RU217597U1

RU217597U1 - ANGLE SENSOR

Info

Publication number: RU217597U1
Application number: RU2023104454U
Authority: RU
Inventors: Игорь Петрович Зайцев
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-04-07

Abstract

Полезная модель относится к измерительным устройствам, характеризуемым использованием электрических или магнитных средств для измерения углов, и может применяться в устройствах контроля положения вращающихся узлов и деталей различного оборудования. Задача - повышение надежности датчика угла поворота. Заявляемый датчик угла поворота содержит корпус 1, снабженный цилиндрическим выступом 2. В центральной части корпуса 1 в подшипнике 3 установлена ось 4 вращения датчика, связанная в верхней ее части с подвижной (поворотной) деталью 5. В нижней части оси 4 закреплен постоянный магнит 6, выполненный в виде диаметрально намагниченного диска, закрепленного соосно с чувствительным элементом 7 в нижней части цилиндрического выступа 2 корпуса 1. Магнит 6 расположен с постоянным воздушным зазором, равным 0,5-1 мм, над соразмерным с ним чувствительным элементом 7, установленным с возможностью постоянного контакта на печатной плате 8 без возможности смещения в корпусе 1 датчика угла поворота. Печатная плата 8 соединена с помощью крепежных элементов 9 с нижней частью цилиндрического выступа 2 корпуса 1, связанного с неподвижной деталью 10. Неподвижная деталь 10, имеющая соразмерное отверстие для цилиндрического выступа 2, закреплена на верхней части корпуса 1 при помощи крепежных элементов 11, установленных с нижней стороны корпуса 1. Подвижная деталь 5 связана с верхней частью оси 4 вращения через закрепленный на оси 4 поводок 12 с помощью крепежного элемента 13. Подвижная и неподвижная детали 5 и 10 расположены параллельно друг другу. Выполнение связи верхней части оси вращения датчика, с помощью прикрепленного к ней поводка посредством крепежных элементов, исключающих возможную несоосность, обеспечивает надежную передачу вращения от подвижной детали на ось датчика, а выполнение неподвижной детали с цилиндрическим отверстием, соразмерным с цилиндрическим выступом корпуса датчика, в совокупности с ее креплением с помощью крепежных элементов на верхней части корпуса обеспечивает надежную работу датчика угла поворота. Выполнение постоянного магнита в виде диаметрально намагниченного диска и размещение его на нижней части оси датчика поворота соосно с ней исключает необходимость сопряжения магнитов, упрощая конструкцию и тем самым повышая ее надежность. Расположение подвижной и неподвижной деталей параллельно друг другу упрощает установку датчика на объекте эксплуатации, что в совокупности также повышает его надежность. 1 ил.

The utility model relates to measuring devices characterized by the use of electric or magnetic means for measuring angles, and can be used in devices for controlling the position of rotating components and parts of various equipment. The task is to increase the reliability of the rotation angle sensor. The inventive rotation angle sensor comprises a housing 1 provided with a cylindrical protrusion 2. In the central part of the housing 1 in the bearing 3 there is an axis 4 of rotation of the sensor connected in its upper part with a movable (rotary) part 5. A permanent magnet 6 is fixed in the lower part of the axis 4, made in the form of a diametrically magnetized disk fixed coaxially with the sensing element 7 in the lower part of the cylindrical protrusion 2 of the body 1. The magnet 6 is located with a constant air gap of 0.5-1 mm, above a sensing element 7 commensurate with it, installed with the possibility of a constant contact on the printed circuit board 8 without the possibility of displacement in the housing 1 of the rotation angle sensor. The printed circuit board 8 is connected by means of fasteners 9 to the lower part of the cylindrical protrusion 2 of the housing 1 associated with the fixed part 10. The fixed part 10, having a proportional hole for the cylindrical protrusion 2, is fixed on the upper part of the housing 1 with the help of fasteners 11 installed with the lower side of the body 1. The movable part 5 is connected to the upper part of the axis 4 of rotation through the leash 12 fixed on the axis 4 using the fastener 13. The movable and fixed parts 5 and 10 are parallel to each other. The implementation of the connection of the upper part of the axis of rotation of the sensor, using a leash attached to it by means of fasteners that exclude possible misalignment, ensures reliable transmission of rotation from the movable part to the axis of the sensor, and the implementation of the fixed part with a cylindrical hole commensurate with the cylindrical protrusion of the sensor housing, in total with its fastening with fasteners on the top of the housing ensures reliable operation of the rotation angle sensor. The implementation of the permanent magnet in the form of a diametrically magnetized disk and its placement on the lower part of the axis of the rotation sensor coaxially with it eliminates the need to pair the magnets, simplifying the design and thereby increasing its reliability. The location of the moving and fixed parts parallel to each other simplifies the installation of the sensor at the operating site, which together also increases its reliability. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительным устройствам, характеризуемым использованием электрических или магнитных средств и служащим для измерения углов, и может использоваться, в частности, в устройствах, контролирующих положение вращающихся узлов и деталей различного оборудования.The utility model relates to measuring devices characterized by the use of electrical or magnetic means and used to measure angles, and can be used, in particular, in devices that control the position of rotating components and parts of various equipment.

