CS205307B1 - Sensing element of angular velocity - Google Patents

Description

Vynález se týká čidla úhlové rychlosti otáčení, například kol vozidel, pro protiskluzový regulátor brzdové soustavy.

Čidlo úhlové rychlosti prstencového typu pracuje jako vícepólový alternátor, který vyrábí elektrický střídavý proud o frekvenci závislé na množství zubů, které jsou vytvořeny na vnější obvodové části statoru a protilehlé části rotoru. Rotor je umístěn na rotační části a stator na pevné části nápravy. Mezi rotorem a statorem je vytvořená potřebná vůle, jejíž velikost je závislá na výrobních tolerancích jednotlivých detailů nápravy, vůlích v ložisku, zvětšujících se vůlích vlivem opotřebení nápravy za provozu, průhyby nápravy a jiné další vlivy.

Dosud známá provedení čidel mají hlavní nevýhodu v potřebě použití poměrně velké mezery mezi rotorem a statorem. Mezera je vyplněna například vzduchem nebo směsí vzduchu, maziv a různých dalších látek, které se do mezery dostanou při provozu vozidla. Vzduch nebo jiné nemagnetické látky kladou velký odpor průchodu magnetického toku magnetickým obvodem čidla. Aby byl odstraněn vliv magnetického odporu mezery, která se navíc projevuje v magnetickém obvodu čidla dvakrát, je zapotřebí používat rozměrného budicího vinutí nebo permanentních magnetů velkých rozměrů, případně permanentních magnetů s velkou zbytkovou magnetickou indukcí. Všechny výše uvedené negativní vlivy se nepříznivě promítají do nákladovosti at už přímo vysokou cenou materiálu a náklady na opracování, nebo potřebou provést zástavbu s čidlem o velkých rozměrech, což se opět promítne nepříznivě do materiál205 307

205 307 ových a mzdových nákladů.

Další nevýhodou některých známých provedení je nevhodná ochrana ěidel před silně korozivním prostředím, jako je například u kol vozidla na posolené vozovce. Ukrytí rozměrného prstencového čidla na stávající nápravu do prostoru mezi těsnicí kroužek a ložisko se neobejde bez úprav stávajícího provedení například náboje kola, nosné hřídele, rozpěrného kroužku a krytu. Tato ochrana před vlivem silně korozního prostředí má opět negativní dopad na materiálové a výrobní náklady. Ponechání čidla v silně korozním a abrazivním prostředí je zase neúnosné z důvodu velké nespolehlivosti zařízení.

Je známo i provedení jednostranně ozubeného ěidla úhlové rychlosti prstencového typu, které snižuje na minimum mezeru mezi statorem a rotorem na neozubené vzduchové mezeře magnetického obvodu statoru, kde je upraveno jako kluzné ložisko opatřené jak axiální, tak radiální kluznou plochou. Přenos rotačního pohybu z nápravy na rotor je zajištěn pomocí pryžového prstence. Toto provedení má velké nevýhody v nespolehlivosti zařízení.

Malá mezera mezi rotorem a statorem kluzného ložiska čidla zvláště v radiálním směru je velmi choulostivá na přítomnost nečistot zvláětě feromagnetického charakteru, které hlavně vlivejp magnetického toku magnetického obvodu čidla v těohto místech znamená zvýšený vliv na zadírání kluzných ploch. Nepravidelné silové působení drhnoucích částeček způsobují nepravidelnosti v rotačním pohybu rotoru, čímž je ovlivněna jakost výstupního signálu a později po zadření kluzného ložiska znamenají i vyřazení ěidla z činnosti. Zároveň není zanedbatelný vliv nečistot korozivního i abrazivního charakteru na kluznost ložiska hlavně při dlouhém stání vozidla, pokud není ložisko úplně dokonale kryté a pokud není zaručena dokonalá chemická stálost maziv.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny čidlem úhlové rychlosti podle vynálezu tvořeným rotorem umístěným na rotační a statorem umístěným na pevné části nápravy a opatřené ozubením alespoň na jedné straně vzduchové mezery mezi statorem a rotorem, přičemž je rotor i stator čidla úhlové rychlosti zhotoven z feromagnetického materiálu, zatímco je v obvodové drážce statoru umístěno pracovní vinutí, přičemž je mezi rotační a pevnou částí nápravy a čidla vytvořena v magnetickém obvodu čidla dle potřebných výrobních a provozních podmínek nemagnetická mezera vyplněná například vzduchem nebo mazivem, jehož podstatou je, že v mezeře mezi rotační a pevnou částí nápravy nebo čidla úhlové rychlosti, vytvořené v magnetickém obvodu čidla úhlové rychlosti je umístěný čleň z feromagnetického materiálu, který je upraven jako nízkoodporový převaděč magnetického toku magnetického obvodu čidla úhlové rychlosti.

