RU57910U1 - DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF THE SHAFT ROTATION SPEED IN AN AGGRESSIVE ENVIRONMENT - Google Patents

Abstract

Устройство относится к автомобильному приборостроению и может использоваться для измерения макетной и угловой скорости большого числа ферромагнитных роторов. Устройство состоит из ферромагнитного ротора, датчика скорости, причем ферромагнитный ротор выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала с радиально намагниченными полюсами, опрессованного защитным материалом от воздействия агрессивной среды.The device relates to automotive instrumentation and can be used to measure the prototype and angular velocity of a large number of ferromagnetic rotors. The device consists of a ferromagnetic rotor, a speed sensor, and the ferromagnetic rotor is made in the form of a ring of magnetically hard material with radially magnetized poles, oppressed by a protective material from exposure to aggressive media.

Description

Полезная модель - устройство для измерения скорости вращения вала - относится к автомобильному приборостроению и может использоваться для измерения линейной и угловой скорости разнообразных роторов, работающих в замкнутом объеме с агрессивной средой.A utility model - a device for measuring the speed of rotation of a shaft - relates to automotive instrumentation and can be used to measure the linear and angular velocity of various rotors operating in a confined space with an aggressive environment.

Для бесконтактного измерения скорости вращения вала используется устройство, состоящее из двух конструктивно законченных элементов: датчика, регистрирующего изменение величины напряженности магнитного поля, и ротора, являющегося источником изменения величины напряженности магнитного поля. Причем, ротор жестко закреплен на валу, скорость вращения которого необходимо измерить.For non-contact measurement of the shaft rotation speed, a device consisting of two structurally complete elements is used: a sensor that records a change in the magnitude of the magnetic field strength, and a rotor, which is the source of the change in the magnitude of the magnetic field strength. Moreover, the rotor is rigidly fixed to the shaft, the rotation speed of which must be measured.

Известен бесконтактный датчик скорости автомобиля, включающий магниточувствительный элемент для измерения угловой скорости вращения ферромагнитного ротора [1].Known non-contact speed sensor of a car, including a magnetically sensitive element for measuring the angular velocity of rotation of a ferromagnetic rotor [1].

Известен также датчик скорости для коробки передач автомобиля [2]. Недостатками данных устройств являются наличие большого количества конструктивных элементов, входящих в состав датчиков.Also known is a speed sensor for a gearbox of a car [2]. The disadvantages of these devices are the presence of a large number of structural elements that are part of the sensors.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является бесконтактный датчик скорости автомобиля, позволяющий измерять частоту вращения ферромагнитного зубчатого ротора, а в датчике в качестве чувствительного элемента используется магниторезистивный модуль [3].The closest in technical essence and the achieved result is a non-contact vehicle speed sensor, which allows to measure the frequency of rotation of a ferromagnetic gear rotor, and a magnetoresistive module is used in the sensor as a sensitive element [3].

Целью данной полезной модели является упрощение конструкции, и соответственно, технологии изготовления бесконтактного датчика скорости автомобиля, а так же улучшение технических характеристик устройства. Сущность данной полезной модели состоит в The purpose of this utility model is to simplify the design, and, accordingly, the manufacturing technology of a non-contact vehicle speed sensor, as well as improve the technical characteristics of the device. The essence of this utility model is

том, что традиционный металлический ротор заменен на ротор, выполненный в виде кольца из магнитотвердого материала, опрессованного защитным материалом от воздействия агрессивной среды. Кольцо имеет радиально намагниченные полюсы (N и S), причем количество полюсов равно удвоенному количеству зубьев металлического колеса. Поэтому количество импульсов с выхода чувствительного элемента за один оборот вала будет тем же, что и в традиционной зубчатой конструкции ферромагнитного (металлического) ротора. В датчике в качестве регистратора изменения магнитного поля используется более простой пороговый элемент Холла или магниторезистор, в данной конструкции не требуется использование постоянного магнита, поскольку нет необходимости в создании постоянного магнитного поля внутри корпуса датчика, где расположен магниточувствительный элемент. Кольцо для защиты от агрессивной среды опрессовано стеклонаполненным полиамидом или другим полимерным материалом. Применение специальных магнитотвердых материалов для кольца, защитной оболочки из полимера обеспечивают стабильность магнитного поля в большом диапазоне температур: от -45°С до +130°С, долговременную стабильность магнитного поля - не менее 10 лет.the fact that the traditional metal rotor has been replaced with a rotor made in the form of a ring of hard magnetic material, crimped with a protective material from the influence of an aggressive environment. The ring has radially magnetized poles (N and S), and the number of poles is equal to twice the number of teeth of the metal wheel. Therefore, the number of pulses from the output of the sensing element in one revolution of the shaft will be the same as in the traditional gear construction of a ferromagnetic (metal) rotor. The sensor uses a simpler threshold Hall element or a magnetoresistor as a magnetic field change recorder; in this design, the use of a permanent magnet is not required, since there is no need to create a constant magnetic field inside the sensor housing where the magnetically sensitive element is located. The ring for protection against aggressive environments is molded with glass-filled polyamide or other polymeric material. The use of special magnetically hard materials for the ring, the protective shell made of polymer ensure the stability of the magnetic field in a wide temperature range: from -45 ° C to + 130 ° C, long-term stability of the magnetic field - at least 10 years.

