МАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения угловых размеров при эксплуатации в условиях повышенных нагрузок, где требуется высокая жесткость и надежность конструкции.
Известен измерительный преобразователь для определения частоты вращения и угла поворота якоря электродвигателя, содержащий преобразователь магнитного потока в виде магнитного кольца, расположенного на валу, вращение которого приводит к изменению магнитного поля, и интегральную схему на элементах Холла, преобразующих изменение магнитного поля в цифровой электрический сигнал, RU №2212087 С2, H01L 43/04, 2003.09.10.
Известный преобразователь имеет большие радиальные габариты, что при механических воздействиях снижает жесткость конструкции.
Известен датчик перемещений для контролирования перемещения объекта, содержащий корпус, в котором закреплен магниточувствительный элемент в виде преобразователя Холла и размещен вращающийся диск с
постоянными магнитами, связанный с объектом измерений, RU №2190830 C2.G01B 7/00, 2002.10.10.
Недостатком известного датчика является малый диапазон работы -всего до 120 угловых градусов. Кроме того, известное устройство обладает большими радиальными габаритами, что снижает возможности его применения в малогабаритной аппаратуре и при жестких механических воздействиях.
Известен магнитный датчик положения дроссельной заслонки, содержащий корпус с двумя полостями, ротор с магнитом, расположенный в одной полости, и плату обработки с магниточувствительным элементом и защитной крышкой, расположенные в другой полости, RU №63927 U1, G01B 7/30, 2007.06.10.
Размещение магнита и магниточувствительного элемента в разных плоскостях в известном датчике способствует увеличению расстояние между ними, что снижает чувствительность и точность устройства.
Известно использование клеевого средства для крепления шарикоподшипников в измерительных устройствах, используемых в приборостроении, «Опоры качения в тяжелых режимах эксплуатации» А.Г.Комиссар, М., Машиностроение, 1987, с.360-364.
Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус с отверстием, шарикоподшипники, расположенные в отверстии корпуса и установленные на валу, имеющем углубление, выполненное по оси вала для размещения цилиндрического магнита, средство для фиксации
шарикоподшипников в отверстии корпуса и на валу и для фиксации цилиндрического магнита в углублении и плату обработки с магниточувствительным элементом, закрепленную на корпусе. Проспект фирмы «RENISHAW», apply innovation «RE36 siries rotary encoders», С.1-8, 2003-2007.
Данное техническое решение принято в качестве «ближайшего аналога» настоящей полезной модели.
Однако оно обладает недостатками.
В преобразователе «ближайшего аналога» для сочленения шарикоподшипников с корпусом и валом, а также магнита с углублением вала, необходимы гарантированные зазоры для размещения клеевого средства. Для обеспечения равномерного зазора требуются сложные технологические центрирующие приспособления, что усложняет и удлиняет процесс сборки преобразователя.
Кроме того, наличие таких зазоров в соединениях приводит к неравномерности заполнения клеевого средства и как следствие - к эксцентричному креплению исполнительных элементов. Эксцентричное расположение исполнительных элементов приводит, как к радиальному и торцевому бою магнита, при вращении вала, так и к различной надежности крепления в различных направлениях, что снижает точность устройства и жесткость конструкции, соответственно.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей увеличить жесткость конструктивных элементов и обеспечить точность регистрации угла поворота при работе преобразователя в условиях повышенных осевых нагрузок.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что магнитный преобразователь угла содержит корпус с отверстием, шарикоподшипники, расположенные в отверстии корпуса и установленные на валу, имеющем углубление, выполненное по оси вала для размещения цилиндрического магнита, средство для фиксации шарикоподшипников в отверстии корпуса и на валу и для фиксации цилиндрического магнита в углублении и плату обработки с магниточувствительным элементом, закрепленную на корпусе.
Отверстие корпуса, вал и углубление выполнены с винтовыми канавками при определенном направлении подъема винтовых линий на их поверхностях, по одной на каждой из них, винтовые канавки заполнены средством, например, клеевым средством, при этом винтовые канавки на поверхностях отверстия корпуса и вала имеют различный шаг.
Кроме того, на поверхностях отверстия корпуса, вала и углубления выполнены, по меньшей мере, по одной дополнительной винтовой канавке на каждой из них, имеющей направление подъема винтовой линии отличное от определенного направления.
Кроме того, дополнительные винтовые канавки заполнены средством, например, клеевым средством.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - магнитный преобразователь угла, разрез;
на фиг.2 - узел А на фиг.1;
на фиг.3 - корпус с одной винтовой канавкой в отверстии, изометрия с вырезом четверти;
на фиг.4 - вал с одной винтовой канавкой на поверхности и в углублении, изометрия с вырезом четверти;
на фиг.5 - корпус с двумя винтовыми канавками в отверстии, изометрия с вырезом четверти;
на фиг.6 - вал с двумя винтовыми канавками на поверхности и в углублении, изометрия с вырезом четверти.
Магнитный преобразователь угла содержит:
Корпус - 1,
отверстие (в корпусе 1) - 2. Поверхность (отверстия 2) - 3, винтовую канавку (на поверхности 3) - 4. Шарикоподшипники (в отверстии 2) - 5.
Вал (для шарикоподшипников 5) - 6.
Поверхность (вала 6) - 7,
винтовую канавку (на поверхности 7) - 8.
Ось (вала 6) - 9.
Углубление (соосное с осью 9) - 10.
Поверхность (углубления 10) - 11,
винтовую канавку (на поверхности 11) - 12.