Další podstata spočívá v tom, že člen je tvořen kroužkem, který je volně suvně a otočně umístěn na rotační i statorové části nápravy nebo čidla, přičemž poloha kroužku je upravena krytem.

Další podstatou je, že člen je tvořen kroužkem opatřeným vnitřním ozubením, přičemž kroužek nebo i rotor jsou opatřeny unášečem, zatímco je kroužek upraven volně suvně radiálně vůči rotoru.

Další podstata spočívá v tom, že člen je tvořen kroužkem volně suvně a otočně umístěna na rotační i statorové části nápravy nebo čidla, přičemž poloha kroužku je upravena vůči

205 307 rotační části nápravy nebo čidla pružinou.

Za podstatu lze považovat i to, že člen je tvořen vložkou upevněnou za vnitřní část rotoru, přičemž má vložka vytvořeny pružné doteky rotačně volně kluzně a suvně umístěné na trubce.

Další podstatou je to, že mezi vinutím a mezerou mezi statorem a rotorem je umístěna nemagnetická vložka například z alkamidu, mosazi nebo hliníkové slitiny.

Další podstata spočívá v tom, že člen je tvořen výztuhou z feromagnetického materiálu pmístěnou v těsnění.

Při použití kroužku jako členu převádějícího magnetický tok magnetického obvodu čidla přes nemagnetickou mezeru mezi statorem a rotorem je při použití kroužku a pružiny výhodně zajištěno automatické vyrovnávání házení statoru vůči rotoru čidla. Další výhodou'je, že ani zakorodování na 3 třecích místech není na závadu funkce členu, jelikož má tento systém k dispozici čtyři třecí místa. Výhodou je rovněž, že kroužek chrání alespoň zčásti ozubení rotoru i statoru společně s mazacím tukem umístěným v mezeře mezi statorem a rotorem před vnikáním nečistot. Rovněž je výhodné provést kroužek jako ozubený proti ozubení statoru nebo rotoru, přičemž je alespoň jedno protilehlé ozubení opatřeno v mezerách mezi zuby nemagnetickým materiálem. Výhddou tohoto provedení je podstatné zmenšení vzduchové mezery na ozubené části rotoru nebo statoru, čímž se podstatně omezí rušivé vlivy, které vznikají při běžném provozu změnou vzduchové mezery, mezi rotorem a statorem.