На фиг.1 представлено исполнение устройства для бесконтактного измерения скорости вращения вала в агрессивной среде, где:Figure 1 shows the design of a device for non-contact measurement of shaft rotation speed in an aggressive environment, where:

1 - вал редуктора;1 - gear shaft;

2 - ротор датчика скорости;2 - rotor of the speed sensor;

3 - бесконтактный датчик скорости.3 - non-contact speed sensor.

На фиг.2 представлены графики зависимости величины напряженности магнитного поля от времени (а) и напряжения на выходе датчика от времени (б).Figure 2 presents graphs of the dependence of the magnitude of the magnetic field on time (a) and the voltage at the output of the sensor on time (b).

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

На валу 1, скорость вращения которого необходимо измерить, неподвижно закреплен радиально намагниченный ротор 2. Характер изменения величины напряженности магнитного поля в точке А на расстоянии σ от поверхности ротора при вращении ротора приведен на фиг.2(а).A radially magnetized rotor 2 is fixedly mounted on the shaft 1, the rotation speed of which is to be measured. The nature of the change in the magnitude of the magnetic field at point A at a distance σ from the rotor surface during rotation of the rotor is shown in Fig. 2 (a).

В данной конструкции расстояние σ может быть до 10 мм. В точке А помещается пороговый магниточувствительный элемент на основе датчика Холла, выходной сигнал которого имеет два состояния: логическая "1" - напряжение на выходе датчика U₁ и логический In this design, the distance σ can be up to 10 mm. At point A, a threshold magnetosensitive element is placed based on the Hall sensor, the output signal of which has two states: logical "1" - voltage at the output of the sensor U ₁ and logical

"0" - напряжение на выходе датчика U₀ (см. фиг.2(б)). При превышении некоторой пороговой величины H_пор в точке А чувствительный элемент переходит в открытое состояние и на выходе датчика формируется напряжение, соответствующее логическому "0": выходное напряжение U₀ Если напряженность магнитного поля в точке А меньше величины H_пор, то чувствительный элемент находится в закрытом состоянии и на его выходе формируется сигнал логическая "1": выходное напряжение U₁. Таким образом, при вращении вала 1 с выхода магниточувствительного датчика будем иметь последовательность импульсов, частота следования которых будет пропорциональна скорости вращения вала."0" is the voltage at the output of the sensor U ₀ (see figure 2 (b)). When exceeding some threshold value H _then at point A sensor element enters the open state and the output of the sensor is formed by a voltage corresponding to logic "0" output voltage U ₀ If the magnetic field strength at the point A is smaller than H _then, the sensing element is in closed state and at its output a logical signal "1" is formed: the output voltage U ₁ . Thus, when rotating shaft 1 from the output of the magnetosensitive sensor, we will have a sequence of pulses, the repetition rate of which will be proportional to the speed of rotation of the shaft.

Данная конструкция устройства бесконтактного измерения скорости вращения вала имеет следующие преимущества по сравнению с устройством для ротора с металлическими зубьями:This design of a non-contact shaft speed measurement device has the following advantages compared to a device for a rotor with metal teeth:

- отсутствие постоянного магнита в корпусе датчика;- lack of a permanent magnet in the sensor housing;

- использование более простого и дешевого по цене порогового датчика Холла;- the use of a simpler and cheaper threshold Hall sensor;

- повышение надежности из-за сокращения количества элементов в датчике;- increased reliability due to a reduction in the number of elements in the sensor;

- увеличение рабочего зазора σ (до 10 мм против 2÷3 мм в устройстве с ротором с металлическими зубьями);- increase in the working gap σ (up to 10 mm against 2 ÷ 3 mm in a device with a rotor with metal teeth);

- повышенная помехоустойчивость, поскольку пороговый датчик Холла срабатывает на изменение внешнего магнитного поля, которое создается ротором, а других источников магнитного поля в редукторе нет.- increased noise immunity, since the threshold Hall sensor is triggered by a change in the external magnetic field that is created by the rotor, and there are no other sources of magnetic field in the gearbox.

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ на полезную модель №35441.1. RF patent for utility model No. 35441.

2. Свидетельство РФ на полезную модель №10262.2. Certificate of the Russian Federation for utility model No. 10262.

3. Патент РФ на изобретение №2260188 - прототип.3. RF patent for the invention No. 2260188 - prototype.

Claims (3)

1. Устройство для бесконтактного измерения скорости вращения вала в агрессивной среде, состоящее из ферромагнитного ротора, датчика скорости с чувствительным элементом, заключенного в полимерный корпус, отличающееся тем, что ферромагнитный ротор выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала с радиально намагниченными полюсами.1. A device for non-contact measurement of shaft rotation speed in an aggressive environment, consisting of a ferromagnetic rotor, a speed sensor with a sensing element enclosed in a polymer case, characterized in that the ferromagnetic rotor is made in the form of a ring of magnetically hard material with radially magnetized poles. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцо для защиты от агрессивной среды опрессовано стеклонаполненным полиамидом, либо другим полимерным материалом.2. The device according to claim 1, characterized in that the ring for protection against an aggressive environment is molded with glass-filled polyamide or other polymeric material. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что чувствительный элемент датчика скорости выполнен на основе эффекта Холла или магниторезистора.

3. The device according to claim 1, characterized in that the sensitive element of the speed sensor is based on the Hall effect or magnetoresistor.