Известен датчик поворота, представленный в п. РФ №73962, по кл. G01B 7/00, з., оп. 2008 г.Known turn sensor, presented in paragraph of the Russian Federation No. 73962, according to class. G01B 7/00, s., op. 2008

Известный датчик содержит основание с двумя преобразователями Холла и два постоянных магнита, механически сопряженных с контролируемым объектом. При этом второй преобразователь Холла установлен в одной плоскости с первым преобразователем Холла, а первый и второй постоянные магниты размещены на контролируемом объекте напротив соответственно первого и второго преобразователей Холла, причем оси постоянных магнитов взаимно перпендикулярны.Known sensor contains a base with two Hall transducers and two permanent magnets mechanically coupled to the controlled object. In this case, the second Hall transducer is installed in the same plane with the first Hall transducer, and the first and second permanent magnets are placed on the controlled object opposite the first and second Hall transducers, respectively, and the axes of the permanent magnets are mutually perpendicular.

Недостатком данного устройства является необходимость применения двух постоянных магнитов и двух преобразователей Холла, а также сложность его установки на объекте эксплуатации из-за необходимости размещения постоянных магнитов на контролируемом объекте.The disadvantage of this device is the need to use two permanent magnets and two Hall transducers, as well as the complexity of its installation at the operating site due to the need to place permanent magnets on the controlled object.

Известен бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения в 360°, представленный в п. РФ №2312363 по кл. G01P 3/488, G01B 7/30, G01D 5/12, 2006 г.Known non-contact programmable sensor of the absolute angular position of 360°, presented in RF No. 2312363 according to class. G01P 3/488, G01B 7/30, G01D 5/12, 2006

Известный датчик состоит из двух механически не взаимосвязанных и изолированных друг от друга частей с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними. Одной частью является роторный узел, другая часть представляет собой статор - совокупность неподвижных механических и электронных частей, предоставляющих через контактный интерфейс информацию об угловом положении ротора с магнитом. Магнитная система датчика состоит из двухосевого магнитного углового энкодера, контактирующего с печатной платой, и вращающегося цилиндрического магнита, взаиморасположение которых в рабочем режиме устройства обеспечивает детектирование угла поворота магнитного вектора. Недостатком этого устройства является сложность конструкции, а также сложность его регулировки при установке на объекте эксплуатации из-за необходимости жесткого крепления корпуса статора к неподвижной части объекта.Known sensor consists of two mechanically unrelated and isolated from each other parts with a constant air gap in the space between them. One part is a rotor assembly, the other part is a stator - a set of fixed mechanical and electronic parts that provide information about the angular position of the rotor with a magnet through a contact interface. The magnetic system of the sensor consists of a two-axis magnetic angular encoder in contact with the printed circuit board, and a rotating cylindrical magnet, the relative position of which in the operating mode of the device ensures the detection of the angle of rotation of the magnetic vector. The disadvantage of this device is the complexity of the design, as well as the complexity of its adjustment when installed at the operating site due to the need for rigid attachment of the stator housing to the stationary part of the object.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является датчик поворота, представленный в п. РФ №136560, по кл. G01B 7/00, з. 30.07.2013 г., оп. 10.01.2014 г. и выбранный в качестве прототипа.The closest in technical essence to the claimed is the turn sensor, presented in paragraph RF No. 136560, class. G01B 7/00, s. July 30, 2013, op. 01/10/2014 and selected as a prototype.

