RU2136003C1

RU2136003C1 - Transducer of rotational speed

Info

Publication number: RU2136003C1
Application number: RU97110578A
Authority: RU
Inventors: И.М. Коростышевский; А.С. Рябиков; В.В. Хапалов; В.Г. Доливец; В.Н. Компилецкий
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "Авангард"
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: transducer is meant to convert rotational speed of driving shaft to frequency of electric pulses, specifically, in system measuring speed of automobile. Transducer incorporates multipolar magnet put on drive shaft and comparator of magnetic induction. Magnet is made in the form of ring from magnetically hard material and has radially magnetized heteropolar zones. Sensitive element is placed above circular surface of magnet. Transducer is provided with concentrator of magnetic induction in the form of bent plate produced from magnetically soft material. One part of plate is located above sensitive element and its other part is provided with window or groove embracing drive shaft. Shaft is magnetic circuit. Comparator of magnetic induction has unipolar switching thresholds and magnet has heteropolar zones with different magnetization. EFFECT: simplified design of transducer, reduced dimensions and cost of it. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, в частности, в системе измерения скорости автомобиля. The invention relates to the field of measurement technology and can be used to convert the speed of the drive shaft to the frequency of electrical pulses, in particular, in a system for measuring vehicle speed.

Известен цифровой датчик скорости, содержащий снабженный магнитами вращающийся диск, сопряженный с неподвижной кассетой, которая содержит импульсные проволочные чувствительные элементы. Кассета жестко электрически и механически соединена с жесткой печатной платой. Этот узел жестко закреплен на передней поверхности верхней части корпуса с возможностью юстировки величины воздушного зазора между диском и кассетой. Кассета с чувствительными элементами и диск с магнитами размещены в корпусе, состоящем из двух частей - верхней и нижней [см. пат. США N 4 890 059, МПК G 01 P 3/42, НКИ 324-174, публ. 26.12.89 г. , аналог пат. ЕПВ N 0 314 957, МПК G 01 P 1/02, G 01 P 3/487, публ. 10.05.89 г.]
Недостатком этого датчика является сложность конструкции из-за наличия множества элементов и вследствие этого пониженные надежность и технологичность.A digital speed sensor is known, comprising a rotatable disk equipped with magnets coupled to a fixed cassette that contains pulsed wire sensors. The cassette is rigidly electrically and mechanically connected to a rigid printed circuit board. This unit is rigidly fixed on the front surface of the upper part of the housing with the ability to adjust the amount of air gap between the disk and the cartridge. A cassette with sensitive elements and a disk with magnets are placed in a housing consisting of two parts - the upper and lower [see US Pat. USA N 4 890 059, IPC G 01 P 3/42, NKI 324-174, publ. 12/26/89, an analogue of US Pat. EPO N 0 314 957, IPC G 01 P 1/02, G 01 P 3/487, publ. 05/10/89]
The disadvantage of this sensor is the design complexity due to the presence of many elements and, as a result, reduced reliability and manufacturability.

Известно также устройство кодирования углового положения вала, которое содержит приводной вал с закрепленными на нем постоянными магнитами, образующими кольцевой многополюсный магнит. На некотором расстоянии от магнитов установлен обращенный к ним компаратор магнитной индукции, содержащий чувствительный элемент в виде датчика Холла или магнитострикционного датчика, воспринимающий чередование полюсов при вращении приводного вала [см. пат. Великобритании N 1 600 726, МПК G 01 P 3/487, публ. 21.10.81 г.]
Недостатком такого датчика являются: сложность конструкции, связанная с наличием отдельных магнатов и необходимостью их крепления, что снижает технологичность и повышает трудоемкость датчика; неэффективное использование магнита в связи с рассеиванием магнитного потока; повышенные габариты датчика из-за неоптимальной конструкции ротора датчика с отдельными магнитами.A device for encoding the angular position of the shaft is also known, which comprises a drive shaft with permanent magnets fixed to it, forming an annular multipolar magnet. A magnetic induction comparator facing them is installed at a certain distance from the magnets. It contains a sensing element in the form of a Hall sensor or magnetostrictive sensor, which senses alternating poles during rotation of the drive shaft [see US Pat. Great Britain N 1 600 726, IPC G 01 P 3/487, publ. 10.21.81 g.]
The disadvantage of this sensor are: design complexity associated with the presence of individual magnates and the need for their fastening, which reduces manufacturability and increases the complexity of the sensor; inefficient use of the magnet due to the dispersion of the magnetic flux; increased dimensions of the sensor due to the non-optimal design of the sensor rotor with individual magnets.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции датчика, уменьшения его габаритов и стоимости. The invention solves the problem of simplifying the design of the sensor, reducing its size and cost.

