Датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ПРЕРЫВАТЕЛЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ БЕСКОНТАКТНОГО ЗАЖИГАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей,содержащий немагнитный корпус с установленными в нем с зазором двумя магнитопроводами, один из которых соединен с постоянным магнитом, а в непосредственной близости от другого магнитопровода размещена магниточувствительная микросхема, отличающийся тем, что магниточувствительная микросхема выполнена на основе полупроводниковой структуры типа, обладает -эффектом и -образной вольт-амперной характеристикой с возможностью генерации частотно-импульсного сигнала при величине индукции магнитного поля в области расположения указанной полупроводниковой структуры, превышающей 50 мТл, причем указанные магнитопроводы выполнены осесимметричными в виде двух полых цилиндров со стержнями, отличающимися на длину постоянного магнита и диаметр плоскости раздела областей полупроводниковой структуры соответственно, а указанные магнитопроводы выполнены имеющими Ш-образное сечение вдоль оси симметрии и один из них установлен подвижным с возможностью регулирования зазора между магнитопроводами.(56) 1. Датчики Холла со встроенным магнитом (прерыватели). Сайт в интернете//. 2. Свидетельство на полезную модель 17339, МПК 02 7/00, 2001 (прототип). 3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. - М. ДМК Пресс, 2001. - 544 с. 4. А.с.1739402, МПК 01 29/06, 1992. Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к элементам системы бесконтактного зажигания автомобилей с помощью магниточувствительной микросхемы. Известно и широко используется устройство прерывателя 1, функционирующее на эффекте Холла, содержащее постоянный магнит, элемент Холла и два Г-образных магнитопровода, установленные с зазором. В нем магнит и элемент Холла также установлены в один корпус с небольшим воздушным зазором между ними. Монолитный корпус датчика позволяет устранить процедуру выравнивания элементов относительно друг друга. Если воздушный зазор свободен, датчик находится в положение включено. Если между магнитом и элементом Холла появляется ферромагнитная пластина (бегунок), датчик Холла переходит в состояние выключено. Это происходит за счет образующегося магнитного шунта, в результате чего на элемент Холла практически не попадает магнитный поток. Недостатками этого прерывателя являются низкая помехоустойчивость по отношению к электромагнитным помехам и, следовательно, необходимость использования усилителя для аналогового сигнала с датчика Холла. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик положения прерывателя двигателя внутреннего сгорания 2 (прототип), содержащий немагнитный корпус с установленными в нем магниточувствительной микросхемой, постоянным магнитом, имеющим скосы со стороны, обращенной к микросхеме, двумя Г-образными магнитопроводами, один из которых соединен с постоянным магнитом, причем указанный постоянный магнит установлен в канале, перпендикулярном рабочей плоскости магниточувствительной микросхемы, функционирующей на эффекте Холла, а торцевая часть канала, обращенная к микросхеме, имеет скосы-ограничители, а Г-образный магнитопровод установлен в пазах, перпендикулярных каналу с постоянным магнитом. Датчик 2 обладает низкой помехоустойчивостью в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех, аналогично 1. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение помехоустойчивости при наличии высокоуровневых электромагнитных помех. Датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей содержит немагнитный корпус с установленными в нем с зазором двумя магнитопроводами, один из которых соединен с постоянным магнитом, а в непосредственной близости другого магнитопровода размещена магниточувствительная микросхема. Он отличается тем, что магниточувствительная микросхема выполнена на основе полупроводниковой структуры типа, обладает -эффектом 3, 4 и -образной вольтамперной характеристикой с возможностью генерации частотно-импульсного сигнала при величине индукции магнитного поля в области расположения указанной полупроводниковой структуры, превышающей 50 мТл, а указанные магнитопроводы выполнены осесимметричными в виде двух полых цилиндров со стержнями, отличающимися на длину постоянного магнита и диаметр плоскости раздела областей полупроводниковой структуры соответственно, причем указанные магнитопроводы выполнены имеющими Ш-образное сечение вдоль оси симметрии и один из них установлен подвижным с возможностью регулирования зазора между магнитопроводами. 