Известный датчик характеризуется следующей формулой:A well-known sensor is characterized by the following formula:

1. Датчик поворота, содержащий магнитную систему, связанную с вращающейся деталью 8 и состоящую из постоянного магнита 6 и чувствительного элемента 7, установленных напротив друг друга с постоянным воздушным зазором в пространстве между ними, при этом постоянный магнит 6 расположен в роторном узле, а чувствительный элемент 7 размещен и зафиксирован на печатной плате 2 с обеспечением электрического контакта с ней, отличающийся тем, что он содержит корпус 1, при этом печатная плата 2 соединена с корпусом 1 посредством крепежных элементов 3, а в центральной части корпуса 1 размещен роторный узел, включающий подшипник 4, плотно контактирующий с корпусом 1, при этом в центре подшипника 4 размещена установочная втулка 5, на торце которой с внутренней стороны корпуса 1 размещен и зафиксирован постоянный магнит 6, причем роторный узел механически связан с вращающейся деталью 8 посредством соединительного элемента 9, закрепленного на установочной втулке 5 с внешней стороны, при этом датчик 7 поворота (чувствительный элемент) прикреплен к неподвижной детали 10, расположенной перпендикулярно к вращающейся детали 8, посредством опорного элемента 11, соединенного с корпусом 1 через упругий элемент 12.1. A rotation sensor containing a magnetic system associated with a rotating part 8 and consisting of a permanent magnet 6 and a sensitive element 7, installed opposite each other with a constant air gap in the space between them, while the permanent magnet 6 is located in the rotor assembly, and the sensitive element 7 is placed and fixed on the printed circuit board 2 to provide electrical contact with it, characterized in that it contains a housing 1, while the printed circuit board 2 is connected to the housing 1 by means of fasteners 3, and in the central part of the housing 1 there is a rotor assembly, including bearing 4 in close contact with the housing 1, while in the center of the bearing 4 there is a mounting sleeve 5, on the end of which, on the inside of the housing 1, a permanent magnet 6 is placed and fixed, and the rotor assembly is mechanically connected to the rotating part 8 by means of a connecting element 9, fixed on the mounting sleeve 5 from the outside, while the rotation sensor 7 (sensing element) is attached to the fixed part 10, located perpendicular to the rotating part 8, by means of the support element 11 connected to the housing 1 through the elastic element 12.

2. Датчик поворота по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент соединен с корпусом посредством жесткого поводка.2. The rotation sensor according to claim 1, characterized in that the elastic element is connected to the housing by means of a rigid leash.

3. Датчик поворота по п. 2, отличающийся тем, что упругий элемент состоит из двух частей, зажимающих с двух сторон свободные концы жесткого поводка и опорного элемента, при этом верхняя часть упругого элемента закреплена на жестком поводке посредством крепежного элемента.3. The rotation sensor according to claim 2, characterized in that the elastic element consists of two parts, clamping the free ends of the rigid leash and the support element on both sides, while the upper part of the elastic element is fixed to the rigid leash by means of a fastener.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно является не очень надежным в условиях эксплуатации на производстве из-за отсутствия жесткого крепления датчика поворота к неподвижной детали посредством опорного элемента, соединенного с корпусом через упругий элемент, который или соединен с корпусом посредством жесткого поводка либо состоит из двух частей, зажимающих с двух сторон свободные концы жесткого поводка и опорного элемента, при этом верхняя часть упругого элемента закреплена на жестком поводке посредством крепежного элемента. Кроме того, неподвижная деталь расположена перпендикулярно подвижной детали за ее пределом с одной стороны.The disadvantage of the known device lies in the fact that it is not very reliable in the conditions of operation in production due to the lack of a rigid attachment of the rotation sensor to a fixed part by means of a support element connected to the body through an elastic element, which is either connected to the body by means of a rigid leash or consists of two parts clamping on both sides the free ends of the rigid leash and the support element, while the upper part of the elastic element is fixed to the rigid leash by means of a fastener. In addition, the fixed part is located perpendicular to the movable part beyond its limit on one side.

Задачей является повышение надежности датчика угла поворота.The task is to increase the reliability of the rotation angle sensor.

