Бесконтактный датчик углового положения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Клюев Александр Илларионович Грозный Владимир Алексеевич Качан Василий Викторович Строк Евгений Яковлевич Бельчик Леонид Демьянович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Бесконтактный датчик углового положения, содержащий магнитную систему с постоянными магнитами и концентраторами магнитного поля, а также по крайней мере один неподвижный элемент Холла, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде замкнутого прямоугольного контура, имеющего возможность вращения вокруг центрально установленного элемента Холла, причем указанный прямоугольный контур образован двумя постоянными магнитами, развернутыми одноименными полюсами в одну сторону, и двумя концентраторами магнитного поля, перекрывающими полюса постоянных магнитов, кроме того, элементы прямоугольного контура имеют форму параллелепипедов. Полезная модель относится к области технических измерений углового положения, в частности, к конструкции датчиков, принцип действия которых основан на электрических и магнитных явлениях, и может быть использована в системах контроля и управления. Известен датчик углового положения, содержащий корпус, кольцевой постоянный магнит, элемент Холла, неподвижно установленный между двумя концентраторами магнитного поля, электронную плату и возвратную пружину. Угловое положение объекта,кинематически связанного с кольцевым постоянным магнитом, определяется выходным сигналом элемента Холла 1. Недостатком датчика является нетехнологичность его изготовления и сборки из-за неопределенности расположения полюсов и неоднородности магнитного поля кольцевого постоянного магнита. Известен также датчик углового положения, который содержит корпус, постоянный магнит, имеющий форму параллелепипеда и размещенный на выступе подпружиненного конического приводного вала, электронную плату с неподвижно установленным соосно приводному валу элементом Холла. Угловое положение приводного вала определяется расположением постоянного магнита относительно элемента Холла 2. К недостаткам датчика можно отнести низкую помехозащищенность вследствие отсутствия магнитопровода и сложность конструкции приводного вала для уменьшения радиальных люфтов и биений. Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является датчик углового положения, содержащий магнитную систему из двух незамкнутых концентраторов и постоянного магнита в форме параллелепипеда или диска, установленного с возможностью вращения относительно концентраторов, два элемента Холла,закрепленных на электронных платах в магнитном поле между выступами концентраторов 3. При вращении постоянного магнита относительно оси, проходящей между концентраторами, происходит перераспределение магнитного потока внутри магнитной системы,величина которого измеряется элементами Холла. Недостатками известного датчика являются низкая помехозащищенность из-за разомкнутой магнитной системы, нетехнологичность изготовления и сборки при относительно больших габаритных размерах. Задачей настоящей полезной модели является повышение помехоустойчивости к внешним магнитным полям, радиальным люфтам и биениям путем замыкания магнитной системы. Упомянутая задача решена в бесконтактном датчике углового положения, содержащем магнитную систему с постоянными магнитами и концентраторами магнитного поля,а также по крайней мере один неподвижный элемент Холла, причем, согласно техническому решению, магнитная система выполнена в виде замкнутого прямоугольного контура, имеющего возможность вращения вокруг центрально установленного элемента Холла,причем указанный прямоугольный контур образован двумя постоянными магнитами, развернутыми одноименными полюсами в одну сторону, и двумя концентраторами магнитного поля, перекрывающими полюса постоянных магнитов, кроме того, элементы прямоугольного контура имеют форму параллелепипедов. 70332011.02.28 Кроме того, это обеспечивает высокую чувствительность и возможность реализации принципа резервирования за счет использования двух постоянных магнитов и элементов Холла, линейность выходной характеристики, так как магнитное поле внутри прямоугольного контура однородное и однонаправленное, технологичность сборки датчика вследствие упрощения регулировочных операций при миниатюризации системы измерения углового положения и снижении требований к физико-химическим свойствам материалов, используемых для изготовления постоянных магнитов. Для пояснения полезной модели ниже приводится конкретный пример исполнения бесконтактного датчика углового положения на фиг. 1 изображена конструкционная схема бесконтактного датчика углового положения на фиг. 2 и 3 показано взаимное расположение компонентов магнитной системы и элементов Холла на фиг. 4 приведен общий вид деталей бесконтактного датчика углового положения. Бесконтактный датчик углового положения содержит корпус 1, крышки 2 и 3, электронную плату 4 с неподвижным элементом Холла 5, вкладыш 6, кинематически связанный с объектом измерения (на чертеже не показан), постоянные магниты 7, 8 и концентраторы магнитного поля 9, 10, размещенные внутри упомянутого вкладыша 6 в виде замкнутого прямоугольного контура, а также возвратную пружину 11 и уплотнительное кольцо 12. Бесконтактный датчик углового положения работает следующим образом. При изменении угла положения объекта измерения происходит поворот магнитной системы вместе с вкладышем 6, постоянными магнитами 7, 8 и концентраторами магнитного поля 9, 10 относительно неподвижного элемента Холла 5, что вызывает девиацию составляющей напряженности магнитного поля, которая ортогональна плоскости указанного элемента. Преобразование выходного сигнала элемента Холла 5, пропорционального углу поворота,осуществляется электронной платой 4, которая защищена от внешних воздействий в корпусе 1 посредством крышек 2, 3 и уплотнительного кольца 12. Перемещение вкладыша 6 в исходное положение происходит за счет возвратной пружины 11. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4