Заявляемый датчик содержит многополюсный магнит, расположенный на приводном валу датчика, и компаратор магнитной индукции, содержащий чувствительный элемент, расположенный над окружной поверхностью магнита. The inventive sensor contains a multi-pole magnet located on the drive shaft of the sensor, and a magnetic induction comparator containing a sensing element located above the circumferential surface of the magnet.

Датчик отличается тем, что магнит выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала и имеет радиально-намагниченные разнополярные зоны; датчик снабжен концентратором магнитной индукции, который выполнен в виде изогнутой пластины из магнитомягкого материала, первый конец пластины расположен над чувствительным элементом, а второй конец снабжен окном или пазом, через который пропущен приводной вал датчика, при этом вал выполнен в виде магнитопровода; при использовании компаратора магнитной индукции с однополярными порогами переключения магнит выполнен с различными намагниченностями разнополярных зон, что обеспечивает смещение рабочей магнитной индукции в зоне расположения чувствительного элемента. The sensor is characterized in that the magnet is made in the form of a ring of hard magnetic material and has radially magnetized bipolar zones; the sensor is equipped with a magnetic induction hub, which is made in the form of a curved plate of soft magnetic material, the first end of the plate is located above the sensing element, and the second end is provided with a window or groove through which the drive shaft of the sensor is passed, while the shaft is made in the form of a magnetic circuit; when using a magnetic induction comparator with unipolar switching thresholds, the magnet is made with different magnetizations of different polar zones, which provides a shift of the working magnetic induction in the area of the sensing element.

На фиг.1 представлена конструктивная схема датчика, на фиг.2 - вид по А фиг.1, на фиг.3 - схема намагничивания кольцевого магнита, на фиг.4 - топография магнитного поля магнита и циклограмма выходного сигнала компаратора. Figure 1 presents a structural diagram of the sensor, figure 2 is a view according to A of figure 1, figure 3 is a diagram of the magnetization of a ring magnet, figure 4 is a topography of the magnetic field of the magnet and the cyclogram of the output signal of the comparator.

Датчик содержит кольцевой многополюсный магнит 1, компаратор магнитной индукции с чувствительным элементом 2, концентратор магнитной индукции 3, приводной вал датчика 4. The sensor contains an annular multipolar magnet 1, a magnetic induction comparator with a sensing element 2, a magnetic induction concentrator 3, a drive shaft of the sensor 4.

Магнит 1 выполнен в виде целого кольца из магнитотвердого материала и имеет разнополярные радиально-намагниченные зоны (эквивалентно использованию отдельных магнитов), которые имеют различные намагниченности, как показано на фиг. 3, где а - широкие зоны намагничивания; б - узкие зоны намагничивания. Magnet 1 is made in the form of a whole ring of hard magnetic material and has bipolar radially magnetized zones (equivalent to using separate magnets) that have different magnetizations, as shown in FIG. 3, where a are wide magnetization zones; b - narrow magnetization zones.

Топография магнитного поля многополюсного магнита 1 и циклограмма выходного сигнала компаратора 2 показаны на фиг.4, где B - рабочая индукция в зоне расположения чувствительного элемента; B_ср и B_отп - пороги срабатывания и отпускания компаратора магнитной индукции; B_см - смещение индукции.The topography of the magnetic field of the multipolar magnet 1 and the cyclogram of the output signal of the comparator 2 are shown in figure 4, where B is the working induction in the area of the sensing element; B _Wed and B _Otp - thresholds of operation and release of the magnetic induction comparator; B _cm is the displacement of induction.

Чувствительный элемент компаратора 2 расположен над окружной поверхностью магнита. The sensitive element of the comparator 2 is located above the circumferential surface of the magnet.

