части корпуса посредством крепежных элементов, причем подвижная и неподвижная детали расположены параллельно друг другу.
Выполнение связи верхней части оси вращения датчика, с помощью прикрепленного к ней поводка посредством крепежных элементов, исключающих возможную несоосность, обеспечивает надежную передачу вращения от подвижной детали на ось датчика, а выполнение неподвижной детали с цилиндрическим отверстием, соразмерным с цилиндрическим выступом корпуса датчика, в совокупности с ее креплением посредством крепежных элементов на верхней части корпуса обеспечивает надежную работу датчика угла поворота. Выполнение постоянного магнита в виде диаметрально намагниченного диска и размещение его на нижней части оси датчика поворота соосно с ней исключает необходимость сопряжения магнитов, упрощая конструкцию и тем самым повышая ее надежность. Расположение подвижной и неподвижной деталей параллельно друг другу упрощает установку датчика на объекте эксплуатации, что в совокупности также повышает его надежность.
Технический результат - повышение надежности устройства.
Заявляемый датчик угла поворота обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение постоянного магнита в виде диаметрально намагниченного диска, закрепленного соосно с чувствительным элементом в нижней части оси датчика поворота, связь оси поворота в верхней ее части с подвижной деталью через закрепленный на оси поводок с помощью крепежных элементов, исключающая возможную несоосность, выполнение неподвижной детали с цилиндрическим отверстием, соразмерным с цилиндрическим выступом корпуса датчика, закрепление ее посредством крепежных элементов на верхней части корпуса, расположение подвижной и неподвижной деталей параллельно друг другу, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый датчик угла поворота может использоваться в контрольно-измерительной технике для наблюдения за положением вращающихся узлов и деталей различного оборудования и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена в разрезе конструкция датчика угла поворота.
Заявляемый датчик угла поворота содержит корпус 1, снабженный цилиндрическим выступом 2. В центральной части корпуса 1 в подшипнике 3 установлена ось 4 вращения датчика, связанная в верхней ее части с подвижной (поворотной) деталью 5. В нижней части оси 4 закреплен постоянный магнит 6, выполненный в виде диаметрально намагниченного диска, закрепленного соосно с чувствительным элементом 7 в нижней части цилиндрического выступа 2 корпуса 1. Магнит 6 расположен с постоянным воздушным зазором, равным 0,5-1 мм, над соразмерным с ним чувствительным элементом 7, установленным с возможностью постоянного контакта на печатной плате 8 без возможности смещения в корпусе 1 датчика угла поворота. Печатная плата 8 соединена с помощью крепежных элементов 9 с нижней частью цилиндрического выступа 2 корпуса 1, связанного с неподвижной деталью 10. Неподвижная деталь 10, имеющая соразмерное отверстие для цилиндрического выступа 2, закреплена на верхней части корпуса 1 при помощи крепежных элементов 11, установленных с нижней стороны корпуса 1. Подвижная деталь 5 связана с верхней частью оси 4 вращения через закрепленный на оси 4 поводок 12 с помощью крепежного элемента 13. При этом подвижная и неподвижная детали 5 и 10 расположены параллельно друг другу.
Устройство работает следующим образом.
Вращение постоянного магнита 6 относительно чувствительного элемента 7 обеспечивает роторный узел (на чертеже не показан), механически связанный с внешней стороны датчика поворота с подвижной деталью 5 с помощью крепежного элемента 13 посредством поводка 12, закрепленного на оси 4.
При повороте оси 4 с постоянным магнитом 6 происходит изменение положения магнитного поля, воздействующего на чувствительный элемент 7, который регистрирует угол поворота магнита 6 и преобразует его совместно с другими электронными компонентами (на чертеже не показаны) печатной платы 8 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота и передаваемый далее в устройство регистрации по кабелю связи (на чертеже не показано).
В сравнении с прототипом заявляемый датчик угла поворота является более надежным.