RU35441U1

RU35441U1 - Contactless car speed sensor

Info

Publication number: RU35441U1
Application number: RU2003127267/20U
Authority: RU
Inventors: И.С. Захаров; С.Ф. Яцун; С.С. Сысоева
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Курский государственный технический университет
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2004-01-10

Description

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯNON-CONTACT CAR SPEED SENSOR

Нредлагаемая полезная модель относится к автомобильному электронному приборостроению и может быть использована непосредственно для измерения линейной скорости автомобиля, а также для измерения частоты вращения, линейных и угловых перемещений большого числа зубчатых механизмов и вращающихся валов в автомобильной, лёгкой и тяжёлой промышленности.The proposed utility model relates to automotive electronic instrumentation and can be used directly to measure the linear speed of the car, as well as to measure the rotational speed, linear and angular displacements of a large number of gear mechanisms and rotating shafts in the automotive, light and heavy industries.

Известен датчик скорости автомобиля (ДСА) на основе многополюсного магнита, устанавливаемый на чыходном валу привода механического спидометра (см. а.с. №9911954 МПК G01P3/488 от 07.10.2001).A known automobile speed sensor (DSA) based on a multi-pole magnet mounted on the output shaft of a mechanical speedometer drive (see AS No. 9911954 MPK G01P3 / 488 of 07.10.2001).

Недостатком таких ДСА является ограниченная точность, сложность измерения малых скоростей, и необходимость производства узлов привода механического спидометра.The disadvantage of such a DSA is the limited accuracy, the difficulty of measuring low speeds, and the need to produce drive units for a mechanical speedometer.

Прототипом бесконтактного ДСА является устройство, определяющее частоту вращения различных деталей, применяющее магниточувствительный датчик для измерения угловой скорости вращения ферромагнитного зубчатого ротора, выполненного как отдельное механическое звено, (см. а.с. .№92014487, МНК G01P3/488 от 25.12.92).The prototype of a non-contact DSA is a device that determines the frequency of rotation of various parts, using a magnetically sensitive sensor to measure the angular speed of rotation of a ferromagnetic gear rotor, made as a separate mechanical link (see AS.№92014487, MNS G01P3 / 488 from 12.25.92) .

Недостатками такого устройства являются отсутствие адаптированности к конкретным условиям работы коробки передач, и ряда других систем контроля движения, существенные ограничения в точности и надёжности.The disadvantages of this device are the lack of adaptability to the specific operating conditions of the gearbox, and a number of other motion control systems, significant limitations in accuracy and reliability.

Задача полезной модел1 - повышение надёжности и точности 6e§iKOifTai0libDCUtility Model1 Objective - Improving Reliability and Accuracy 6e§iKOifTai0libDC

ДСА, измеряющих угловую скорость вращения ферромагнитного зубчатого ротора, в условиях значительных магнитных и механических статических смещений (допусков магнитных параметров, допусков крепления), воздействия повышенных механических вибраций, переменных температур в диапазоне -40°С-:-+150°, а также снижение себестоимости ДСА.DSA, measuring the angular velocity of rotation of a ferromagnetic gear rotor, under conditions of significant magnetic and mechanical static displacements (tolerances of magnetic parameters, tolerances of fastening), exposure to increased mechanical vibrations, variable temperatures in the range of -40 ° С -: - + 150 °, as well as a decrease cost of DSA.

Поставленная задача решается тем, что бесконтактный ДСА, включающий магниточувствительный элемент для измерения угловой скорости вращения ферромагнитного ротора, состоит из магниточувствительного элемента, жёстко закреплённого в пластмассовом корпусе, и платы датчика с размещённой на ней схемой обработки сигнала, а магниточувствительный элемент включает в себя дифференциальную интегральную схему (ИС) Холла, постоянный магнит обратногоThe problem is solved in that the non-contact DSA, including a magnetically sensitive element for measuring the angular velocity of rotation of the ferromagnetic rotor, consists of a magnetically sensitive element rigidly fixed in a plastic case, and a sensor board with a signal processing circuitry placed on it, and the magnetically sensitive element includes a differential integral Hall circuit (IC), permanent reverse magnet

J v. :J v. :

смещения, и магнитопровод из магнитомягкого материала, причём последний размещён между обратной стороной ИС и смещающим магнитом.bias, and a magnetic core of soft magnetic material, the latter being placed between the back of the IC and the biasing magnet.

Расстояние L от обратной стороны ИС до магнита и толщина магнитопровода определяются усреднённо для данной партии конкретных магнитов на основании процедуры механической оптимизации скважности выходного сигнала ДСА, проводимой вручную или автоматическим способом.The distance L from the reverse side of the IC to the magnet and the thickness of the magnetic circuit are determined averaged for a given batch of specific magnets based on the procedure of mechanical optimization of the duty cycle of the output signal of the DSA, carried out manually or automatically.

