RU2462724C2 - Бесконтактный датчик углового положения - Google Patents
Бесконтактный датчик углового положения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462724C2 RU2462724C2 RU2010151251/28A RU2010151251A RU2462724C2 RU 2462724 C2 RU2462724 C2 RU 2462724C2 RU 2010151251/28 A RU2010151251/28 A RU 2010151251/28A RU 2010151251 A RU2010151251 A RU 2010151251A RU 2462724 C2 RU2462724 C2 RU 2462724C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- sensor
- rotation
- sensitivity
- hall sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к приборостроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано в системах автоматического управления, где требуется бесконтактное измерение угла поворота вращающегося объекта. Сущность: бесконтактный датчик углового положения содержит дипольный кольцевой магнит с диаметральной намагниченностью, ось которого совмещена с осью вращения объекта, и датчик Холла, смещенный относительно оси вращения кольцевого магнита, при этом угол между плоскостью чувствительности датчика Холла и плоскостью, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляет 40°±10°, а расстояния от центра датчика Холла до оси вращения и до плоскости, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляют соответственно 0,9±0,3 и 1±0,25 внешнего радиуса кольцевого магнита. Технический результат: повышение линейности и выравнивание чувствительности датчика в угловом диапазоне от 0° до 360° при увеличении чувствительности в диапазонах углов поворота 60°-160° и 220°-320°. 2 ил.
Description
Изобретение относится к приборостроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано в системах автоматического управления, где требуется бесконтактное измерение угла поворота вращающегося объекта, например вала.
Известны устройства, относящиеся к измерительной технике, например бесконтактный программируемый датчик абсолютного углового положения в 360° (патент РФ №2312363 от 10.12.2007 г., МКИ G01P 3/488).
Бесконтактный датчик углового положения ротора содержит постоянный цилиндрический магнит и датчик Холла, детектирующий компоненты магнитного поля и выдающий сигнал об угле поворота магнита. Цилиндрический магнит закреплен на роторе так, что его ось совпадает с осью вращения ротора. Датчик Холла расположен на неподвижном статоре так, что центр датчика Холла находится на оси вращения ротора.
Недостатком данного датчика является жесткое конструктивное ограничение на расположение датчика Холла относительно магнита, что снижает область применения датчика. Датчик не позволяет измерять угол поворота объекта с полой осью вращения, например, когда необходимо через ось проложить проводники или передать лазерное излучение.
Известен датчик положения дроссельной заслонки (патент РФ №2313711 от 27.12.2007 г., МКИ F16K 3/00).
Бесконтактный датчик угла поворота втулки дроссельной заслонки содержит кольцевой магнит и датчик Холла, по величине выходного сигнала которого определяют угол поворота втулки. Кольцевой магнит закреплен на вращающейся втулке так, что его ось совмещена с осью ее вращения, причем датчик Холла смещен относительно оси вращения втулки, а плоскость чувствительности датчика Холла перпендикулярна плоскости, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита.
Недостатком данного устройства является высокая нелинейность выходного сигнала и ограниченный диапазон измерения углов поворота 0°…121°.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является датчик углового положения с дипольным кольцевым магнитом, магнитное поле которого при вращении параллельно поверхности магнитоуправляемой интегральной схемы, так называемого датчика Холла (см. С.Сысуева. Рекомендации производителям автомобильных цифровых датчиков скорости и положения. Часть 2. Новые рекомендации по разработке датчиков с магнитным ротором. Журнал «Компоненты и технологии», №2, 2007, стр.23-28, рис.14, б).
Датчик углового положения содержит кольцевой дипольный магнит с диаметральной намагниченностью, ось которого совмещена с осью вращения объекта, например вала, и датчик Холла, детектирующий компоненты магнитного поля и выдающий сигнал об угле поворота кольцевого магнита. Причем датчик Холла смещен относительно оси вращения кольцевого магнита, а плоскость чувствительности датчика Холла параллельна плоскости, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита.
Недостатком данного датчика являются высокая нелинейность выходного сигнала и изменение чувствительности более чем в 10 раз в диапазоне углов поворота 0°…360°, а также низкая чувствительность в диапазонах углов поворота 60°…160° и 220°…320°.
Целью предлагаемого технического решения является повышение линейности и выравнивание чувствительности датчика в угловом диапазоне 0°…360° при увеличении чувствительности в диапазонах углов поворота 60°…160° и 220°…320°.
Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактном датчике углового положения, содержащем дипольный кольцевой магнит с диаметральной намагниченностью, ось которого совмещена с осью вращения объекта, и датчик Холла, смещенный относительно оси вращения кольцевого магнита, угол между плоскостью чувствительности датчика Холла и плоскостью, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляет 40°±10°, а расстояния от центра датчика Холла до оси вращения и до плоскости, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляют соответственно 0,9±0,3 и 1±0,25 внешнего радиуса кольцевого магнита.