Při použití vložky s pružnými doteky jako členu převádějícímu magnetický tok magnetic kého obvodu čidla přes nemagnetickou mezeru mezi statorem a rotorem je velkou výhodou nenáročnost na rozměrovou zástavbu při současném automatickém vyrovnávání házení statoru vůči rotoru čidla. Při použití více pružných doteků je velkou výhodou, že ani po opotřebení doteku není toto na závadu funkce u tohoto typu členu. Výhodné je provedení vložky včetně pružných doteků z magneticky tvrdého materiálu jako je například tepelně zušlechtěná ocel. Výhodné je i upevnění vložky ve vybrání rotoru bodováním v místech, kde byly umístěny galvanické elektrody a kde není povrchová ochr_ana. Pro funkci pružných kontaktů je výhodné, když je prostor mezi rotorem a statorem vyplněn mazivem, které zmenšuje tření po nemagnetické vložce, trubce apod. Výhodné je i použití vložky s pružnými doteky s vytvarovanou dotykovou částí tak, že tvoří vlastně zub vůči ozubení na protější součásti statoru nebo rotoru. Výhodou u tohoto řešení je, že se magnetický tok vlastně uzavírá bez vzduchové mezery, což při dostatečně velké vzdálenosti nemagnetického materiálu umístěného v mezerách mezi zuby, vytváří při posunu ozubení kolem doteku tak velké změny v magnetickém toku, že vytvoří spolehlivý pracovní signál. Rovněž je výhodné u tohoto provedení vytvořit pružné doteky s vytvarovanou třecí plochou několikanásobné, tj. například 6ti násobné jak je znázorněno na přiloženém výkresu. Rovněž je výhodné v některých případech opatřit pružný dotek vhodnou třecí vložkou například ze safíru, aby byl zajištěn kvalitní kluzný styk bez jakékoliv potřeby vkládat do mezer mezi jednotlivými zuby nemagnetický materiál. Velikou výhodou použití vložky s pružnými doteky na ozubenou i neozubenou mezeru mezi statorem a rotorem čidla jev podstatném omezení rušivých vlivů, které při běžném provozu vznikají právě změnou velikosti mezery. Výhodně lze také v případě použití vložky

20S 307 s pružnými doteky na ozubené straně rotoru, nebo při použití ozubeného kroužku umístit po stranách ozubení nemagnetické opěrky, které by plnily funkci kluzných ploch.

Rovněž je výhodné vytvořit člen pomocí výztuhy umístěné v těsnění, přičemž je hlavně výhodné vytvořit výztuhu dělenou aby bylo možno využít pružnosti materiálu jako je například pryž nebo alkamid k vyrovnávání házivosti za provozu. Výhodou tohoto provedení je i velmi malá náročnost na zástavbu* S výhodou je možné vytvořit i člen v těsnění pomocí malých feromagnetických částeček, které mohou být vhodně seřazeny pomocí magnetického pole při výrobě těsnění tak, aby magnetický tok procházel přes tuto součást co nejvýhodněji.

Pro snížení magnetického odporu vzduchové mezery mezi statorem a rotorem je rovněž výhodné vytvořit rozšířenou ozubenou část na rotoru i statoru.

Příklady provedení čidel úhlové rychlosti podle tohoto vynálezu jsou znázorněny na přiložených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje příčný řez jednostranně ozubených prstencových čidel úhlové rychlosti s kroužkem a opěrnou pružinou obr. 2 znázorňuje příčný řez čidlem úhlové rychlosti s vložkou obr. 3 a 4 znázorňují různá provedení dotykových ploch vložky obr. 5 znázorňuje příčný řez čidlem úhlové rychlosti s kroužkem obr. 6 znázorňuje příčný řez čidlem úhlové rychlosti s ozubeným kroužkem obr. 7 znázorňuje příčný řez čidlem úhlové rychlosti s vložkou obr. 8 znázorňuje nárysný pohled vložky s dotykovými plochami obr. 9 znázorňuje příčný řez čidlem úhlové rychlosti s těsněním opatřeným výztuhou a s rozšířenými ozubenými plochami.

Prstencové čidlo úhlové rychlosti dle obr. 1 má rotor 12 ve vybrání rotační části nápravy. Vnitřní ozubení je na rotoru 12 umístěno proti ozubení vyrobeném na jedné straně vzduchové mezery statoru £. Ozubení je chráněno proti vnikání nečistot vhodně napuštěným plstěným těsněním 15 umístěným v drážce rotoru 12. Ve vzduchové mezeře mezi statorem 2 a rotorem 12 je umístěn člen 1 z feromagnetického materiálu, který je tvořen jednak kroužkem 2 a jednak pružinou ,10. Kroužek 2 je přitlačován k čelu rotoru 12 pružinou ,10 opřenou o pevnou část nápravy £8. Na pevné části nápravy 18 je upevněn stator 2 ^v jehož obvodové drážce je umístěno vinutí 12· Vinutí 13 je chráněno proti korozi jednak nemagnetickou vložkou a jednak trubkou 17 z feromagnetického materiálu. Toto provedení je určeno pro prostor alespoň částečně chráněný před korozním prostředím. Kroužek 2, pružina 10. trubka 12 a čelo rotoru 12 musí mít dostatečnou povrchovou ochranu nebo musí být vyrobeny z materiálu o dostatečné korozní odolnosti.

