CS260905B1

CS260905B1 - Rotary motion or rotation sensor

Info

Publication number: CS260905B1
Application number: CS85219A
Authority: CS
Inventors: Emil Pazral; Jiri Janda
Original assignee: Emil Pazral; Jiri Janda
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS21985A1

Abstract

Řešení se týká snímání rotačních pohybů nebo úhlu natočení pomocí zdroje, magnetického pole, magnetického spínače a rotující clony. Podstata řešení spočívá v tom, že osa rotace clony je uložena v podstatě ve středu magnetického pole zdroje, takže kladný a záporný pól jsou umístěny na protilehlých stranách od osy otáčení. To umožňuje podstatně zmenšit rozměry snímače.The solution concerns the sensing of rotational movements or the angle of rotation using a source, a magnetic field, a magnetic switch and a rotating diaphragm. The essence of the solution lies in the fact that the axis of rotation of the diaphragm is placed essentially in the center of the magnetic field of the source, so that the positive and negative poles are located on opposite sides of the axis of rotation. This allows the dimensions of the sensor to be significantly reduced.

Description

Vynález řeší snímač rotačních pohybů nebo úhlu natočeni. Stávající řešení, např. rotační spínače, pracují na principu unášení výkyvné kotvy magnetickým rotorem, spojeným s otáčející se součástí. Výkyvná kotva je opatřena raménkem, působícím na jedno nebo druhé kontaktní pero s pohyblivým kontaktem podle toho, na kterou stranu se sledovaný hřídel otáčí. Kontakty jsou přepínací. Vzdálenost pevných kontaktů i tvrdost kontaktních per lze seřizovat, čímž se nastavuji pracovní otáčky. Výhodou těchto přístrojů je možnost přímého zapojení do ovládacích obvodů.The invention solves a sensor of rotary movements or angle of rotation. Existing solutions, such as rotary switches, operate on the principle of swiveling the anchor with a magnetic rotor coupled to a rotating part. The pivoting anchor is provided with a shoulder acting on one or the other of the movable contact spring, depending on which side the shaft to be monitored rotates. The contacts are changeover. The spacing of the fixed contacts and the hardness of the contact springs can be adjusted to adjust the operating speed. The advantage of these devices is the possibility of direct connection to the control circuits.

Tachogenerátory se rovněž spojují mechanicky s otočnou částí a produkují střídavé napětí a frekvenci úměrnou otáčkám. Napětí se zpravidla po usměrnění přivádí na měřicí přístroj ukazatel otáček nebo na napěřové měřicí relé pro signalizační a regulační účely. Požadovaný pracovní rozsah lze měnit a upravovat mimo tachogenerátor v navazujících obvodech, a to eventuálně i za chodu stroje - regulace otáček. Obdobné vlastnosti má tachodynamo, které navíc podle polarity napětí rozlišuje i směr otáčení.Tachogenerators also connect mechanically to the turntable and produce AC voltage and frequency proportional to the speed. After rectification, the voltage is usually applied to the measuring instrument by a speed indicator or to a voltage measuring relay for signaling and control purposes. The required working range can be changed and adjusted outside the tachogenerator in the downstream circuits, possibly even while the machine is running - speed control. The tachodynamo has similar properties, which also distinguishes the direction of rotation according to the polarity of the voltage.

Společným nedostatkem všech těchto zařízení je nevhodnost ke snímání velmi nízkých otáček, řádově lcJ . min^-l a nižších, složitá konstrukce, nákladnost, nízká odolnost proti nepříznivým vlivům prostředí. U některých stávajících řešení je možný převod do rychlá anebo použiti zvlášt citlivých elektrických obvodů.A common drawback of all these devices is the unsuitability to sense very low revolutions, of the order of lcJ. min ^- l lower, complicated construction, costly, low resistance to adverse environmental effects. In some existing solutions, conversion to fast or particularly sensitive electrical circuits is possible.

Dále jsou známy bezdotykové snímače, u nichž se otáčky převádějí na počet průchodů clony štěrbinou snímače. Clona může být provedena jako otočný kotouč s výřezy, čímž lze zvýšit počet impulsů na jednu otáčku. Druhá možnost je válcová plocha s výřezy, která umožňuje o něco zmenšit průměr. U těchto provedení zpravidla již i malá odchylka v rozměrech má za následek vzájemný střet a poškození nebo zničení součástí stejně jako namotávání vláken ze zpracovávaného materiálu, k němuž dochází ponenáhlu a má při hromadění velké silové účinky, stávající řešení se dále vyznačují tím, že clona je značně vzdálena od osy rotace, čímž snímač jako celek nabývá na rozměrech.Furthermore, proximity sensors are known in which the speed is converted into the number of aperture passes through the sensor slot. The diaphragm can be designed as a rotary disc with cut-outs, thus increasing the number of pulses per revolution. The second option is a cylindrical surface with cut-outs, which makes it possible to reduce the diameter slightly. In these embodiments, even a slight deviation in dimensions results in a collision with each other and damage or destruction of the components, as well as winding fibers from the material being processed, which has a low buildup and has a large force effect upon accumulation. far away from the axis of rotation, so that the sensor as a whole becomes larger.