Заявленное техническое решение поясняется графическими изображениями:
на фиг.1 показан бесконтактный датчик углового положения;
на фиг.2 приведены графики зависимостей выходного 12-битного цифрового сигнала с датчика Холла от угла поворота кольцевого дипольного диаметрально намагниченного магнита.
Заявляемый бесконтактный датчик углового положения состоит из кольцевого магнита 1 с центральным отверстием 2, который расположен на вращающемся объекте 3, и датчика Холла 4, причем ось кольцевого магнита 1 совмещена с осью вращения объекта 5.
Бесконтактный датчик углового положения работает следующим образом: датчик Холла 4 детектирует компоненты магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом 1, и выдает сигнал об угле его поворота.
Выравнивание чувствительности датчика (с точностью 5…7%) в диапазоне углов поворота кольцевого магнита 0°…360° обеспечивается при соблюдении следующих зависимостей:
Роси=0,9R±0,3R,
Ркм=1R±0,25R,
α=40°±10°,
где R - внешний радиус кольцевого магнита;
Роси - расстояние от центра датчика Холла до оси вращения объекта;
Ркм - расстояние от центра датчика Холла до плоскости Т, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита;
α - угол между плоскостью чувствительности Н датчика Холла и плоскостью Т, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита.
При Роси меньше 0,6R и Роси больше 1,2R отмечается изменение чувствительности датчика. Например, при Роси=0 мм чувствительность изменяется на 12%, при Роси=1,5R чувствительность изменяется на 20%.
При Ркм меньше 0,75R и Ркм больше 1,25R отмечается изменение чувствительности датчика. Например, при Ркм=0,5R чувствительность изменяется на 15%, при Ркм=1,5R чувствительность изменяется на 12%.
При α меньше 30° и α больше 50° отмечается изменение чувствительности датчика. Например, при α=0° чувствительность изменяется на 20%, при α=90° чувствительность изменяется на 15%.
В качестве датчика Холла 4 используется любая микросхема с функцией магнитного датчика угла. Кольцевой магнит 1 может иметь различные геометрические параметры.
Наилучшей реализацией является бесконтактный датчик углового положения, при котором угол α между плоскостью чувствительности Н датчика и плоскостью Т, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляет 40°, а расстояния от центра датчика Холла до оси вращения и до плоскости Т, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляют соответственно 18 мм и 20 мм.
Использован дипольный диаметрально намагниченный кольцевой магнит из материала NdFeB с величиной остаточной индукции, равной 1,2 Тл, с размерами ⌀40 мм × ⌀15 мм × 3 мм и датчик Холла AS5046 с выходным 12-битным цифровым сигналом.
На фиг.2 представлены графики зависимости выходного сигнала от угла поворота кольцевого магнита одного из вариантов (α=40°, Ркм=18 мм, Роси=0 мм) реализации заявленного датчика (А) и датчика-прототипа (Б). Для данного варианта вращающийся объект был выполнен из диэлектрического материала.
Зависимость выходного сигнала (Б) датчика-прототипа от угла поворота кольцевого магнита в диапазоне 0°…360° характеризуется изменением чувствительности от 2 до 30 дискрет/град, т.е. примерно в 15 раз. Причем в угловых диапазонах, лежащих между указанными диапазонами, чувствительность датчика имеет нелинейный характер. Минимальная величина чувствительности наблюдается в диапазонах углов поворота 60°-160° и 220°-320° и составляет 2 дискрет/градус. По сравнению с прототипом заявленное устройство обеспечивает постоянную чувствительность, равную 11 дискрет/град (с точностью 5…7%), в диапазоне углов поворота 0…360°.
Следовательно, обеспечивается постоянная чувствительность датчика во всем угловом диапазоне по сравнению с изменяющейся в 15 раз чувствительностью датчика-прототипа, причем в суммарном угловом диапазоне 200° чувствительность предлагаемого датчика повышена (с 2 до 11 дискрет/градус) в 5,5 раз.
Благодаря использованию простых конструктивных решений, применению в датчике кольцевого магнита с центральным отверстием, диапазону геометрических параметров расположения датчика Холла относительно оси вращения и торцевой поверхности кольцевого магнита заявляемое устройство обладает широкими функциональными, конструктивными и технологическими возможностями, что определяет промышленную полезность нового технического решения.
Простота конструкции основных элементов заявляемого устройства обеспечивает низкую себестоимость датчика.