Датчик снабжен концентратором магнитной индукции 3 из магнитомягкого материала, который выполнен в виде изогнутой пластины, первый конец пластины расположен над чувствительным элементом, а второй конец имеет окно (или паз) 5, в которое входит вал датчика 4, выполненный как магнитопровод из магнитомягкого материала целиком или частично, например, в виде втулки. The sensor is equipped with a magnetic induction hub 3 of soft magnetic material, which is made in the form of a curved plate, the first end of the plate is located above the sensing element, and the second end has a window (or groove) 5, which includes the shaft of the sensor 4, made as a magnetic circuit made of soft magnetic material entirely or partially, for example, in the form of a sleeve.

Магнит 1 имеет различные намагниченности разнополярных зон при использовании компаратора магнитной индукции 2 с однополярными порогами переключения. При этом большую намагниченность имеет зона, полярность которой соответствует полярности порогов переключения компаратора, как показано в качестве примера на фиг.3 и 4. Magnet 1 has different magnetizations of bipolar zones when using a magnetic induction comparator 2 with unipolar switching thresholds. In this case, a zone with a polarity corresponding to the polarity of the switching thresholds of the comparator has a large magnetization, as shown by way of example in Figs.

Чувствительный элемент компаратора 2 может быть размещен последовательно в цепи концентратора 3 в любом месте, при этом принципиальная схема датчика сохраняется. The sensitive element of the comparator 2 can be placed sequentially in the circuit of the hub 3 at any place, while the circuit diagram of the sensor is saved.

Датчик работает следующим образом. При вращении приводного вала 4 возникает пульсирующий знакопеременный магнитный поток в цепи: магнит 1 - чувствительный элемент компаратора 2 - концентратор 3 - вал 4 - магнит 1. При превышении рабочей индукции B порога срабатывания B_ср компаратора 2 на выходе компаратора генерируется импульсный сигнал высокого уровня (соответствующий логической 1), при снижении индукции B ниже порога отпускания на выходе компаратора сигнал имеет низкий уровень (соответствующий логическому 0). Частота выходных импульсов компаратора пропорциональна частоте вращения приводного вала датчика.The sensor operates as follows. When the drive shaft 4 rotates, a pulsating alternating magnetic flux occurs in the circuit: magnet 1 - sensitive element of the comparator 2 - hub 3 - shaft 4 - magnet 1. If the working induction B exceeds the threshold B _{cf of the} comparator 2, a high level pulse signal is generated at the output of the comparator ( corresponding to logical 1), when the induction B decreases below the release threshold at the output of the comparator, the signal has a low level (corresponding to logical 0). The frequency of the output pulses of the comparator is proportional to the frequency of rotation of the drive shaft of the sensor.

Такое техническое решение датчика позволяет обеспечить следующие преимущества: использование кольцевого многополюсного магнита 1 упрощает конструкцию датчика; концентратор магнитной индукции 3 уменьшает потоки рассеивания, что повышает эффективность магнита 1 и позволяет оптимизировать конструкцию датчика; выполнение магнита 1 с различными намагниченностями разнополярных зон создает постоянную составляющую (смещение) магнитной индукции, что дает возможность использования в датчике более грубого и дешевого компаратора магнитной индукции 2 с однополярными порогами переключения. This technical solution of the sensor allows you to provide the following advantages: the use of an annular multi-pole magnet 1 simplifies the design of the sensor; magnetic induction concentrator 3 reduces the dispersion fluxes, which increases the efficiency of magnet 1 and allows to optimize the design of the sensor; the implementation of magnet 1 with different magnetizations of bipolar zones creates a constant component (bias) of magnetic induction, which makes it possible to use a coarser and cheaper magnetic induction comparator 2 with unipolar switching thresholds.

Claims

1. The speed sensor containing a multipolar magnet located on the drive shaft of the sensor, and a magnetic induction comparator containing a sensing element located above the circumferential surface of the magnet, characterized in that the magnet is made in the form of a ring of magnetically hard material and has radially magnetized bipolar zones the sensor is equipped with a magnetic induction concentrator, which is made in the form of a curved plate of soft magnetic material, the first end of the plate is located above the sensing element the second end includes a window (or slot) covering the probe shaft, wherein the shaft is formed as a magnetic sensor.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the magnetic induction comparator is made with unipolar switching thresholds, and the magnet is made with different magnetizations of different polar zones, providing a shift of the working magnetic induction in the area of the sensing element.