Stávající nedostatky jsou v podstatné míře odstraněny zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že rotační clona navazuje na osu rotace, uložené v podstatě ve středu magnetického pole zdroje, přičemž kladný pól a záporný pól magnetického zdroje jsou umístěny na protilehlých stranách od osy otáčení rotační clony.Existing drawbacks are substantially eliminated by the device according to the invention, characterized in that the rotary orifice is connected to the axis of rotation located substantially in the center of the source magnetic field, the positive and negative poles of the magnetic source being located on opposite sides of the axis of rotation. rotary orifice plates.

Zařízení podle vynálezu je velmi jednoduché konstrukce, má malé rozměry, nepatrnou hmotnost, neklade vysoké nároky na přesnost montáže, nevyžaduje uložení v přesných ložiskách, např. kuličkových a pokud nepracuje samostatně, nevyžaduje ložiska vůbec, např. při vhodné montáži clony na konci hřídele,, a v takovém případě je jeho mechanická životnost neomezená. K nosné části zařízeni lze použít nekorodujících plastických hmot, což umožňuje hromadnou a levnou výrobu.The device according to the invention is very simple in construction, has small dimensions, low weight, does not require high mounting accuracy, does not require bearings in precision bearings, eg ball bearings, and does not require bearings at all, eg when suitable aperture at shaft end, , in which case its mechanical life is unlimited. Non-corrosive plastics can be used for the support part of the device, which allows mass and cheap production.

Příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje podélný a obr. 2 příčný řez zařízením. Obr. 3 příklady různých tvarů clony a různého uspořádání vzájemných poloh magnetu a magnetického spínače. Na obr. 4 je podélný řez a na obr. 5 kolmý podélný řez zařízením, využívajícím jako zdroje magnetického pole elektromagnetu s budicí cívkou, umístěnou kolmo na osu otáčení clony. Na obr. 6 je zařízeni s cívkou, umístěnou v ose otáčení clony; obr. 7 znázorňuje dvě extrémní polohy stínící clony vůči jednomu či 'více magnetickým spínačům.Examples of embodiments of the device according to the invention are shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a longitudinal and Fig. 2 cross-section of the device. Giant. 3 examples of different aperture shapes and different arrangement of magnet and magnetic switch relative positions. Fig. 4 is a longitudinal sectional view; and Fig. 5 is a longitudinal sectional view of a device utilizing an electromagnet with an excitation coil as a magnetic field source positioned perpendicular to the axis of rotation of the aperture. Fig. 6 shows a device with a coil disposed in the axis of rotation of the orifice plate; Fig. 7 shows two extreme positions of the shielding diaphragm relative to one or more magnetic switches.

Na hřídelce JI /obr. 1 a 2/, která prochází ložiskovými štíty 3, je umístěna ferromagnetická clona 2, na jejichž protilehlých stranách se nachází zdroj magnetického pole, s výhodou tyčinkový permanentní magnet 5. s kladným pólem 8.1 a záporným pólem 8 2 a magnetický spínač 6. Ložiskové štíty J3 jsou usazeny do pouzdra Permanentní magnet 5 a magnetický spínač 6 mohou být umístěny v ložiskovém štítu 2 nebo např. i na ložiskovém štítu 3. Permanentní magnet J5 a magnetický spínač jsou vůči ose hřídele JI umístěny bud na téže straně neob na protilehlých stranách.On the shaft JI / fig. 1 and 2), which passes through the bearing shields 3, a ferromagnetic diaphragm 2 is disposed on the opposite sides of which there is a source of magnetic field, preferably a rod permanent magnet 5 with positive pole 8.1 and negative pole 8 2 and a magnetic switch 6. The permanent magnet 5 and the magnetic switch 6 may be located in the bearing shield 2 or, for example, on the bearing shield 3. The permanent magnet 5 and the magnetic switch are disposed either on the same side or on opposite sides with respect to the shaft axis.