91842013.04.30 Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции датчика положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей показал, что они являются существенными и находятся в прямой причинноследственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов,позволяющих реализовать выполнение поставленной задачи по повышению помехоустойчивости датчика в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично изображен датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей. На фиг. 2 приведена функциональная электрическая схема подключения полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом. На фиг. 3 приведена зависимость частоты выходного сигналаи индукции магнитного поля 0 с магниточувствительной микросхемы от времени(чувствительность к магнитному полю 100 кГц/Тл). Датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей содержит немагнитный корпус 1 с установленными в нем с зазоромдвумя магнитопроводами 2 и 3, выполненными осесимметричными в виде двух полых цилиндров со стержнями, один из которых 3 соединен с постоянным магнитом 4, а в непосредственной близости к стержню магнитопровода 2 размещена магниточувствительная микросхема 5 на основе полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом, залитая герметизирующим компаундом 6 (эластосилом). Изнутри магнитопроводы 2 и 3 залиты герметиком 7. Микросхема 5 и магнитопровод 2 защищены фольгой из бериллиевой бронзы 8. Магниточувствительная микросхема выполнена на основе полупроводниковой структуры типа,обладает -эффектом 3, 4 и -образной вольт-амперной характеристикой с возможностью генерации частотно-импульсного сигнала при величине индукции магнитного поля в области расположения указанной полупроводниковой структуры, превышающей 50 мТл. Величина зазоравыбирается из условия возможности свободного размещения в нем в динамике (при работе прерывателя) ферромагнитной пластины 9 (бегунка), перекрывающей основной магнитный поток от магнита 4 к магниточувствительной микросхеме 5, и является регулируемой при настройке датчика. Один из магнитопроводов (в данном случае 3) установлен подвижным с возможностью регулирования зазорамежду магнитопроводами. Для этого установлена скрепленная с магнитопроводом 3 немагнитная металлическая пластина 10 с резьбой и шариком 11. Перемещение магнитопровода 3 (регулирование зазора ) осуществляется плавно с помощью микрометрического винта 12, имеющего стопорный винт (не изображен). Способ формирования- и -областей полупроводниковой структуры подробно описан в 4. Вектор индукции магнитного поля В 0 прикладывается в плоскости, параллельной плоскости раздела - и -областей. Такие структуры поставляются фирмой 3, Россия, г. Москва (Институт проблем управления). Полупроводниковая структура,обладающая -эффектом, через тонкопленочный резистор нагрузки н подключена к источнику постоянного питающего напряжения п (источник питающего напряжения выполнен с функцией постоянной ЭДС, обычно 5-25 В) с соблюдением полярности. Плюс источника питания подключен к -области. Датчик положения прерывателя для системы бесконтактного зажигания автомобилей работает следующим образом. Сначала датчик настраивается. Величина зазораустанавливается микрометрическим винтом 12 такой, чтобы в присутствии ферромагнитной пластины 9 в зазоре величина магнитного поля 0 превышала 50 мТл. При чувствительности к магнитному полю 100 кГц/Тл генерируется частотно-импульсный выходной сигнал с частотой, незначительно превышающей пороговую величину 5 кГц (нижняя частота). Следует отметить, что явление управляемой скачковой проводимости (-эффект) возникает в структурах с -образной вольт-амперной характеристикой и заключается в том,что при определенных значениях питающего напряжения и внешнего магнитного поля проводимость полупроводниковой структуры (в прямом направлении) и, соответственно,амплитуда протекающего через нее тока меняются скачком со временем переходного процесса 1 мкс. Изменение проводимости, подобно структурам с -образной вольтамперной характеристикой, сопровождается возникновением шнура тока, но с иными физическими свойствами, основным из которых является постоянство плотности тока в шнуре при изменении напряжения на структуре. Основной особенностью полупроводниковой структуры является способность не только воспринимать внешнее магнитное поле,но и производить его преобразование на молекулярном уровне в объеме кристалла без дополнительных электронных схем, что позволяет ее рассматривать как магниточувствительную микросхему. Если воздушный зазор свободен, датчик находится в положении включено, что соответствует значительному увеличению индукции магнитного поля 0, следовательно, и частоты выходного сигнала до верхнего порога. Если между магнитом 4 и магниточувствительной микросхемой 5 появляется ферромагнитная пластина 9, датчик переходит в состояние выключено. Это происходит за счет образующегося магнитного шунта, в результате чего на 5 попадает остаточный магнитный поток, поскольку ферромагнитная пластина 9 оказывается в состоянии, близком к техническому насыщению. Таким образом, система бесконтактного зажигания автомобиля регулируется с помощью магниточувствительной микросхемы. Следовательно, решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном устройстве вследствие применения магниточувствительной микросхемы с -эффектом генерируется помехозащищенный частотно-импульсный выходной сигнал высокой амплитуды (до 50 от напряжения питания) без применения электронных схем преобразования, а использованная конструкция магнитной системы позволяет создать в квазизамкнутом объеме (зазоре) сильное магнитное поле, на несколько порядков превышающее уровни электромагнитных помех. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,поэтому заявляемый путевой датчик соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5