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 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.
Недостатками известного датчика являются малый диапазон работы - всего до 120 угловых градусов и большие радиальные габариты, что снижает его функциональные и эксплуатационные возможности.
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.
Магнит и магниточувствительный элемент в известном датчике расположены в разных полостях устройства, что способствует увеличению
расстояние между ними, а это снижает чувствительность и точность устройства.
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.
В известном преобразователе для сочленения шарикоподшипников с корпусом и валом, а также магнита с углублением вала, необходимы гарантированные зазоры для размещения клеевого средства, а наличие таких зазоров в соединениях приводит к неравномерности заполнения клеевого средства и как следствие - к эксцентричному креплению исполнительных элементов, а это приводит, как к радиальному и торцевому бою магнита при вращении вала, так и к различной жесткости и надежности крепления в различных направлениях.
Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус с отверстием, плату обработки с магниточувствительным элементом, закрепленную на корпусе, вал, шарикоподшипники, расположенные в
отверстии корпуса и установленные на валу, магнит с цилиндрической поверхностью, углубление, выполненное по оси вала для размещения магнита, винтовые канавки с различным направлением винтовой линии, выполненные в отверстии корпуса, на валу и в углублении, и клеевое средство для фиксации шарикоподшипников в отверстии корпуса и на валу и для фиксации магнита в углублении, RU №72318 U1, G01B 7/30, H01F 43/04, 2008.04.10.
Данное техническое решение принято в качестве «ближайшего аналога» настоящей полезной модели.
В преобразователе «ближайшего аналога» подшипниковый узел и соединение магнита с цилиндрической поверхностью углубления вала имеют недостаточно жесткие соединения для эксплуатации в условиях повышенных вибрационных и ударных воздействий вдоль оси преобразователя, поскольку наружная и внутренняя поверхность шарикоподшипников и наружная поверхность магнита имеют гладкую цилиндрическую поверхность с малой шероховатостью, что затрудняет сцепление клеевого средства с такими поверхностями и приводит к снижению надежности закрепления шарикоподшипников в корпусе и на валу, а магнита с углублением вала.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей увеличить жесткость конструктивных элементов и повысить надежность при эксплуатации в условиях повышенных вибрационных и ударных воздействий вдоль оси преобразователя.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что магнитный преобразователь угла содержит корпус с отверстием, плату обработки с магниточувствительным элементом, закрепленную на корпусе, вал, шарикоподшипники, расположенные в отверстии корпуса и установленные на валу, магнит с цилиндрической поверхностью, углубление, выполненное по оси вала для размещения магнита, винтовые канавки с различным направлением винтовой линии, выполненные в отверстии корпуса, на валу и в углублении, и клеевое средство для фиксации шарикоподшипников в отверстии корпуса и на валу и для фиксации магнита в углублении.
Преобразователь содержит дистанционное устройство, расположенное между шарикоподшипниками и выполненное в виде наружного и внутреннего колец, установленных в корпусе и на валу, соответственно, наружное кольцо снабжено, по крайней мере, двумя винтовыми канавками, выполненными на его наружной поверхности и сопряженными с винтовыми канавками в отверстии корпуса, внутреннее кольцо снабжено, по крайней мере, двумя винтовыми канавками, выполненными на его внутренней поверхности и сопряженными с винтовыми канавками на валу, а на цилиндрической поверхности магнита выполнены также, по крайней мере, две винтовые канавки, сопряженные с винтовыми канавками в углублении, винтовые канавки на наружном и внутреннем кольцах и на цилиндрической поверхности магнита заполнены
клеевым средством, при этом каждая из двух винтовых канавок на наружном кольце, на внутреннем кольце и на цилиндрической поверхности магнита имеют различные направления винтовых линий одна относительно другой, а их шаг и профиль равны шагу и профилю винтовых канавок в отверстии корпуса, на валу и в углублении, соответственно.
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 - фрагмент наружного кольца, изометрия;
на фиг.4 - фрагмент внутреннего кольца, изометрия;
на фиг.5 - магнит, изометрия.
Магнитный преобразователь угла содержит:
Корпус - 1,
отверстие (в корпусе 1) - 2.
Плату обработки (прикреплена к корпусу 1) - 3,
магниточувствительный элемент (на плате 3) - 4.
Вал - 5.
Шарикоподшипники (на валу 5) - 6.
Дистанционное устройство (между шарикоподшипниками 6) - 7,
наружное кольцо (устройства 7) 8,
наружную поверхность (кольца 8) 9,
внутреннее кольцо (устройства 7) 10,
внутреннюю поверхность (кольца 10) 11.
Магнит - 12,
цилиндрическую поверхность (магнита 12) - 13.
Углубление (в вале 5 для магнита 12) - 14.
Винтовые канавки (в отверстии 2 корпуса 1) - 15.
Винтовые канавки (на вале 5) - 16.
Винтовые канавки (в углублении 14) - 17.
Винтовые канавки (на поверхности 9 кольца 8) - 18.
Винтовые канавки (на поверхности 11 кольца 10) - 19.
