УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для бесконтактных измерений угловых перемещений объектов и определения направления их вращения, эксплуатируемых в условиях повышенных механических и климатических нагрузок.
Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус с защитной крышкой, вал, магнит, установленный на оси вращения, плату обработки с магниточувствительным элементом, RU №72320 U1, G01B 7/30, H01L 43/04, 10.04.2008.
Известный магнитный преобразователь угла имеет большие габариты вдоль оси вращения, так как вал с магнитом и плата обработки с магниточувствительным элементом расположены последовательно, а это снижает его эксплуатационные возможности.
Известно устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, содержащее корпус, датчик угла в виде магнитного энкодера, имеющий вал с опорой в виде подшипника скольжения, магнит и плату обработки, и зубчатое колесо, закрепленное на валу магнитного энкодера, RU №94332 U1, G01C 9/06, 20.05.2010.
В известном устройстве отсутствует возможность считывания информации об угле поворота зубчатого колеса дистанционно и непосредственно с его венца.
Известное устройство имеет большие габариты вдоль оси вращения, что объясняется последовательным расположением зубчатого колеса, магнита и платы обработки, что снижает его эксплуатационные возможности.
В известном устройстве необходима специальная защита оси вращения для обеспечения герметизации платы обработки, что усложняет конструкцию и увеличивает массу и габариты устройства.
Известен датчик вращения зубчатого колеса, содержащий немагнитный корпус, магниточувствительный элемент на эффекте Холла, постоянный магнит в виде прямоугольного параллелепипеда, подвижный сердечник с резьбой, установленный соосно с магниточувствительным элементом, RU №84567 U1, G01B 7/14, G01B 7/30, G01P 1/02, G01P 3/488, 10.07.2009.
К недостаткам известного устройства можно отнести невозможность определения направления вращения зубчатого колеса из-за наличия в его конструкции только одного магниточувствительного элемента, что снижает его функциональные возможности.
Известен преобразователь угла поворота вала в последовательность электрических импульсов, включающий подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU №80550 U1, G01B 7/00, 10.02.2009. Указанное устройство также позволяет определять направление вращения зубчатого колеса. Магнитный преобразователь содержит магниторезистивные элементы и электронный блок.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Однако оно обладает недостатками.
Магниторезистивные элементы в ближайшем аналоге установлены в плоскости, расположенной вдоль оси зубчатого колеса, что, по меньшей мере, в 2 раза увеличивает габариты и массу зубчатого колеса, усложняет его концигурацию, а это приводит к увеличению габаритов, массы и усложняет конструкцию всего преобразователя.
Магниторезистивные элементы в ближайшем аналоге установлены в плоскости параллельной оси вращения объекта, что исключает регистрацию угла поворота с боковой поверхности зубчатого венца, а это снижает эксплуатационные возможности преобразователя.
Электронный блок в ближайшем аналоге расположен отдельно по отношению к магниторезистивным элементам, что увеличивает габариты конструкции и усложняет их электрическое соединение.
Магниторезистивные элементы ближайшего аналога обеспечивают регистрацию изменения направления магнитного поля, но не регистрируют интенсивность магнитного поля, а это снижает чувствительность преобразователя.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей расширить функциональные и эксплуатационные возможности, уменьшить габариты деталей вдоль оси вращения, повысить чувствительность устройства.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в выполнении устройства с подвижным модулем в виде зубчатого колеса и магнитным преобразователем, содержащим плату обработки, магниточувствительные элементы и постоянные магниты, в расположении магниточувствительных элементов параллельно венцу зубчатого колеса со смещением по отношению к венцу зубчатого колеса для обеспечения возможности считывания информации об угле поворота зубчатого колеса как со стороны его цилиндрической образующей, так и со стороны его торца, в установке постоянных магнитов между платой обработки и магниточувствительными элементами и соединении с ними для обеспечения магнитного поля в зоне зубьев венца со стороны магниточувствительных элементов, частота изменения, которого зависит от шага зубьев и скорости вращения зубчатого колеса.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом зубчатого колеса.
