ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С ВЫСОКОКОЭРЦИТИВНЫМИ ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения угловых перемещений.
Известен датчик угловых перемещений (патент РФ №2211439 C1, G01B 7/30, 27.08.2003), содержащий основание и выполненный с ним заедино корпус, в котором установлены статор с диэлектрическим каркасом обмоток, ротор, приводящий во вращение подвижный экран, и возвратная цилиндрическая пружина. Каркас обмоток выполнен составным: первая часть образована втулкой с фланцем, вторая часть представлена втулкой, расположенной концентрично втулке первой части. Обмотки установлены в кольцевых пазах, образованных на боковых поверхностях втулок первой и второй частей каркаса. Статор снабжен неподвижным экраном в виде плоского кольца с двумя дугообразными сквозными вырезами, разноудаленными от оси поворота ротора. Кольцо расположено перпендикулярно оси поворота ротора и установлено на торцевых поверхностях втулок первой и второй частей каркаса обмоток. Подвижный экран расположен смежно с неподвижным экраном и выполнен в виде плоского кольца с двумя дугообразными сквозными вырезами, по крайней мере частично перекрывающими вырезы кольца неподвижного экрана. Вырезы неподвижного и подвижного экранов попарно равноудалены от оси поворота ротора. Каждый вырез расположен своими краями относительно оси поворота ротора в секторе, составляющем 110°, при этом сектора вырезов в каждом из экранов удалены друг от друга. Плоское кольцо подвижного экрана расположено на плоском кольце неподвижного экрана с подпружиниванием относительно основания датчика.
Недостатками данного устройства является сложность конструкции и низкая надежность.
Известен датчик угловых перемещений (патент РФ №123932 U1, G01B 7/30, 01.08.2012), содержащий статор с обмотками и безобмоточный ротор с явно выраженными полюсами, отличающийся тем, что для настройки чувствительности на роторе размещены короткозамкнутые витки - экраны из немагнитного токопроводящего материала, охватывающие полюса или пазы между полюсами по всей их ширине.
Недостатками данного устройства является сложность конструкции, а также возможность измерения угловых перемещений только по одной координате.
Известен датчик угловых перемещений (патент РФ №2191347 C2, G01B 7/30, 20.10.2002), содержащий основание и корпус, в котором установлены статор с диэлектрическим каркасом обмоток и ротор, приводящий во вращение подвижный экран. Первая часть каркаса образована втулкой с фланцем. Вторая часть каркаса представляет собой втулку, расположенную концентрично с втулкой первой части каркаса. Статор снабжен неподвижным экраном в виде плоского кольца с четырьмя сквозными дугообразными вырезами. Каждый вырез выполнен в отдельном прямоугольном секторе. Подвижный экран расположен смежно с неподвижным экраном и выполнен в виде плоского кольца с двумя вырезами, по крайней мере частично перекрывающими вырезы кольца неподвижного экрана.
Недостатками данного устройства является сложность конструкции, а также возможность измерения угловых перемещений только по одной координате.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик угловых перемещений (патент РФ №2139495 C1, G01B 7/30, 10.10.1999), содержащий корпус, неподвижный магнитопровод с выступами. Выступы расположены на магнитопроводе попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Магнитопровод вместе с выступами в этих плоскостях имеет Ж-образную форму. На выступах магнитопровода располагаются магниточувствительные элементы. Между выступами магнитопровода расположены восемь ферромагнитных роторов с постоянными магнитами. Магниты имеют поперечное сечение, ограниченное двумя симметрично расположенными участками спирали Архимеда. В продольном сечении магниты имеют форму равнобокой трапеции, меньшее основание которой расположено в области участка спирали Архимеда с наименьшим радиусом кривизны.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные измерением угловых перемещений только в одной координатной плоскости, а также сложность конструкции и низкая магнитная чувствительность.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей, благодаря введению измерения по трем координатным осям, а также повышению магнитной чувствительности датчика угловых перемещений благодаря использованию высококоэрцитивных постоянных магнитов.
Техническим результатом является повышение точности измерений и минимизация массогабаритных показателей.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в датчике угловых перемещений с высококоэрцитивными постоянными магнитами, содержащем корпус, неподвижный магнитопровод, магниточуствительные элементы, ротор с постоянными магнитами, согласно полезной модели корпус выполнен из диамагнетика, неподвижный магнитопровод выполнен из высококоэрцитивного постоянного магнита в виде сектора сферы с вырезами, расположенными соответственно по координатным осям x, -x, y, -y неподвижного магнитопровода, а ротор в виде вогнутой сферы из высококоэрцитивных постоянного магнита, при этом магнитопровод и ротор установлены параллельно друг относительно друга одноименными полюсами, а магниточуствительные элементы, выполненные в виде обмоток расположенных в вырезах магнитопровода, при этом ротор жестко связан с передвигающимся штоком.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1-изображен вид сверху магнитопровода с магниточуствительными элементами датчика угловых перемещений с высококоэрцитивными постоянными магнитами. На фиг. 2 изображен вид с боку датчика угловых перемещений с высококоэрцитивными постоянными магнитами.
Предложенное устройство содержит: (фиг. 1) корпус 1, неподвижный магнитопровод 2 выполненный из высококоэрцитивного постоянного магнита в виде сектора сферы с вырезами расположенными соответственно по координатным осям x, -x, y, -y неподвижного магнитопровода 2, магниточуствительные элементы 3, выполненные в виде обмоток, расположенные в вырезах неподвижного магнитопровода, ротор 4, выполненный в виде вогнутой сферы из высококоэрцитивного постоянного магнита (фиг. 2), механически соединенный с передвигающимся штоком 5.
Датчик угловых перемещений с высококоэрцитивными постоянными магнитами работает следующим образом: при угловом смещении передвигающегося штока 5 происходит угловое перемещение ротора 4, выполненного в виде вогнутой сферы из высококоэрцитивного постоянного магнита, относительно неподвижного магнитопровода 2. Ввиду того, что неподвижный магнитопровод 2 выполнен в виде сектора сферы, при смещении ротора 4 относительно него происходит изменение магнитного потока пронизывающего магниточуствительные элементы 3, выполненные в виде обмоток, данные изменения фиксируются и по ним судят о величине изменения угла. Так как расположение магниточуствительных элементов 3 выполнено таким образом, что они охватывают все координаты движения ротора 4, фиг. 1, то предлагаемое устройство позволяет отслеживать угловые перемещения по всем трем координатам. Так как, неподвижный магнитопровод 2 и ротор 4 расположены друг относительно друга одноименными полюсами, то между ними возникают силы отталкивания, которые обеспечивают подвес ротора 4 в магнитном поле, соответственно ограничением степеней свободы ротора 4 являются поверхности корпуса 1, выполненного из диамагнетика. В результате минимизируется трение подвижных элементов в датчике и повышается его точность. Кроме того, на повышении точности датчика угловых перемещений сказывается то, что неподвижный магнитопровод 2 и ротор 4 выполнены из высококоэрцитивных постоянных магнитов со значительными энергетическими характеристиками.
Итак, заявляемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности, благодаря введению измерения по трем координатным осям, а также повысить магнитную чувствительность датчика угловых перемещений благодаря использованию высококоэрцитивных постоянных магнитов и минимизации трения подвижных элементов системы.
В результате повышается точность измерений, и минимизируются массогабаритные показатели датчика угловых перемещений с высококоэрцитивными постоянными магнитами.