ДАТЧИК ПОВОРОТА

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам, контролирующим положение вращающихся узлов и деталей различного оборудования.
Из уровня техники известен датчик поворота [Патент RU №73962, МПК G01B 7/00, 2008], содержащий основание с двумя преобразователями Холла и два постоянных магнита, механически сопряженных с контролируемым объектом. 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения в 360° [Патент RU №2312363, МПК: G01P 3/488, G01B 7/30, G01D 5/12, 2006], состоящий
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.
Технический результат заявляемой полезной модели направлен на создание датчика поворота, конструкция которого позволит упростить его установку на объекте эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что заявляемый датчик поворота содержит магнитную систему, связанную с вращающейся деталью и состоящую из постоянного магнита и чувствительного элемента, установленных друг напротив друга с обеспечением постоянного воздушного зазора в пространстве между ними. При этом постоянный магнит расположен в роторном узле, а чувствительный элемент размещен и зафиксирован на печатной плате с обеспечением электрического контакта с ней. Датчик поворота также содержит корпус, к которому посредством крепежных элементов присоединена печатная плата. В центральной части корпуса размещен роторный узел, включающий подшипник, плотно контактирующий с корпусом. В центре подшипника размещена установочная втулка, на торце которой с внутренней стороны корпуса размещен и зафиксирован постоянный магнит. Роторный узел механически связан с вращающейся деталью посредством соединительного элемента, закрепленного на установочной втулке с внешней стороны. При этом датчик поворота прикреплен к неподвижной детали посредством опорного элемента, соединенного с корпусом через упругий элемент.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется рисунком (Фиг. 1), на котором представлена конструкция датчика поворота, размещенного на объекте эксплуатации, где:
1 - корпус;
2 - печатная плата;
3 - крепежные элементы;
4 - подшипник;
5 - установочная втулка;
6 - постоянный магнит;
7 - чувствительный элемент;
8 - вращающаяся деталь;
9 - соединительный элемент;
10 - неподвижная деталь;
11 - опорный элемент;
12 - упругий элемент.
Датчик поворота содержит корпус 1 и печатную плату 2, соединенную с корпусом 1 посредством крепежных элементов 3, например, винтов или заклепок. В центральной части корпуса 1 размещен роторный узел, включающий подшипник 4, в центре которого размещена установочная втулка 5, в качестве которой может быть использован, например, болт с резьбой. Подшипник 4 плотно контактирует с корпусом 1 и может быть установлен в нем, например, запрессовкой и (или) вклеиванием.
Магнитная система датчика поворота состоит из постоянного магнита 6, размещенного с внутренней стороны корпуса 1 и зафиксированного на торце установочной втулки 5 роторного узла, например, приклеиванием, и чувствительного элемента (энкодера) 7, размещенного и зафиксированного на печатной плате 2, например, пайкой, с обеспечением электрического контакта с ней. Постоянный магнит 6 и чувствительный элемент 7 установлены соосно друг напротив друга с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними.
Вращение постоянного магнита 6 относительно чувствительного элемента 7 обеспечивает роторный узел, механически связанный с внешней стороны датчика поворота с вращающейся деталью 8 посредством соединительного элемента 9, выполненного, например, в виде скобы и закрепленного на установочной втулке 5, например, гайкой на резьбовой части болта.
Датчик поворота прикреплен к неподвижной детали 10 посредством опорного элемента 11, соединенного с корпусом 1 через упругий элемент 12. При установке датчика поворота на объект эксплуатации упругий элемент 12 позволяет обеспечить совмещение осей роторного узла и вращающейся детали 8, при этом он может быть выполнен криволинейной формы, например, дугообразной. В качестве упругого элемента 12 может быть использована цилиндрическая пружина.
Упругий элемент 12 может быть связан с корпусом 1 посредством жесткого поводка 13, при этом упругий элемент 12 может состоять из двух частей, каждая из которых может быть выполнена криволинейной формы (Фиг. 2). При этом две части упругого элемента 12 предлагается устанавливать таким образом, чтобы они с двух сторон зажимали свободные концы жесткого поводка 13 и опорного элемента 11, а верхняя часть упругого элемента 12 была закреплена на жестком поводке 13 посредством крепежного элемента 14, например, винта или заклепки.
Датчик поворота работает следующим образом.
Принцип работы заявляемого датчика поворота основан на индикации угла поворота валов и иных вращающихся узлов и деталей с помощью измерения магнитных полей, создаваемых постоянным магнитом 6, вращение которого обеспечивает роторный узел, механически связанный с вращающейся деталью 8. Поворот вращающейся детали 8 преобразуется в электрический сигнал с помощью чувствительного элемента 7 (энкодера), размещенного на печатной плате 2. С помощью известных схем коммутации выстраивается выходная характеристика датчика поворота. Выходной сигнал с данной характеристикой может быть использован в качестве градуировочного, либо подан на регистрирующий прибор.
Таким образом простота конструкции заявляемого датчика поворота и использование в ней упругого элемента 12 позволяет исключить необходимость его специальной настройки и регулировки, что значительно упрощает его установку на объекте эксплуатации. Также в заявляемом датчике поворота могут быть применены различные типы энкодеров, что позволяет адаптировать устройство к конкретным условиям работы.
Заявляемый датчик поворота испытан в лабораторных условиях и доказал свою работоспособность.