Claims (1)
- Бесконтактный датчик углового положения, содержащий дипольный кольцевой магнит с диаметральной намагниченностью, ось которого совмещена с осью вращения объекта, и датчик Холла, смещенный относительно оси вращения кольцевого магнита, отличающийся тем, что угол между плоскостью чувствительности датчика Холла и плоскостью, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляет 40°±10°, а расстояния от центра датчика Холла до оси вращения и до плоскости, проходящей через торцевую поверхность кольцевого магнита, составляют соответственно 0,9±0,3 и 1±0,25 внешнего радиуса кольцевого магнита.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151251/28A RU2462724C2 (ru) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Бесконтактный датчик углового положения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151251/28A RU2462724C2 (ru) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Бесконтактный датчик углового положения |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010151251A RU2010151251A (ru) | 2012-06-20 |
| RU2462724C2 true RU2462724C2 (ru) | 2012-09-27 |
Family
ID=46680730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010151251/28A RU2462724C2 (ru) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Бесконтактный датчик углового положения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2462724C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2615612C2 (ru) * | 2014-05-16 | 2017-04-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный уинверситет" (ЮЗГУ) | Бесконтактный истинно двухосевой датчик угла поворота вала |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5126663A (en) * | 1990-03-01 | 1992-06-30 | Mitsubishi Denki K.K. | Hall effect sensor with a protective support device |
| DE19832111A1 (de) * | 1997-08-02 | 1999-02-04 | Mannesmann Vdo Ag | Sensorkopf für einen Magnetfeldgeber |
| RU2270452C2 (ru) * | 2004-01-26 | 2006-02-20 | Государственное образовательное учреждение Курский государственный технический университет ГОУ КурскГТУ | Бесконтактный датчик скорости автомобиля |
| CN101097225A (zh) * | 2006-07-01 | 2008-01-02 | 卡尔弗罗伊登柏格两合公司 | 无接触检测发生器部件转速和/或位置的带编码器的装置 |
| RU2364746C2 (ru) * | 2007-09-10 | 2009-08-20 | Сергей Маркович Калачев | Датчик углового положения и частоты вращения распределительного вала для системы зажигания |
-
2010
- 2010-12-13 RU RU2010151251/28A patent/RU2462724C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5126663A (en) * | 1990-03-01 | 1992-06-30 | Mitsubishi Denki K.K. | Hall effect sensor with a protective support device |
| DE19832111A1 (de) * | 1997-08-02 | 1999-02-04 | Mannesmann Vdo Ag | Sensorkopf für einen Magnetfeldgeber |
| RU2270452C2 (ru) * | 2004-01-26 | 2006-02-20 | Государственное образовательное учреждение Курский государственный технический университет ГОУ КурскГТУ | Бесконтактный датчик скорости автомобиля |
| CN101097225A (zh) * | 2006-07-01 | 2008-01-02 | 卡尔弗罗伊登柏格两合公司 | 无接触检测发生器部件转速和/或位置的带编码器的装置 |
| RU2364746C2 (ru) * | 2007-09-10 | 2009-08-20 | Сергей Маркович Калачев | Датчик углового положения и частоты вращения распределительного вала для системы зажигания |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Иванов Евгений. Бесконтактный датчик угла поворота на эффекте Холла. Новости электроники, №15, 2006. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2615612C2 (ru) * | 2014-05-16 | 2017-04-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный уинверситет" (ЮЗГУ) | Бесконтактный истинно двухосевой датчик угла поворота вала |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010151251A (ru) | 2012-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101331182B1 (ko) | 360도 범위의 자기 각위치 센서 | |
| US9389099B2 (en) | Multi-turn absolute magnetic encoder | |
| US6576890B2 (en) | Linear output non-contacting angular position sensor | |
| US9267781B2 (en) | On-axis magnetic field angle sensors, systems and methods | |
| US9207100B2 (en) | Magnetic position sensor with field direction measurement and flux collector | |
| US7304471B2 (en) | Combined sensor and bearing assembly and method of magnetizing element of rotation sensor | |
| US10330498B2 (en) | Sensor arrangement for the contactless sensing of angles of rotation on a rotating part | |
| US8970210B2 (en) | Bidirectional magnetic position sensor having field rotation | |
| WO2011030676A1 (ja) | 回転角度検出センサ | |
| US10168184B2 (en) | Angle sensing in an off-axis configuration | |
| US20100045275A1 (en) | Rotary or linear position sensor having avariable magnet profile | |
| CN103154672A (zh) | 多圈磁性绝对位置检测装置 | |
| US10969252B2 (en) | System for determining at least one rotation parameter of a rotating member | |
| US9587963B2 (en) | Brushless linear rotary transformer | |
| US20200018589A1 (en) | Device and method for determining the position of a permanent magnet | |
| US9903741B2 (en) | Magnetic position sensor and sensing method | |
| JP2016505215A (ja) | 磁気角エンコーダに適した永久磁石 | |
| US7573260B2 (en) | Magnetic rotor and rotational angle sensing apparatus having the same | |
| RU2462724C2 (ru) | Бесконтактный датчик углового положения | |
| US10416001B2 (en) | Magnet arrangement for rotational angle detection | |
| JP5151958B2 (ja) | 位置検出装置およびそれを備えた回転直動モータ | |
| JP2014219312A (ja) | 回転角センサ | |
| CN105890833B (zh) | 轴向通量聚焦型小直径低成本转矩传感器 | |
| CN109937346B (zh) | 无接触角传感器 | |
| JP6201629B2 (ja) | 車両用検出装置 |