Prstencové čidlo úhlové rychlosti dle obr. 2 má rotor 12 upevněn ve vybrání rotační části nápravy. Vnitřní ozubení je na rotoru 12 umístěno proti ozubení na jedné straně statoru 2* Ozubení je chráněno proti vnikání nečistot vhodně napuštěným plstěným těsněním umístěným v drážce rotoru 12. Ve vzduchové mezeře mezi statorem 2 ^a rotorem 12 je

205 307 umístěn člen 1, který v tomto případě tvoří vložka H z feromagnetického materiálu opatřená pružnými dotyky 16. U tohoto provedení je vložka 11 upevněna na povrchu rotoru 12 například zalepením, nebo mechanickým zajištěním například v drážce vysoustružené v povrchu rotoru 12. Povrch trubky 17 a vložky 11 má vhodnou povrchovou ochranu. Rotor 12 a stator 5. je zhotoven z feromagnetického materiálu. Příklady provedení pružných dotyků 16 a jejioh zakončení spolu s částí vložky 11 jsou znázorněny na obr. 3 a 4.

Prstencové čidlo úhlové rychlosti podle obr. 5 má rotor 12 upevněn ve vybrání rotační části nápravy. Vnitřní ozubení je vyrobeno na rotoru 12 a umístěno proti ozubení na jedné straně statoru £. Sien 1. je tvořen kroužkem 2, který zároveň chrání alespoň zčásti ozubení před vnikáním nečistot a je vyroben z feromagnetického materiálu. Kryt je rovněž vyroben z ferogmagnetiokého materiálu. Kroužek 2 musí být vyroben z materiálu, nebo opatřen povrchovou ochranou zajištující dobré kluzné a antikorozní vlastnosti, stejně tak jako povrch trubky 17 i čelo rotoru 12 a vnitřní kluzná plocha krytu 2· pevně části nápravy 18 je upevněn stator 2 v jehož obvodové drážce je umístěno vinutí 13. které je chráněno proti korozi jednak nemagnetickou vložkou 14 a jednak trubkou 17 z feromagnetického materiálu. Toto provedení je určeno pro prostor alespoň částečně chráněný před korozním prostředím·

Prstencové čidlo dle obr. 6 má rotor 12 upevněn ve vybrání rotační části nápravy. Vnitřní ozubení je vytvořeno na kroužku 2 proti ozubení na obou stranách statoru 2 směrem od vzduchové mezery mezi rotorem 12 a statorem 2· Sien 1. je tvořen kroužky 2. Ozubení kroužků 2 má buž oblé hrany, nebo je prostor mezi zuby, alespoň v místě kde dochází ke kluznému styku opatřen nemagnetickým materiálem jako je například mosaz. Na rotoru 12 je vytvořen výstupek čili unašeč 6, který zajišíuje přenos rotačního pohybu x rotoru 12 na kroužek 2. Z tohoto důvodu jev kroužku 2 proti unašeči 6 vytvořeno vybrání 8 nebo otvor 2· je možno unašeč 6 vytvořit pomocí kolíku 2 naraženém do otvoru v rotoru 12.

V každém případě, u jakéhokoliv provedení unašeče 6. je zapotřebí zajistit snadný radiální posun kroužku 2, jelikož každou otáčku kola se budou vymezovat radiální vůle mezi pevnou částí nápravy 18 a rotační částí nápravy a dojde k jeho posunu. Vůle unašeče 6 vůči vybrání 8 nebo otvoru 2 ^ve směru otáčení se automaticky vymezuje třením kroužku 2 o stator 2, nemagnetickou vložku 14 a nemagnetioké opěrky 20* Vinutí 13je umístěno v obvodové drážoe statoru £ a je chráněno nemagnetickou vložkou 14. Axiální poloha jednoho kroužku 2 je dána dnem vybrání v rotační části nápravy a čelem rotoru 12. Axiální poloha druhého kroužku 2 je dána čelem rotoru 12 a krytem 2* Celé provedení je dobře ukryté gumovým těsnicím kroužkem.