Na obr. 3 jsou znázorněny příklady provedení clon 2. Obr. 3 představuje jednoduchou clonu 2 ^ve tvaru pásku, obr. 3b clonu 2 ve tvaru kříže obr. 3c - clonu 2 ^ve tvaru nesymetrického pásku vůči ose otáčení tvaru písmene T; obr. 3d - clonu 2 ve tvaru písmene H; obr. 3e clonu 2 ve tvaru širokého pásku; obr. 3f - clonu 2 ve tvaru širokého kříže; obr. 3g - clonu 2 ve tvaru trojúhelníku. Jsou možná i další tvarová řešení clony 2.FIG. 3 shows examples of an embodiment of the orifice plate 2. FIG. 3 represents a single aperture 2 ^{in the} form of a strip, Fig. 3b aperture 2 in a cross shape in FIG. 3c - aperture 2 ^{in the} shape of an asymmetrical strip to the axis of rotation of the T-shaped; Fig. 3d - H-shaped aperture 2; FIG. 3e shows a wide-band aperture 2; FIG. 3f shows a wide cross aperture 2; Fig. 3g - the diaphragm 2 in the shape of a triangle. Other shapes of aperture 2 are also possible.

Na obr. 3h je znázorněn případ, kdy profil clony 2 není kolmý na osu otáčení, ale svírá s ní libovolný úhel. Stejně tak profil clony 2 může být libovolného tvaru, např. kruhového, čtvercového apod.Fig. 3h shows the case where the profile of the orifice plate 2 is not perpendicular to the axis of rotation but forms an angle with it. Likewise, the profile of the orifice plate 2 may be of any shape, e.g., circular, square or the like.

U provedení dle obr. 4 a 5 je bu3 v témže pouzdře i nebo na samotném tělese, např. v krytu konce hřídele umístěn elektromagnet Ί_ s kladným pólem 8.1 a záporným pólem 8.2, kteréžto póly mohou být s výhodou uspořádány do tvarovaných pólových nástavců. Na protilehlé straně clony 2 je velde hřídelky 2 umístěn jeden nebo několik magnetických spínačů 6, v jejichž blízkosti může být umístěna dvojice nepohyblivých pomocných pólových nástavců 9.1 a 9.2 pro lepší usměrnění magnetického toku z pólových nástavců na magnetický spínač 6_. Clona 2 v plně zakreslené poloze na obr. 7 má vůči magnetickým spínačům 6 stínící účinek, v čárkované poloze nemá stínící účinek. Jiný tvar d polohu elektormagnetu s budicí cívkou 7_ nebo s válečkovým permanentním magnetem a jiné uspořádání kladného pólu 8.1 a záporného pólu 8,2 s pólovými nástvci - znázorňuje obr. 6. Další neznázorněné provedení může být uspořádáno tak, že hřídelka 2 s připevněnou clonou 2 prochází dutinou v elektromagnetu s budicí cívkou 7_ nebo mezerou mezi dvěma tyčinkovými permanentními magnety apod. To umožňuje umístit magnetický spínač 6 blíže anebo přímo do osy otáčení clony 2.In the embodiment according to FIGS. 4 and 5, either a positive pole 8.1 and a negative pole 8.2 are placed in the same housing 1 or on the body itself, for example in the shaft end cover 8, which poles can advantageously be arranged in shaped pole pieces. On the opposite side of the diaphragm 2, one or more magnetic switches 6 are located near the aperture 2, in the vicinity of which a pair of stationary auxiliary pole pieces 9.1 and 9.2 may be located to better direct the magnetic flux from the pole pieces to the magnetic switch 6. The diaphragm 2 in the fully plotted position in FIG. 7 has a shielding effect against the magnetic switches 6, and in the dashed position it does not have a shielding effect. Another shape d of the position of the electromagnet with the excitation coil 7 or with the roller permanent magnet and another arrangement of the positive pole 8.1 and the negative pole 8.2 with pole inserts - is shown in Fig. 6. Another embodiment not shown can be arranged it passes through a cavity in an electromagnet with an excitation coil 7 or a gap between two rod permanent magnets and the like. This makes it possible to position the magnetic switch 6 closer or directly to the axis of rotation of the orifice 2.

U řešení podle vynálezu rotuje clona 2 kolem své vlastní osy jen málo od této osy vzdálená /vychýlená/. Magnetická pole mezi kladným pólem 8.1 a záporným pólem 8.2 a magnetický spínač 6 mají zpravidla navzájem rovnoběžnou polohu pro optimální využití magnetického pole ke spínání magnetického spínače. Vůči ose otáčení clony 2 může být spínač i magnetické pole na stejné straně' nebo na stranách navzájem opačných - úhlopříčně. Rotační clona 2 j® umístěna mezi nimi. Oba typy půdorysného uspořádání je možno kombinovat s různými typy clon 2 jak je znázorně no na obr. 3.In the solution according to the invention, the orifice 2 rotates about its own axis only a little distant from this axis. The magnetic fields between the positive pole 8.1 and the negative pole 8.2 and the magnetic switch 6 are generally parallel to each other for optimal use of the magnetic field to switch the magnetic switch. Both the switch and the magnetic field can be diagonally opposite the axis of rotation of the orifice 2. The rotary orifice 2 is positioned between them. Both types of ground plan arrangement can be combined with different types of curtains 2 as shown in Fig. 3.