Винтовые канавки (на поверхности 13 магнита 12) - 20.
Клеевое средство (в канавках 15, 16, 17, 18, 19, 20) - 21.
Преобразователь содержит дистанционное устройство 7. Дистанционное устройство 7 расположено между шарикоподшипниками 6 и выполнено в виде наружного 8 и внутреннего 10 колец.
Наружное кольцо 8 установлено в корпусе 1. Внутреннее кольцо 10 установлено на валу 5.
На наружной поверхности 9 наружного кольца 8 выполнены две винтовые канавки 18. Винтовые канавки 18 сопряжены с винтовыми канавками 15 в отверстии 2 корпуса 1. Две винтовые канавки 18 имеют различные направления винтовых линий одна относительно другой.
На внутренней поверхности 11 внутреннего кольца 10 выполнены две винтовые канавки 19. Винтовые канавки 19 сопряжены с винтовыми канавками 16 на вале 5. Две винтовые канавки 19 имеют различные направления винтовых линий одна относительно другой.
На цилиндрической поверхности 13 магнита 12 выполнены две винтовые канавки 20. Винтовые канавки 20 сопряжены с винтовыми канавками 17 в углублении 14. Две винтовые канавки 20 имеют различные направления винтовых линий одна относительно другой.
Винтовые канавки 15, 16, 17, 18, 19 и 20 заполнены клеевым средством 21.
Винтовые канавки 18, 19, 20 на наружном кольце 8, на внутреннем кольце 10 и на цилиндрической поверхности 13 магнита 12, соответственно, имеют шаг и профиль равный шагу и профилю винтовых канавок 15, 16, 17 в отверстии 2 корпуса 1, на валу 5 и в углублении 14, соответственно.
Магниточувствительный элемент 4 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 5 с магнитом 12 происходит изменение параметров электромагнитного поля, воздействующего на магниточувствительный элемент 4, который регистрирует угол поворота магнита 12 и преобразует его совместно с другими электроэлементами (показаны условно) платы обработки 3 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота и передаваемый в устройство регистрации (условно не показано) по кабелю связи.
Установка в преобразователе дистанционного устройства 7 с наружным кольцом 8 при выполнении на его наружной поверхности 9 винтовых канавок 18 с различным направлением винтовых линий, заполненных клеевым средством 21, повышает жесткость закрепления наружного кольца 8 в отверстии 2 корпуса 1.
Установка в преобразователе дистанционного устройства 7 с внутренним кольцом 10 при выполнении на его внутренней поверхности 11 винтовых канавок 19 с различным направлением винтовых линий, заполненных клеевым средством 21, повышает жесткость закрепления внутреннего кольца 10 на валу 5.
Повышение жесткости соединения корпуса 1 и наружного кольца 8, а также вала 5 и внутреннего кольца 10 обеспечивает стабильную работу оси вращения вала 5.
Выполнение на цилиндрической поверхности 13 магнита 12 винтовых канавок 20 с различным направлением винтовой линии, заполненных клеевым средством 21, дополнительно повышает жесткость закрепления магнита 12 в углублении 14.
Жесткая фиксация наружного кольца 8 в отверстии 2 корпуса 1 и внутреннего кольца 10 на валу 5 обеспечивает жесткие упоры для установки шарикоподшипников 6, что значительно повышает жесткость и надежность при эксплуатации в условиях повышенных вибрационных и ударных воздействий вдоль оси преобразователя.
Сопряжение винтовых канавок 15 и 18, 16 и 19, 17 и 20, выполненных с равным шагом и профилем, и заполнение их клеевым средством 21 позволяет увеличить клеевой объем в два раза и, следовательно, увеличить в два раза наполняемость, образуя при этом клеевые соединения по винтовой линии с различным ее направлением и с разных сторон соответствующих цилиндрических образующих, по которым происходит соединение деталей, при этом клеевое средство 21 в соответствующих винтовых канавках расположено симметрично относительно цилиндрической образующей, как в пространстве одной, так и в пространстве другой сопрягаемой детали, что обеспечивает достижение максимального технического эффекта при больших механических вибрационных и ударных нагрузках вдоль оси магнитного преобразователя.
Дополнительно: размещение дистанционного устройства 7 в виде наружного 8 и внутреннего 10 колец между шарикоподшипниками 6 улучшает сборку преобразователя.
Дополнительно: наличие винтовых канавок 18, 19 и 20 упрощает установку наружного кольца 8 в корпус 1, внутреннего кольца 10 на вал 5 и магнита 12 в углубление 14.
Дополнительно: наличие на цилиндрической поверхности 13 магнита 12 винтовых канавок 20 обеспечивает различие магнитных свойств магнита 12 в различных сечениях, проходящих через его ось, это позволяет увеличить чувствительность воздействия магнитного поля магнита 12 при его повороте на магниточувствительный элемент 4 платы обработки 3.
Предложенный магнитный преобразователь угла изготовлен промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», что подтверждают испытания опытной партии, и это обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».