Prstencové čidlo dle obr. 7 má stator 2 oboustranně ozubený a ve vybrání rotační části nápravy jsou umístěny dva Členy 1., které tvoří vložky VI., jejiohž poloha je dána rotorem 12. Vinutí 13 je umístěno v obvodové drážce statoru 2 a je chráněno nemagnetickou vložkou 14. Po stranách statoru 2 jsou ^v některých případeoh umístěny nemagnetioké opěrky 20. Pružné dotyky 16 vložky 11 mají vytvarovány stykové plochy na přesně stejné rozteči. I při malém počtu dotykových ploch pružných dotyků 16 se dosahují velké změny v magnetickém toku čidla úhlové rychlosti vlivem přímého dotyku s magnetickým materiálem

203 307 hlav zubů. Vložky 11 jsou upevněny ve vybrání rotační části nápravy například mechanicky jako zapadnutí pružného zubu vytvořeného ha částí vložky 11 do otvoru, nebo jsou upevněny zalepen-fni, Celé provedení čidla je ukryto například pryžovým těsnicím kroužkem 21 s těsnicím břitem zajištujícím po vyplnění volných prostorů mazacím tukem mazání a dobrou korozní odolnost. Ha obr, 8 je znázorněno provedení vložky 11 s pružnými dotyky 16.

Prstencové čidlo dle obr. 9 má rotor 12 upevněn ve vybrání rotační části nápravy. Vnitřní ozubení je na rotoru 12 umístěno proti ozubení na jedné straně vzduchové mezery statoru 2· Ozubená část na statoru 2 i rotoru 12 je rozšířena což má význam na snížení magnetického odporu magnetického obvodu čidla. Ozubení rotoru 12 i statoru 2 je chráněno proti vnikání nečistot nemagnetiokou vložkou 14. Speciálně upravené těsnění 15 z pryže je opatřeno výztuhou 19 z feromagnetického materiálu, která tvoří člen 1, Ha pevné části nápravy 18 je umístěn stator 2 ^v jehož obvodové drážce je umístěno vinutí 13. Pryžový detail těsnění 15 je pojištěn proti vypadnutí záliskem 22.

Punkce čidla úhlové rychlosti je následující:

Připojením vinutí 13 na zdroj elektrického proudu se nabudí magnetický obvod čidla úhlové rychlosti, který je například tvořen dle obr. 1 prstencem statoru 2i trubkou IX, členem 1, rotorem 12 a vzduchovou mezerou mezi statorem a rotorem 12, dále parazitním magnetickým okruhem přes pevnou část nápravy 18 a pružinu Χ0. Mimo vzduchové mezery je použito na součásti magnetického obvodu feromagnetického materiálu. Pohybem zubů rotoru 12 kolem ozubení statoru 2 nastává změna velikosti vzduchové mezery mezi zuby. Pokud jsou zuby statoru 2 vrcholovými plochami proti vrcholovým plochám ozubeni rotoru 12 tak je vzduchová mezera nejmenší a magnetický odpor této vzduchové mezery a tím i celého magnetického obvodu také nejmenší. Pokud je ozubení statoru 2 svými vrcholy proti mezeře mezi zuby rotoru 12 tak je celková vzduchová mezera největší a magnetický odpor této mezery a tím i oelého magnetického obvodu také největší. Podle počtu zubů na statoru 2 i rotoru 12 se násobí tyto změny, stejně tak jako velikost zubů a jejich tvar mají vliv na celkovou velikost součtu všeoh vzduchových mezer. Každá změna magnetického odporu v magnetickém obvodu čidla indukuje pracovní signál střídavého elektrického proudu ve vinutí 13 umístěné v obvodové drážce statoru 2· Frekvence střídavého pracovního signálu je dána počtem zubů na statoru 2 ^a rotoru 12. Pracovní signál slouží k vyhodnocování úhlové rychlosti ▼ návazné elektronické části. Vzduchová mezera neozubené části statorů 2 ^a rotoru 12 se projevuje jako magnetický odpor stálé hodnoty. Hro funkci čidla je tedy výhodou, snížlme-11 magnetický odpor ozubené mezery z nemagnetiokého materiálu jako vzduoh nebo mazivo vložkou 11 s pružnými dotyky 16 nebo ozubeným kroužkem £, nebo jinými podobnými členy χ. Odpor neozubené mezery z nemagnetiokého materiálu jako vzduch nebo mazivo můžeme snížit členem X jako například vložka 11 s pružnými dotyky 16. kroužek 2 ⁰ pružinou 10. kroužek g a krytem 2* dělená výztuha 19 nebo použití feromagnetických částeček v těsnění 15. Magnetický odpor neozubené mezery lze snížit i zvětšením rozptylové plochy například pevnou výztuhou X2, krytem 2 těsnění 15 anebo u ozubené mezery provést rozěířenou ozube- . nou část na rotoru 12 i statoru 2·

Claims (7)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Čidlo úhlové rychlosti otáčejících se předmětů, jako například kol vozidel při použití pro protiskluzový regulátor brzdové Soustavy tvořeným rotorem umístěným ve vybrání rotační části nápravy, dále statorovým prstencem umístěným na pevné části nápravy a opatřené ozubením alespoň na jedné straně vzduohové mezery mezi statorem a rotorem, přičemž je rotor i stator čidla úhlové rychlosti zhotoven z feromagnetického materiálu zatímco je v obvodové drážce statoru umístěno pracovní vinutí, přičemž je mezi rotační a pevnou částí nápravy a čidla v magnetickém obvodu čidla dle potřebných výrobních a provozních podmínek vytvořena nemagnetická mezera vyplněná například vzduchem nebo mazivem, vyznačené tím, že v mezeře mezi rotační a pevnou částí nápravy (18) nebo čidla úhlové rychlosti vytvořené v magnetickém obvodu čidla úhlové rychlosti je umístěný člen (1) z feromagnetického materiálu, který je upraven jako nízkoodporový převaděč magnetického toku magnetického obvodu čidla úhlové rychlosti.
2. 2. čidlo úhlové rychlosti podle bodu 1, vyznačené tím, že člen (1) je tvořen kroužkem (2) který je volně suvně a otočně umístěn na rotační i pevné části nápravy (18) nebo čidla přičemž je poloha kroužku (2) upravena krytem (3).
3. 3. čidlo úhlové rychlosti podle bodu 1 vyznačené tím, že člen (1) je tvořen kroužkem (2) opatřeným vnitřním ozubením, přičemž kroužek (2) nebo i rotor (12) jsou opatřeny unášečem (6), zatímco je kroužek (2) umístěn volně suvně radiálně vůči rotoru (12).
4. 4. čidlo úhlové rychlosti podle bodu 1 vyznačené tím, že člen (1) je tvořen kroužkem (2) volně suvne a otočně umístěném na rotační i pevné části nápravy (18) nebo čidla, přičemž poloha kroužku (2) je vymezena vůči rotační části nápravy pružinou (10).
5. 5. Čidlo úhlové rychlosti podle bodu 1 vyznačené tím, že člen (1) je tvořen vložkou (11) upevněnou za vnitřní část rotoru (12), přičemž má vložka (11) vytvořeny pružné dotyky (16) rotačně volně kluzně a suvně umístěné na trubce (17).
6. 6. čidlo úhlové rychlosti podle bodu 1 vyznačené tím, že člen (1) je tvořen výztuhou (19) z feromagnetického materiálu umístěnou v těsnění (15).
7. 7. čidlo úhlové rychlosti podle bodů 1 až 6 vyznačené tím, že mezi vinutím (13) a mezerou mezi statorem (5) a rotorem (12) je umístěna nemagnetická vložka (14) například z alkamidu, mosazi nebo hliníkové slitiny.