Zařízení v základním provedení funguje takto /obr. 1/: dostane-li se rotující clona 2 do polohy přibližně rovnoběžné s tyčinkovým permanentním magnetem 5 a spínačem\6 plně vytažená poloha, uzavře se magentické pole přes clonu 2 a magnetický spínač 2 ^se rozpojí. V raezipoloze nemá clona 2 stínící účinek a magnetický spínač 2 spíná. Je patrno, že k jeho sepnutí a rozepnutí dojde dvakrát na jednu otáčku, což je příznivě při snímání pomalých otáček, při použití clony 2 ve tvaru kříže dochází ke čtyřem sepnutím za jednu otáčku apod.The device in the basic embodiment functions as follows. 1): if the rotating orifice plate 2 is in a position approximately parallel to the rod permanent magnet 5 and the switch 16 fully extended, the magnetic field is closed over the orifice plate 2 and the magnetic switch 2 ^is opened. In raesiposition, the diaphragm 2 has no shielding effect and the magnetic switch 2 switches. It can be seen that it is switched on and off twice per revolution, which is beneficial when sensing slow revolutions, when using aperture 2 in the shape of a cross occurs four switches per revolution, etc.

Dále při přidání druhé dvojice permanentního magnetu 5 - magnetický spínač 2 lze vytvořit obdobu dvou zapínacích nebo rozpojovacích kontaktů nebo střídavého přepínání. Tento snímač je vhodný pro pomalé i velmi vysoké otáčky, protože clonu lze vyrobit z pevného ocelového materiálu a dobře vyvážit, takže je odolná i proti největším odstředivým silám. Uspořádání magnetu i magnetického spínače je přitom nepohyblivé.Further, when a second pair of permanent magnets 5 - magnetic switch 2 is added, an analogue of two make or break contacts or alternating switching can be created. This sensor is suitable for both slow and very high speeds, because the orifice plate can be made of solid steel material and well balanced, so it is resistant to the highest centrifugal forces. The arrangement of the magnet and the magnetic switch is immovable.

Magnetické pole lze s výhodou realizovat tyčinkovým permanentním magnetem, magnetický spínač jazýčkovým kontaktem. Silnějšího magnetického pole lze docílit svazkem několika tyčinkových magnetů, lepšího využití magnetického toku lze dosáhnout vhodně tvarovanými pólovými nástavci.The magnetic field can advantageously be realized by a rod permanent magnet, a magnetic switch by a reed contact. A stronger magnetic field can be achieved by a bundle of several rod magnets, better use of magnetic flux can be achieved by suitably shaped pole pieces.

Pomocí pólových nástavců je možno vytvořit i provedení s válečkovým či prstencovým magnetem, přičemž pólové nástavce jsou tvarovány tak, aby přiváděly magnetické pole do potřebné blízkosti magnetického spínače. U zařízení s větší vzdáleností mezi magnetem a magnetickým spínačem lez s výhodou použít elektromagnetu s budicí cívkou.By means of the pole pieces it is also possible to create a design with a roller or an annular magnet, the pole pieces being shaped so as to bring the magnetic field to the necessary proximity of the magnetic switch. For devices with a greater distance between the magnet and the magnetic switch, it is advantageous to use an electromagnet with an excitation coil.

Zařízeni je možno použít pro indukaci či měření otáček od nejpomalejších až po nevyšší a je zvláště vhodné pro nasazení v náročném pracovním prostředí, např. venkovním, prašném, vlhkém či agresivním, jaké se vyskytuje v zemědělství, stavebnictví, chemickém průmyslu apod.The device can be used to induce or measure speed from slowest to highest and is particularly suitable for use in harsh working environments such as outdoor, dusty, humid or aggressive, such as found in agriculture, construction, chemical industry, etc.

Claims

subject of invention

A rotary motion or angle-of-rotation sensor comprising a magnetic field source, a concurrently arranged magnetic switch and a shaped rotary orifice, characterized in that the rotary orifice (2) is mounted perpendicular to the shaft (1) whose axis of rotation is mounted in the center wherein the positive pole (8.1) and the negative (8.2) of the magnetic source are located on opposite sides of the axis of rotation of the rotary orifice (2).

2 drawings