Цилиндрический магнит (по оси 9) - 13.
Плату обработки (на корпусе 1) - 14,
магниточувствительный элемент (на плате 14) - 15.
Дополнительную винтовую канавку (на поверхности 3 отверстия 2 корпуса 1) - 16,
дополнительную винтовую канавку (на поверхности 7 вала 6) - 17,
дополнительную винтовую канавку (на поверхности 11 углубления 10) 18.
Клеевое средство (в канавках 4, 8, 12, 16, 17 и 18) - 19.
Магнитный преобразователь угла содержит корпус 1,
В корпусе 1 выполнено отверстие 2. В отверстии 2 расположены шарикоподшипники 5. Шарикоподшипники 5 установлены на валу 6. По оси 9 вала 6 выполнено углубление 10 для размещения цилиндрического магнита 13.
Отверстие 2 в корпусе 1, вал 6 и углубление 10 имеют поверхности 3, 7 и 11, соответственно. На поверхностях 3, 7 и 11 выполнены винтовые канавки 4, 8 и 12, соответственно, по одной на каждой из них при определенном направлении подъема винтовых линий.
Винтовая канавка 4 на поверхности 3 отверстия 2 в корпусе 1 и винтовая канавка 8 на поверхности 7 вала 6 имеют различный шаг. Винтовые канавки 4 и 8 могут быть выполнены с различным шагом, так что отношение, соответственно, их шагов на вале 6 и в отверстии 2 равно отношению диаметров вала 6 и отверстия 2.
На поверхностях 3, 7 и 11 отверстия 2 в корпусе 1, вала 6 и углубления 10, соответственно, могут быть выполнены, по меньшей мере, по одной дополнительной винтовой канавке 16, 17 и 18. Дополнительные винтовые канавки 16, 17 и 18 имеют направления подъема винтовых линий отличные от определенных направлений подъема винтовых линий винтовых канавок 4, 8 и 12.
Винтовые канавки 4, 8, 12, 16, 17 и 18 заполнены клеевым средством 19.
К корпусу 1 прикреплена плата обработки 14 с магниточувствительным элементом 15.
Магниточувствительный элемент 15 представляет собой специальную
микросхему (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла, при этом определяется напряженность магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Для соединения преобразователя с регистрирующим устройством (условно не показано) служит кабель связи, который расположен в защитной крышке (изображен условно).
Магнитный преобразователь угла осуществляет измерения следующим образом.
При повороте вала 6 с цилиндрическим магнитом 13 происходит изменение параметров электромагнитного поля, воздействующего на магниточувствительный элемент 15, который регистрирует угол поворота цилиндрического магнита 13 и преобразует его совместно с другими электроэлементами (показаны условно) платы обработки 14 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота и передаваемый в устройство регистрации (условно не показано) по кабелю связи.
В отличие от известных устройств в конструкции данного магнитного преобразователя поверхность 3 внутреннего отверстия 2 корпуса 1, поверхность 7 вала 6 и, сопрягаемая с цилиндрическим магнитом 13, поверхность 11 углубления 10 выполнены с винтовыми канавками 4, 8 и 12 при определенном подъеме винтовых линий. Установка шарикоподшипников 5 в отверстие 2 корпуса 1 и поверхность 7 вала 6, а также цилиндрического
магнита 13 в углубление 10 вала 6, в предлагаемом устройстве (в отличии от «ближайшего аналога») производится без обязательного зазора под клеевое средство 19, что исключает необходимость специальных центрирующих приспособлений и юстировочных операций, это упрощает сборку магнитного преобразователя, повышает точность базирования этих элементов и точность устройства.
Наличие винтовых канавок 4, 8 и 12 обеспечивает легкую без зазорную установку шарикоподшипников 5 в корпус 1 и на вал 6, а также цилиндрического магнита 13 в углубление 10. Заполнение винтовых канавок 4, 8 и 12, а также дополнительных винтовых канавок 16, 17 и 18 (при различном направлении подъема винтовой линии) клеевым средством 19, обеспечивает надежную клеевую фиксацию положения шарикоподшипников 5 и цилиндрического магнита 13 по винтовой линии, что повышает точность преобразователя и регистрации угла поворота вала 6 с цилиндрическим магнитом 13.
Винтовые канавки 8 и 4 на вале 6 и в отверстии 2 корпуса 1 имеют различный шаг, что создает различную жесткость крепления клеевым средством 19 шарикоподшипников 5, соответственно, к валу 6 и к корпусу 1. При этом жесткость крепления клеевым средством 19 шарикоподшипников 5 будет одинакова, в случае, когда отношения шагов винтовых канавок 8 и 4 на вале 6 отверстии 2 корпуса 1 равно отношению диаметров вала 6 и отверстия 2, соответственно.
Винтовая канавка 12 в углублении 10 вала 6 позволяет без зазоров установить цилиндрический магнит 13 и обеспечить его жесткую фиксацию клеевым средством 19 в необходимом положении при механических нагрузках, что повышает точность устройства.
Выполнение в отверстии 2 корпуса 1, на вале 6 и в углублении 10 дополнительных винтовых канавок 16, 17 и 18, соответственно, с различным направлением подъема винтовой линии также обеспечивает одинаковую жесткость устройства при осевых нагрузках, имеющих разное направление.
Предложенный магнитный преобразователь угла изготовлен промышленным способом в ОАО «СКВ ИС», что подтверждают испытания опытной партии, и это обуславливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость»