Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7033
(13) U
(46) 2011.02.28
(51) МПК (2009)
G 01B 7/14
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ
(21) Номер заявки: u 20100632
(22) 2010.07.13
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный инсти-
тут машиностроения Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Клюев Александр Илларионо-
вич; Грозный Владимир Алексеевич;
Качан Василий Викторович; Строк Евге-
ний Яковлевич; Бельчик Леонид Демья-
нович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Националь-
ной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
Бесконтактный датчик углового положения, содержащий магнитную систему с посто-
янными магнитами и концентраторами магнитного поля, а также по крайней мере один
неподвижный элемент Холла, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде
замкнутого прямоугольного контура, имеющего возможность вращения вокруг центрально
установленного элемента Холла, причем указанный прямоугольный контур образован двумя
постоянными магнитами, развернутыми одноименными полюсами в одну сторону, и двумя
концентраторами магнитного поля, перекрывающими полюса постоянных магнитов, кроме
того, элементы прямоугольного контура имеют форму параллелепипедов.
Фиг. 1
BY7033U2011.02.28

2. BY 7033 U 2011.02.28
2
(56)
1. Патент США 5,818,223, МПК G 01 B 7/14, 1996.
2. Патент США 6,534,971, МПК G 01 D 5/14, 2000.
3. Патент США 5,694,039, МПК G 01 B 7/30, 1996.
Полезная модель относится к области технических измерений углового положения, в
частности, к конструкции датчиков, принцип действия которых основан на электрических
и магнитных явлениях, и может быть использована в системах контроля и управления.
Известен датчик углового положения, содержащий корпус, кольцевой постоянный
магнит, элемент Холла, неподвижно установленный между двумя концентраторами маг-
нитного поля, электронную плату и возвратную пружину. Угловое положение объекта,
кинематически связанного с кольцевым постоянным магнитом, определяется выходным
сигналом элемента Холла [1].
Недостатком датчика является нетехнологичность его изготовления и сборки из-за не-
определенности расположения полюсов и неоднородности магнитного поля кольцевого
постоянного магнита.
Известен также датчик углового положения, который содержит корпус, постоянный
магнит, имеющий форму параллелепипеда и размещенный на выступе подпружиненного
конического приводного вала, электронную плату с неподвижно установленным соосно
приводному валу элементом Холла. Угловое положение приводного вала определяется
расположением постоянного магнита относительно элемента Холла [2].
К недостаткам датчика можно отнести низкую помехозащищенность вследствие от-
сутствия магнитопровода и сложность конструкции приводного вала для уменьшения ра-
диальных люфтов и биений.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков
является датчик углового положения, содержащий магнитную систему из двух незамкну-
тых концентраторов и постоянного магнита в форме параллелепипеда или диска, установ-
ленного с возможностью вращения относительно концентраторов, два элемента Холла,
закрепленных на электронных платах в магнитном поле между выступами концентрато-
ров [3].
При вращении постоянного магнита относительно оси, проходящей между концентра-
торами, происходит перераспределение магнитного потока внутри магнитной системы,
величина которого измеряется элементами Холла.
Недостатками известного датчика являются низкая помехозащищенность из-за ра-
зомкнутой магнитной системы, нетехнологичность изготовления и сборки при относи-
тельно больших габаритных размерах.
Задачей настоящей полезной модели является повышение помехоустойчивости к
внешним магнитным полям, радиальным люфтам и биениям путем замыкания магнитной
системы.
Упомянутая задача решена в бесконтактном датчике углового положения, содержа-
щем магнитную систему с постоянными магнитами и концентраторами магнитного поля,
а также по крайней мере один неподвижный элемент Холла, причем, согласно техниче-
скому решению, магнитная система выполнена в виде замкнутого прямоугольного конту-
ра, имеющего возможность вращения вокруг центрально установленного элемента Холла,
причем указанный прямоугольный контур образован двумя постоянными магнитами, раз-
вернутыми одноименными полюсами в одну сторону, и двумя концентраторами магнит-
ного поля, перекрывающими полюса постоянных магнитов, кроме того, элементы
прямоугольного контура имеют форму параллелепипедов.

3. BY 7033 U 2011.02.28
3
Кроме того, это обеспечивает высокую чувствительность и возможность реализации
принципа резервирования за счет использования двух постоянных магнитов и элементов
Холла, линейность выходной характеристики, так как магнитное поле внутри прямо-
угольного контура однородное и однонаправленное, технологичность сборки датчика
вследствие упрощения регулировочных операций при миниатюризации системы измере-
ния углового положения и снижении требований к физико-химическим свойствам мате-
риалов, используемых для изготовления постоянных магнитов.
Для пояснения полезной модели ниже приводится конкретный пример исполнения
бесконтактного датчика углового положения:
на фиг. 1 изображена конструкционная схема бесконтактного датчика углового поло-
жения;
на фиг. 2 и 3 показано взаимное расположение компонентов магнитной системы и эле-
ментов Холла;
на фиг. 4 приведен общий вид деталей бесконтактного датчика углового положения.
Бесконтактный датчик углового положения содержит корпус 1, крышки 2 и 3, элек-
тронную плату 4 с неподвижным элементом Холла 5, вкладыш 6, кинематически связан-
ный с объектом измерения (на чертеже не показан), постоянные магниты 7, 8 и
концентраторы магнитного поля 9, 10, размещенные внутри упомянутого вкладыша 6 в
виде замкнутого прямоугольного контура, а также возвратную пружину 11 и уплотни-
тельное кольцо 12.
Бесконтактный датчик углового положения работает следующим образом. При изме-
нении угла положения объекта измерения происходит поворот магнитной системы вместе
с вкладышем 6, постоянными магнитами 7, 8 и концентраторами магнитного поля 9, 10
относительно неподвижного элемента Холла 5, что вызывает девиацию составляющей на-
пряженности магнитного поля, которая ортогональна плоскости указанного элемента.
Преобразование выходного сигнала элемента Холла 5, пропорционального углу поворота,
осуществляется электронной платой 4, которая защищена от внешних воздействий в кор-
пусе 1 посредством крышек 2, 3 и уплотнительного кольца 12. Перемещение вкладыша 6 в
исходное положение происходит за счет возвратной пружины 11.
Фиг. 2

4. BY 7033 U 2011.02.28
4
Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.