датчик положения ферромагнитного элемента

Формула изобретения

1. Датчик положения ферромагнитного элемента, содержащий постоянный магнит и магниточувствительный элемент, например, элемент Холла, отличающийся тем, что магнит имеет сквозное отверстие, причем ось отверстия совпадает с направлением намагничивания магнита, у отверстия с одной стороны магнита располагают элемент Холла, а отверстие с другой стороны магнита располагают в области перемещения ферромагнитного элемента.

2. Датчик положения ферромагнитного элемента по п.1, отличающийся тем, что элемент Холла имеет возможность перемещаться относительно отверстия.

3. Датчик положения ферромагнитного элемента по п.1, отличающийся тем, что отверстие выполнено в центре магнита или со смещением.

4. Датчик положения ферромагнитного элемента по п.1, отличающийся тем, что магнит выполнен с разной величиной намагниченности в азимутальном направлении.

5. Датчик положения ферромагнитного элемента по п.1, отличающийся тем, что магнит имеет возможность вращаться.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различных областях промышленности для контроля за положением объекта или определения скорости вращения вала, например, в автомобилестроении.

Известны магнитоиндукционные датчики (патент RU № 2122742 27.11.98), которые характеризуются возбуждением от постоянных магнитов. Датчик содержит индукционный элемент и кольцевой постоянный магнит.

Недостатком такого датчика является сложность конструкции и монтажа датчика. Отверстие в магните служит для вывода концов обмоток индукционного элемента.

Известен датчик (патент RU 94017597, 10.05.96.), который содержит элемент Холла, магнитопровод и подвижный постоянный магнит. Элемент Холла расположен между постоянным магнитом и рабочей зоной модулятора.

Недостатком данного датчика является большое число элементов магнитной системы. Увеличение расстояния между экраном и постоянным магнитом при перемещении постоянного магнита снижает чувствительность датчика.

Известен датчик (патент DE № 10009173 06.09.2001), который содержит элемент Холла, магнитопровод и постоянный магнит. Конструкция датчика позволяет располагать элемент Холла между модулятором и постоянным магнитом или постоянный магнит между модулятором и элементом Холла.

Недостатком данного датчика является наличие конструктивно выполненного магнитопровода.

Известен датчик положения (патент RU № 2207575 27.06.2003), который содержит немагнитный корпус, элемент Холла, постоянный кольцевой магнит, внутри магнита на корпусе расположен магнитопровод, который может перемещаться внутри магнита вдоль его оси.

Недостатком данного датчика является наличие конструктивно выполненного магнитопровода, а перемещение магнитопровода не позволяет в полной мере обеспечить регулировку выходных параметров датчика, т.к. конструкция позволяет проводить регулировку только по одной оси и не позволяет смещать элемент Холла относительно отверстия в магните.

В основу настоящего изобретения положена задача создать датчик положения ферромагнитного элемента, обладающий максимальной чувствительностью при минимальных габаритах и массе магнита, при этом обеспечить регулировку параметров выходного сигнала.

Указанная задача решается тем, что постоянный магнит имеет сквозное отверстие, при этом ось отверстия совпадает с направлением намагничивания магнита. Отверстие может быть выполнено в центре магнита или со смещением, а магнит с разной величиной намагниченности в азимутальном направлении.

Указанная задача решается тем, что магниточувствительный элемент, например элемент Холла, расположен у отверстия с одной стороны магнита, а отверстие с другой стороны магнита располагают в области перемещения ферромагнитного элемента.

Указанная задача решается тем, что постоянный магнит имеет возможность вращаться, а элемент Холла перемещаться относительно отверстия.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что

предложенная конструкция позволяет обеспечить максимальную чувствительность датчика при минимальных габаритах, т.к. постоянный магнит может быть расположен на минимальном расстоянии от области перемещения ферромагнитного элемента, и регулировать величину рабочей индукции магнитного поля в чувствительной области элемента Холла, перемещая элемент Холла относительно отверстия;

вращение постоянного магнита с отверстием, выполненного со смещением от центра или с разной величиной намагниченности в азимутальном направлении, позволяет изменять и устанавливать необходимую величину индукции магнитного поля в чувствительной области элемента Холла;

магнит с разной величиной намагниченности в азимутальном направлении позволяет использовать элементы Холла с большим технологическим разбросом магнитной индукции и проводить эффективно регулировку датчика на оптимальную величину рабочей индукции.

На фиг.1 изображена конструкция датчика (ферромагнитный элемент находится в области перемещения у отверстия магнита).

На фиг.2 показана зависимость рабочей индукции магнитного поля в чувствительной области элемента Холла B_Z(R) при перемещении элемента Холла относительно отверстия,

где:

B_Z0 (R) - зависимость рабочей индукции магнитного поля, если элемент Холла расположен на поверхности магнита, при перемещении элемента Холла по координате R относительно отверстия;

B_Z1 (R), B_Z2(R) - зависимость рабочей индукции магнитного поля, если элемент Холла расположен на расстоянии Z1, Z2 от поверхности магнита, при перемещении элемента Холла по координате R относительно отверстия;

Z1, Z2 - расстояние от поверхности магнита до элемента Холла.

На фиг.3 показана зависимость рабочей индукции магнитного поля в чувствительной области элемента Холла В _Z(R), когда элемент Холла расположен на некотором расстоянии Z от поверхности магнита:

сплошной линией показана зависимость рабочей индукции В_Z(R), если в области перемещения у отверстия магнита отсутствует ферромагнитный элемент;

пунктирной линией показана зависимость рабочей индукции B _Z(R), если в области перемещения у отверстия магнита находится ферромагнитный элемент.

Датчик положения содержит постоянный магнит 1 и элемент Холла 2.

Магнит 1 имеет сквозное отверстие 3, ось отверстия совпадает с направлением намагничивания магнита. Магнит 1 может быть выполнен с отверстием 3 в центре или со смещением. Магнит 1 может быть выполнен с разной величиной намагниченности в азимутальном направлении.

Сквозное отверстие 3 в магните 1 выполняет функцию магнитопровода.

У отверстия 3 с одной стороны магнита 1 располагают элемент Холла 2, а отверстие 3 с другой стороны магнита располагают в области перемещения ферромагнитного элемента 4.

Датчик работает следующим образом.

Ферромагнитный элемент, приближаясь к отверстию магнита, замыкает магнитный поток и резко меняет величину рабочей индукции магнитного поля в чувствительной области элемента Холла (фиг.3).

Для регулировки величины рабочей индукции в чувствительной области элемента Холла перемещают относительно отверстия магнита.

При вращении постоянного магнита с отверстием, выполненного со смещением от центра или с разной величиной намагниченности в азимутальном направлении, изменяют и устанавливают необходимую величину индукции магнитного поля в чувствительной области элемента Холла.

Источники информации

1. Патент RU № 2122742, 27.11.1998.

2. Патент RU № 94017597, 10.05.1996.

3. Патент DE № 10009173, 06.09,2001.

4. Патент RU № 2207575, 27.06.2003.