Внутри корпуса размещена плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, которые сопряжены с венцом, расположены параллельно венцу и выполнены по отношению к венцу со смещением на величину равную
p·(1/4+n),
где p - шаг зубьев венца,
n - число зубьев (целое),
при этом между платой обработки и магниточувствительными элементами установлены постоянные магниты, которые соединены с ними, 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 - устройство для измерения угловых перемещений в разрезе;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Устройство для измерения угловых перемещений содержит:
Подвижный модуль в виде зубчатого колеса - 1,
венец (колеса 1) - 2,
зубья (венца 2) - 3.
Магнитный преобразователь - 4,
корпус (преобразователя 4) - 5,
защитную крышку (корпуса 5) - 6,
плату обработки (в корпусе 5) - 7,
магниточувствительные элементы (на плате 7) - 8,
постоянные магниты (между платой 7 и элементами 8) - 9.
Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 и магнитный преобразователь 4.
Подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 сопряжен с объектом пользователя.
Магнитный преобразователь 4 расположен в корпусе 5 и имеет возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом 2 зубчатого колеса 1.
Внутри корпуса 5 размещены плата обработки 7, магниточувствительные элементы 8 и постоянные магниты 9.
Плата обработки 7 соединена с магниточувствительными элементами 8.
Магниточувствительные элементы 8 сопряжены с венцом 2.
Магниточувствительные элементы 8 расположены параллельно венцу 2.
Магниточувствительные элементы 8 выполнены по отношению к венцу со смещением на величину равную
p·(1/4+n),
где p - шаг зубьев венца,
n - число зубьев (целое).
Постоянные магниты 9 установлены между платой обработки 7 и соответствующим магниточувствительным элементом 8.
Постоянные магниты 9 соединены, например, посредством эпоксидного клея, с платой обработки 7 и магниточувствительными элементами 8, соответственно.
Корпус 5 выполнен с защитной крышкой 6. Защитная крышка 6 обеспечивает герметизацию платы обработки 7 в корпусе 5. Защитная крышка 6 выполнена тонкостеной.
В зависимости от конструктивного выполнения зубчатого колеса и/или магниточувствительных элементов величина смещения магниточувствительных элементов относительно друг друга (для заявляемого магнитного преобразователя) составляет 5-15 мм.
Магниточувствительный элемент 8 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла.
Устройство для измерения угловых перемещений осуществляет измерения следующим образом.
При вращении зубчатого колеса 1 зубья 3 его венца 2 периодически входят в зону срабатывания и выходят из зоны отпускания магниточувствительных элементов 8, при этом на выходах магниточувствительных элементов 8 формируются импульсы напряжения (тока), которые смещены относительно друг друга на четверть периода.
В этом случае количество импульсов характеризует величину угла поворота зубчатого колеса 1 и скорость его вращения. Поскольку магниточувствительные элементы 8 смещены друг относительно друга на величину равную p·(1/4+n), то и последовательности импульсов идущие с них смещены на величину равную четверти периода, что позволяет после соответствующей обработки в плате обработки 7 определить направление вращения зубчатого колеса 1.
Выполнение магниточувствительных элементов 8 со смещением по отношению к венцу 2 зубчатого колеса 1 (при параллельном их расположении) обеспечивает возможность считывания информации об угле поворота зубчатого колеса 1, как со стороны его цилиндрической образующей, так и со стороны его торца, и позволяет получить величину угла поворота зубчатого колеса 1 и скорость его вращения, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.
Расположение магниточувствительных элементов 8 параллельно венцу 2, позволяет, по меньшей мере, в два раза сократить высоту зубьев 3 венца 2, что уменьшает габариты устройства.
Так как магниточувствительные элементы 8 смещены друг относительно друга на величину равную p·(1/4+n), то и последовательности импульсов идущие с них смещены на величину равную четверти периода, что позволяет после соответствующей обработки в плате 7 определить направление вращения зубчатого колеса 1, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.
Снабжение преобразователя 4 постоянными магнитами 9, установленными между платой обработки 7 и магниточувствительными элементами 8 и соответственно с ними соединенными, обеспечивает высокую чувствительность магниточувствительных элементов 8 при перемещении зубьев 3 зубчатого колеса 1, что одновременно расширяет функциональные возможности устройства.
Предложенное устройство для измерения угловых перемещений изготовлено промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».