СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ИЗ МАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF LOCATING OBJECT MADE OF MAGNETIC MATERIAL AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области коммутационной техники, а именно к способам и устройствам, позволяющим определять положение объекта из магнитного материала, управлять постоянным магнитным полем в трех плоскостях и регистрировать его положение. Это дает возможность использовать изобретение при создании датчиков и различных систем позиционирования объектов, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять положение объектов, изготовленных из магнитных материалов.
Известно техническое решение взаимодействия магнитного выключателя и объекта, выполненного в виде шара, способного совершать перемещающиеся движения по вертикали, включающее также постоянный магнит и пружину с гнездом на котором расположен шар (Патент CN 201247731, «Ball-pressing magnetic-controlled switch for binding machine», МПК H01H 36/00, опубл. 2009-05-27). Принцип действия основан на отдалении или приближении магнитного поля, а именно изменение расстояния между объектом из магнитного материала и магнитом, влияющим на контакты выключателя.
Недостатком данного технического решения является низкая стабильность работы при вибрациях, а также определение положения объекта из магнитного материала только в одной плоскости.
Известно техническое решение, основанное на принципе удаления или приближения объекта из магнитного материала, включающее геркон, постоянный магнит, выполненный в виде бруска, закрепленного на маятнике и способного вращаться вокруг своей оси (Патент РФ №2444804, Магнитоуправляемый коммутатор, МПК Н01Н 36/00, опубл. 10.03.2012). Вращаясь по кругу, магнит приближается (и удаляется) по очереди к разным герконам, воздействуя на них по очереди.
Недостатком данного технического решения является необходимое наличие отдельных частей, постоянного магнита и геркона, имеющих возможность сближаться и удаляться друг от друга, что значительно сокращает область применения данного способа на практике, а также определение положения объекта из магнитного материала только в одной плоскости.
Известно техническое решения для определения положения объекта из магнитного материала и регистрации его наличия путем изменения расстояния между постоянным магнитом и герконом (патент РФ на изобретение №2304820, Выключатель концевой герконовый, МПК Н01Н 36/00, приоритет от 04.07.2005). Устройство, использующее данный способ, состоит из двух отдельных частей. Одна включает в себя постоянный магнит, вторая геркон. При их сближении контакты геркона входят в магнитное поле, что переводит их в противоположное логическое состояние.
Недостатком данного технического решения является обязательное наличие двух отдельных частей, постоянного магнита и геркона, имеющих возможность сближаться и удаляться друг от друга, что значительно сокращает область применения данного способа на практике, а также определение положения объекта из магнитного материала только в одной плоскости.
Известно техническое решение управления магнитным полем и регистрации его наличия с использованием экранирующие свойства магнитных материалов, которые при входе в контролируемую зону, между магнитом и герметичным магнитоуправляемым контактом (герконом), демпфируют магнитное поле, снимая его с контактов геркона и переводя их в противоположное логическое состояние (Магниточувствительный выключатель MS GR2P-L (), выбранный в качестве прототипа)._Данное техническое решение предполагает наличие корпуса, щели в нем, с разной стороны от которой расположены геркон и магнит, и пластины, выполненной из магнитного материала.
Недостатками данного технического решения являются повышенные требования по монтажу и допускам по несоосности пластины и щели в корпусе переключателя, разделяющего геркон от управляющего магнита, а также необходимость точного и строгого позиционирования контролируемого объекта в небольшой зоне срабатывания, определяемой размером щели. Также недостатками данного технического решения являются низкая виброустойчивость в работе и определение положения объекта из магнитного материала только в одной плоскости.
Перед авторами ставилась задача разработать способ определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях и устройство для его реализации, выполненного в едином корпусе, а так же повысить виброустойчивость в работе.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения положения объекта из магнитного материала, включающем использование корпуса из немагнитного материала, магнита, создающего постоянное магнитное поле хотя бы одного магнитоуправляемого элемента, расположенного хотя бы в одной плоскости, организацию взаимодействия между магнитоуправляемым элементом и магнитным полем хотя бы в одной плоскости, дополнительно в корпусе из немагнитного материала создают камеру с крышкой, последнюю наполняют демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполняют в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью и размещают в камере в свободном состоянии, способным вращаться хотя бы в одной плоскости, обеспечивают доступ объекта к корпусу в трех плоскостях, регистрируют изменение ориентации постоянного магнита хотя бы в одной плоскости, а тело вращения выполняют в виде шара либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.
Способ реализуется с помощью устройства, включающего в себя корпус из немагнитного материала, магнит, создающий постоянное магнитное поле, хотя бы один магнитоуправляемый элемент, расположенный хотя бы в одной плоскости, а в корпусе дополнительно создана камера с крышкой, заполненная демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполнен в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью, помещенным в камеру свободно вращающимся хотя бы в одной плоскости, причем тело вращения выполнено в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.
Технический эффект заявляемого технического решения заключается в обеспечении определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, повышении виброустойчивости в работе, расширении функциональных возможностей, а именно универсальности и простоты в применении, в повышении надежности в эксплуатации.