Поставленная задача решается тем, что в датчике угла поворота, содержащем корпус, снабженный цилиндрическим выступом, в центральной части которого в шарикоподшипниках установлена ось вращения датчика, связанная в верхней части с подвижной деталью, а в нижней ее части закреплен постоянный магнит, расположенный с постоянным воздушным зазором над соразмерным с ним чувствительным элементом, установленным с возможностью постоянного контакта на печатной плате, соединенной с помощью крепежных элементов с нижней частью цилиндрического выступа корпуса, связанного с неподвижной деталью, согласно полезной модели, постоянный магнит выполнен в виде диаметрально намагниченного диска и размещен в нижней части оси датчика угла поворота, которая связана в верхней ее части с подвижной деталью через закрепленный на оси поводок с помощью крепежных элементов, при этом неподвижная деталь имеет цилиндрическое отверстие, соразмерное с цилиндрическим выступом корпуса и закреплена на верхней части корпуса посредством крепежных элементов, причем подвижная и неподвижная детали расположены параллельно друг другу.The problem is solved by the fact that in the rotation angle sensor, containing a housing equipped with a cylindrical ledge, in the central part of which the axis of rotation of the sensor is installed in ball bearings, connected in the upper part with a moving part, and in its lower part a permanent magnet is fixed, located with a permanent air a gap above a sensitive element commensurate with it, installed with the possibility of constant contact on a printed circuit board connected by means of fasteners to the lower part of the cylindrical protrusion of the housing associated with a fixed part, according to the utility model, the permanent magnet is made in the form of a diametrically magnetized disk and is placed in the bottom part of the axis of the rotation angle sensor, which is connected in its upper part with a movable part through a leash fixed on the axis with the help of fasteners, while the fixed part has a cylindrical hole commensurate with the cylindrical protrusion of the housing and is fixed on the upper part of the housing by means of fasteners, and the movable part and fixed parts are parallel to each other.

Выполнение связи верхней части оси вращения датчика, с помощью прикрепленного к ней поводка посредством крепежных элементов, исключающих возможную несоосность, обеспечивает надежную передачу вращения от подвижной детали на ось датчика, а выполнение неподвижной детали с цилиндрическим отверстием, соразмерным с цилиндрическим выступом корпуса датчика, в совокупности с ее креплением посредством крепежных элементов на верхней части корпуса обеспечивает надежную работу датчика угла поворота. Выполнение постоянного магнита в виде диаметрально намагниченного диска и размещение его на нижней части оси датчика поворота соосно с ней исключает необходимость сопряжения магнитов, упрощая конструкцию и тем самым повышая ее надежность. Расположение подвижной и неподвижной деталей параллельно друг другу упрощает установку датчика на объекте эксплуатации, что в совокупности также повышает его надежность.The implementation of the connection of the upper part of the axis of rotation of the sensor, using a leash attached to it by means of fasteners that exclude possible misalignment, ensures reliable transmission of rotation from the movable part to the axis of the sensor, and the implementation of the fixed part with a cylindrical hole commensurate with the cylindrical protrusion of the sensor housing, in total with its fastening by means of fasteners on the upper part of the housing ensures reliable operation of the rotation angle sensor. The implementation of the permanent magnet in the form of a diametrically magnetized disk and its placement on the lower part of the axis of the rotation sensor coaxially with it eliminates the need to pair the magnets, simplifying the design and thereby increasing its reliability. The location of the moving and fixed parts parallel to each other simplifies the installation of the sensor at the operating site, which together also increases its reliability.

Технический результат - повышение надежности устройства.The technical result is an increase in the reliability of the device.

Заявляемый датчик угла поворота обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение постоянного магнита в виде диаметрально намагниченного диска, закрепленного соосно с чувствительным элементом в нижней части оси датчика поворота, связь оси поворота в верхней ее части с подвижной деталью через закрепленный на оси поводок с помощью крепежных элементов, исключающая возможную несоосность, выполнение неподвижной детали с цилиндрическим отверстием, соразмерным с цилиндрическим выступом корпуса датчика, закрепление ее посредством крепежных элементов на верхней части корпуса, расположение подвижной и неподвижной деталей параллельно друг другу, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.The inventive rotation angle sensor is novel in comparison with the prototype, differing from it in such essential features as the implementation of a permanent magnet in the form of a diametrically magnetized disk, fixed coaxially with the sensing element in the lower part of the axis of the rotation sensor, the connection of the rotation axis in its upper part with a moving part through a leash fixed on the axis with the help of fasteners, excluding possible misalignment, making a fixed part with a cylindrical hole commensurate with the cylindrical protrusion of the sensor housing, fixing it by means of fasteners on the upper part of the housing, the location of the movable and fixed parts parallel to each other, providing together the achievement of given result.

Заявляемый датчик угла поворота может использоваться в контрольно-измерительной технике для наблюдения за положением вращающихся узлов и деталей различного оборудования и потому соответствует критерию «промышленная применимость».The inventive rotation angle sensor can be used in instrumentation to monitor the position of rotating components and parts of various equipment and therefore meets the criterion of "industrial applicability".

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена в разрезе конструкция датчика угла поворота.The utility model is illustrated in the drawing, which shows in section the design of the rotation angle sensor.

