ДАТЧИК СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в устройствах для измерения и регулирования скорости вращения различного рода устройств, преимущественно скорости вращения колес движущихся транспортных средств.
Известен датчик скорости вращения [1], содержащий возбудитель, в виде зубцового ротора из магнитопроводного материала, и корпус датчика из немагнитного материала, с установленными в нем постоянным магнитом, имеющим осевую поляризацию, магнитопроводной системы, в виде отдельных магнитопроводов, расположенных по периметру магнита и соединенных со стороны возбудителя магнитопроводной шайбой, сигнальных катушек, размещенных на радиальных к магниту магнитопроводных перемычках.
Недостатком известного устройства является его сложность конструкции и значительные габариты и масса, из-за размещения магнитопроводов и сигнальных катушек радиально к оси магнита.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является датчик скорости вращения [2], содержащий ротор, в виде магнитопроводящего диска с торцевыми зубьями, и статор, в виде цилиндрического магнитопровода, с центральным стержнем из
постоянного магнита с осевой намагниченностью, и цилиндрической катушкой, размещенной в зазоре между магнитом и магнитопроводом, а магнитопровод так же имеет зубья по торцу цилиндра, обращенные к зубьям ротора.
Недостатком известного датчика являются его значительные габариты из-за магнитопровода охватывающего цилиндрический магнит с катушкой, а так же необходимость соосной установки зубьев ротора и статора между собой, для нормальной работы датчика, что не всегда приемлемо при использовании в ряде устройств.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является упрощение конструкции, снижение габаритов и массы, расширение применяемости в различного вида устройствах, упрощение выставки ротора и статора в устройствах.
Поставленная задача решается за счет того, что в датчике скорости вращения, содержащим ротор, в форме диска с венцом ортогонального зубчатого колеса из магнитопроводного материала, и статор, в виде цилиндрического постоянного магнита с осевой намагниченностью, цилиндрических магнитопровода и катушки, металлического кожуха из немагнитного материала, согласно новому техническому решению, магнитопровод сопряжен с одним из полюсов магнита, является продолжением магнита, расположен по оси с магнитом и выполнен в виде цилиндрического стержня с переменным сечением от диаметра магнита до
диаметра, сопрягаемого с зубьями и пазами ротора, при этом с плавным переходом от поверхности одного диаметра к поверхности другого, а сигнальная катушка размещена в зоне цилиндрической части магнитопровода и продольная ось катушки совпадает с осью магнитопровода, при этом взаимное расположение магнита, магнитопровода, сигнальной катушки фиксируется армированием их термопластичной пластмассой, а торец магнитопровода выступает за торец сигнальной катушки, плотно соприкасается с металлическим кожухом, имеющим допустимо малое поперечное сечение материала в зоне соприкосновения с магнитопроводом, при этом статор устанавливается с небольшим зазором напротив зубьев венца ротора, в любом доступном месте по периметру венца на уровне близком к средине зуба, а шаг и ширина венца ортогонального зубчатого колеса не менее двух диаметров выходного конца стержня магнитопровода.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Датчик скорости вращения содержит ротор 1 с венцом ортогонального зубчатого колеса 2, установленным на контролируемое устройство по оси вращения 3. Статор 4 установлен в узле крепления контролируемого устройства 5, напротив венца зубчатого колеса 2, в любом доступном по периметру колеса месте на уровне средины зуба, с небольшим относительно вершины зуба зазором δ. Статор 4 содержит цилиндрический магнит 6, цилиндрический магнитопровод 7, с
переменным сечением по длине, цилиндрическую сигнальную катушку 8. Магнитопровод 7 расположен по оси с магнитом 6, сопряжен с одним из полюсов магнита и является продолжением магнита 6. Сечение магнитопровода 7, начиная от магнита 6 и далее, уменьшается от размера равного диаметру магнита до диаметра, сопрягаемого с зубьями и пазами венца зубчатого колеса 2. В точках перехода уменьшение диаметра магнитопровода 7 плавное. Сигнальная катушка 8 размещена в зоне цилиндрической части магнитопровода 7 и ее продольная ось совпадает с осью магнитопровода 7. Взаимное расположение магнита 6, магнитопровода 7, сигнальной катушки 8 фиксируется их армированием пластическим материалом 9, типа «Армлен». Торец магнитопровода 7 выступает за торец сигнальной катушки 8 и плотно соприкасается с металлическим кожухом 10 из немагнитного материала, снаружи защищающим магнит 6, магнитопровод 7, сигнальную катушку 8. Параметры: шаг и ширина зубьев венца зубчатого колеса 2 ротора 1 не менее двух диаметров близко размещенного с ним конца магнитопровода 7.
Принцип работы датчика скорости вращения заключается в следующем.
Магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 6 статора 4, замыкается от одного полюса магнита через магнитопровод 7, воздушный зазор δ между магнитопроводом 7 статора 4 и венцом зубчатого колеса 2, и
воздушный зазор s между венцом зубчатого колеса 2 и противоположным полюсом магнита 6 статора 4. При вращении диска 1 с валом контролируемого устройства магнитное сопротивление в воздушном зазоре между зубьями и впадинами венца зубчатого колеса периодически изменяется и в сигнальной катушке 8 индуцируется ЭДС, амплитуда и частота которой пропорциональны числу зубцов венца ротора и, следовательно, скорости вращения контролируемого устройства.
Предложенная конструкция датчика скорости вращения с минимумом элементов статора: стержневым магнитом, цилиндрическим магнитопроводом, по диаметру не выходящим за диаметр магнита, цилиндрической сигнальной катушкой, по диаметру близкой к диаметру магнита, с их взаимосвязью в статоре, позволяет упростить конструкцию и уменьшить диаметр статора, а значит уменьшить габариты и массу изделия. Осевая длина статора так же ограничена, из-за необходимости обеспечения оптимальной величины магнитного потока в воздушном зазоре δ, для получения требуемой крутизны выходного сигнала датчика, т.к. увеличение длины магнитной цепи (магнит, магнитопровод, воздушный зазор δ, толщина ротора) приведет к увеличению зазора s между ротором и противоположным полюсом магнита, и, следовательно, к понижению уровня магнитного потока в зазоре δ, что, как правило, не приемлемо. Таким образом, ограничение длины магнитной цепи, ее оптимизация, за счет подбора размеров магнита, формы и размеров
магнитопровода, величины воздушного зазора, от магнитопровода до зуба ротора, включая толщину кожуха, зубцового шага ротора известными методами, так же позволяет уменьшить габариты и массу статора датчика и обеспечить необходимую крутизну и высокую линейность выходного сигнала датчика. А исключение необходимости в осевой (концентричной) выставки ротора и статора датчика (установка статора в любом удобном месте по периметру зубцового венца ротора) дает возможность использовать предложенный датчик скорости вращения в любом устройстве, где требуется контроль скорости вращения, т.е. расширить применяемость датчика на объектах и упростить его установку и выставку.
Предлагаемая полезная модель освоена производством ЗАО «Пустынь» и прошла положительные испытания в составе автомобиля ЗИЛ-4331.