Заявляемый способ определения положения объекта из магнитного материала реализуется с помощью устройства, которое поясняется блок-схемой, представленной на фиг.1, где 1 - корпус из немагнитного материала, 2 - камера, 3 - крышка, 4 - демпфирующая жидкость, 5 - постоянный магнит, 6 - магнитное поле, 7, 8, 9 - магнитоуправляемые элементы, 10 - объект из магнитного материала.
На фиг.2 представлена блок-схема, поясняющая переход объекта из магнитного материала в плоскость «В», где 3 - крышка, 4 - демпфирующая жидкость, 5 - постоянный магнит, 7, 8, 9 - магнитоуправляемые элементы, 10 - объект из магнитного материала.
На фиг.3 представлена блок-схема, поясняющая переход объекта из магнитного материала в плоскость «С», где 3 - крышка, 4 - демпфирующая жидкость, 5 - постоянный магнит, 7, 8, 9 - магнитоуправляемые элементы, 10 - объект из магнитного материала.
Принцип работы заявляемого способа определения положения объекта из магнитного материала и устройства для его реализации можно пояснить на основе фиг.1, где в корпусе из немагнитного материала 1 создана камера 2 с закрывающейся крышкой 3. Причем камеру 2 заполняют демпфирующей жидкостью 4. Демпфирующую жидкость 4 применяют для уменьшения силы инерции вращения магнита и снижения силы трения между магнитом и стенками камеры корпуса, что обеспечивает стабильность работы при вибрации. Постоянный магнит 5 выполняют в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью и размещают в камере 2 в свободном состоянии и способным вращаться хотя бы в одной плоскости, причем тело вращения выполняют в виде шара, либо цилиндра, либо диска, либо кольца.
В корпусе из немагнитного материала 1, вне камеры 2, располагают хотя бы в одной плоскости хотя бы один магнитоуправляемый элемент 7, 8, 9. На фиг.1 показано расположение магнитоуправляемых элементов 7, 8, 9 в 3-х разных плоскостях в зоне воздействия магнитного поля 6. Постоянный магнит 5 создает постоянное магнитное поле 6 и воздействует хотя бы на один магнитоуправляемый элемент 7, 8, 9. При приближении объекта из магнитного материала 10 в плоскости А к корпусу из немагнитного материала 1 на расстояние, равное или меньшее расстояния распространения магнитного поля 6, постоянный магнит 5, выполненный в виде тела вращения, разворачивается к нему одним из полюсов. При этом магнитоуправляемый элемент 7 попадает под воздействие противоположного полюса магнитного поля 6 и его контакт меняет свое логическое состояние, регистрируя положение объекта из магнитного материала 10 в плоскости А.
При приближении объекта из магнитного материала 10 в плоскости В постоянный магнит 5 в виде тела вращения под действием силы магнитного поля 6 разворачивается одним из полюсов в сторону плоскости В, где находится объект из магнитного материала 10. В это время магнитоуправляемый элемент 8 попадает под воздействие противоположного полюса магнитного поля 6 и его контакт меняет свое логическое состояние, регистрируя положение объекта из магнитного материала 10 в плоскости В.
Далее, при приближении объекта из магнитного материала 10 в плоскости С постоянный магнит 5 в виде тела вращения под действием силы магнитного поля 6 разворачивается одним из полюсов в сторону плоскости С, где находится объект из магнитного материала 10. В это время магнитоуправляемый элемент 9 попадает под воздействие противоположного полюса магнитного поля 6 и его контакт меняет свое логическое состояние, регистрируя положение объекта из магнитного материала 10 в плоскости С.
Таким образом, обеспечивается определение положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, а именно доступа объекта из магнитного материала к корпусу в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостях с регистрацией изменения ориентации постоянного магнита хотя бы в одной плоскости. Соединение постоянного магнита и магнитоуправляемых элементов в одном корпусе значительно упрощает конструкцию в отличие от технических решений, основанных на обязательном наличие двух отдельных частей, постоянного магнита и геркона. Экономичность в реализации представленного технического решения обеспечена также использованием элементарной кинематической схемы, без сложных механических и электрических составляющих, не требующих для реализации дорогостоящих технологий и материалов. В связи с этим устройства, реализованные на данном способе, позволяют расширить их функциональные возможности, повысить надежность в эксплуатации, обеспечить универсальность и простоту в применении и при этом достичь технологичности в изготовлении, обеспечить низкую стоимостью и легкую интеграцию в существующие системы автоматизации технологических процессов. Заявляемое техническое решение позволяет создавать устройства в едином корпусе с меньшим весом и габаритами, со стабильными выходными характеристиками, не требующие в процессе эксплуатации дополнительных настроек, регулировок. Это дает возможность помещать их в различного рода защитные оболочки, корпуса, кожуха и герметизировать компаундами, получая изделия с повышенной степенью защиты до IP67 по ГОСТ 14254-96 и выше, вандалоустойчивые, с высокими эксплуатационными характеристиками, предназначенными для работы в жестких условиях эксплуатации:
- в условиях повышенного давления;
- при наличии вибрации;
- в сложных климатических условиях;
- в агрессивных средах;
- в условиях повышенных и пониженных температур;
- в условиях сильных абразивных и механических воздействий.