Заявляемый датчик угла поворота содержит корпус 1, снабженный цилиндрическим выступом 2. В центральной части корпуса 1 в подшипнике 3 установлена ось 4 вращения датчика, связанная в верхней ее части с подвижной (поворотной) деталью 5. В нижней части оси 4 закреплен постоянный магнит 6, выполненный в виде диаметрально намагниченного диска, закрепленного соосно с чувствительным элементом 7 в нижней части цилиндрического выступа 2 корпуса 1. Магнит 6 расположен с постоянным воздушным зазором, равным 0,5-1 мм, над соразмерным с ним чувствительным элементом 7, установленным с возможностью постоянного контакта на печатной плате 8 без возможности смещения в корпусе 1 датчика угла поворота. Печатная плата 8 соединена с помощью крепежных элементов 9 с нижней частью цилиндрического выступа 2 корпуса 1, связанного с неподвижной деталью 10. Неподвижная деталь 10, имеющая соразмерное отверстие для цилиндрического выступа 2, закреплена на верхней части корпуса 1 при помощи крепежных элементов 11, установленных с нижней стороны корпуса 1. Подвижная деталь 5 связана с верхней частью оси 4 вращения через закрепленный на оси 4 поводок 12 с помощью крепежного элемента 13. При этом подвижная и неподвижная детали 5 и 10 расположены параллельно друг другу.The inventive rotation angle sensor comprises a housing 1 provided with a cylindrical protrusion 2. In the central part of the housing 1 in the bearing 3 there is an axis 4 of rotation of the sensor connected in its upper part with a movable (rotary) part 5. A permanent magnet 6 is fixed in the lower part of the axis 4, made in the form of a diametrically magnetized disk fixed coaxially with the sensing element 7 in the lower part of the cylindrical protrusion 2 of the body 1. The magnet 6 is located with a constant air gap of 0.5-1 mm, above a sensing element 7 commensurate with it, installed with the possibility of a constant contact on the printed circuit board 8 without the possibility of displacement in the housing 1 of the rotation angle sensor. The printed circuit board 8 is connected by means of fasteners 9 to the lower part of the cylindrical protrusion 2 of the housing 1 associated with the fixed part 10. The fixed part 10, having a proportional hole for the cylindrical protrusion 2, is fixed on the upper part of the housing 1 with the help of fasteners 11 installed with the lower side of the body 1. The movable part 5 is connected to the upper part of the axis 4 of rotation through the leash 12 fixed on the axis 4 by means of the fastener 13. In this case, the movable and fixed parts 5 and 10 are parallel to each other.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Вращение постоянного магнита 6 относительно чувствительного элемента 7 обеспечивает роторный узел (на чертеже не показан), механически связанный с внешней стороны датчика поворота с подвижной деталью 5 с помощью крепежного элемента 13 посредством поводка 12, закрепленного на оси 4.The rotation of the permanent magnet 6 relative to the sensing element 7 provides a rotor assembly (not shown in the drawing), mechanically connected to the outer side of the rotation sensor with a moving part 5 using a fastener 13 by means of a leash 12 fixed on the axis 4.

При повороте оси 4 с постоянным магнитом 6 происходит изменение положения магнитного поля, воздействующего на чувствительный элемент 7, который регистрирует угол поворота магнита 6 и преобразует его совместно с другими электронными компонентами (на чертеже не показаны) печатной платы 8 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота и передаваемый далее в устройство регистрации по кабелю связи (на чертеже не показано).When axis 4 with permanent magnet 6 is rotated, the position of the magnetic field acting on the sensitive element 7 changes, which registers the angle of rotation of the magnet 6 and converts it together with other electronic components (not shown in the drawing) of the printed circuit board 8 into an electrical signal of the required format, proportional the amount of rotation and transmitted further to the recording device via a communication cable (not shown in the drawing).

В сравнении с прототипом заявляемый датчик угла поворота является более надежным.In comparison with the prototype, the inventive rotation angle sensor is more reliable.

Claims

Rotation angle sensor, comprising a housing provided with a cylindrical protrusion, in the central part of which the axis of rotation of the sensor is installed in ball bearings, connected in the upper part with a movable part, and in its lower part a permanent magnet is fixed, located with a constant air gap above a sensitive element commensurate with it installed with the possibility of permanent contact on a printed circuit board connected by means of fasteners to the lower part of the cylindrical protrusion of the housing associated with a fixed part, characterized in that the permanent magnet is made in the form of a diametrically magnetized disk fixed coaxially with the sensing element in the lower part of the sensor axis angle of rotation, which is connected in its upper part with a movable part through a leash fixed on the axis with the help of fasteners, while the fixed part has a cylindrical hole commensurate with the cylindrical protrusion of the housing, and is fixed on the upper part of the housing by means of fasteners, moreover, movable and fixed parts are parallel to each other.