Бесконтактный ДСА показан на фиг.Contactless DSA is shown in FIG.

ДСА2, измеряющий частоту вращения ферромагнитного ротора, состоит из дифференциальной интегральной схемы (ИС) Холла 3 типа HAL320A Micronas Interaietall, TLE4921-3U Infineon, А3056 Allegro Microsystems, постоянного магнита 4 обратного смещения с аксиальной полюсной намагниченностью порядка 150-500 мТл, магнитопровода 5 из низкоуглеродистой стали, пластмассового корпуса 6 магнитной системы ДСА, и платы 7 с размещённой па ней схемой обработки сигнала.DSA2, measuring the frequency of rotation of a ferromagnetic rotor, consists of a Hall 3 differential integrated circuit (IC) of the HAL320A type Micronas Interaietall, TLE4921-3U Infineon, A3056 Allegro Microsystems, a 4 reverse bias permanent magnet with an axial pole magnetization of the order of 150-500 mT, low-carbon steel, a plastic case 6 of the DSA magnetic system, and a board 7 with a signal processing circuit placed on it.

ИС 3, плоскость которой расположена перпендикулярно центральным осям магнита 4, магнитопровода 5, и перпендикулярно лицевой поверхности зуба ротора 1, запаяна (жёстко размещена) на плате 7. ИС 3, магнит 4 и магнитопровод 5 жёстко закреплены в корпусе 6.IS 3, the plane of which is perpendicular to the central axes of the magnet 4, the magnetic circuit 5, and perpendicular to the front surface of the tooth of the rotor 1, is soldered (rigidly placed) on the board 7. IS 3, magnet 4 and the magnetic circuit 5 are rigidly fixed in the housing 6.

Заявляемая полезная модель ДСА конструктивно отличается от прототипа тем, что состоит из дифференциальной ИС Холла, магнита обратного смещения, в форме цилиндра или параллелепипеда, механически расположенного на определённом расстоянии позади ИС, большем или равном толщине магнитопровода, причём последний выполнен из магнитомягкого материала в форме цилиндра или параллелепипеда с пазом под магнит.The inventive utility model DSA structurally differs from the prototype in that it consists of a differential Hall IC, a reverse bias magnet, in the form of a cylinder or parallelepiped, mechanically located at a certain distance behind the IC, greater than or equal to the thickness of the magnetic circuit, the latter made of soft magnetic material in the form of a cylinder or parallelepiped with a groove under the magnet.

Это соответствует критерию полезной модели «новизна. Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, что соответствует критерию полезной модели «технический уровень.This meets the criterion of the utility model “novelty. Signs that distinguish the claimed technical solution are not identified in other technical solutions when studying this and related areas of technology, which meets the criterion of the utility model "technical level.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает решение задачи полезной модели - повьппение надёжности и точности бесконтактных ДСА.The combination of the claimed features provides a solution to the problem of the utility model - increasing the reliability and accuracy of contactless DSA.

ДСА функционирует следующим образом. При вращении зубчатого ротора 1 на выходе дифференциальной ИС Холла 3 образуется последовательность выходных импульсов напряжения (или тока), частота F которой пропорциональна количеству К зубьев ротора 1. Импульсы с выхода ИС 3 в схеме обработки сигнала, размещённой на плате 7, поступают на вход делителя частоты схемы обработки сигнала, образующегоDSA operates as follows. When the gear rotor 1 is rotated, a sequence of output pulses of voltage (or current) is formed at the output of the Hall Hall 3 IS, the frequency F of which is proportional to the number K of the teeth of the rotor 1. The pulses from the output of the IS 3 in the signal processing circuit located on board 7 are fed to the input of the divider the frequency of the signal processing circuit forming

на выходе ДСА 2 последовательность импульсов, частота которой также пропорциональна количеству К зубьев ротора 1.at the output of the DSA 2 is a pulse train, the frequency of which is also proportional to the number K of the teeth of the rotor 1.

При вращении ротора 1 внутренние аналоговые сигналы от двух чувствительных элементов Холла в дифференциальной ИС 3, обратно смещённой магнитом 4, математически вычитаются в интегрированном дифференциальном усилителе, в присутствие или отсутствие зуба между чувствительными элементами выходной дифференциальный сигнал является нулевым, а при появлении края зуба сигнал является максимальным. В том случае, если неоднородности поверхности магнита 4 неодинаково смещают чувствительные элементы в дифференциальной ИС 3, дифференциальный сигнал в отсутствие и присутствие зуба ротора 1 является ненулевым, а при появлении края - не максимальным. Скважность выходного сигнала ухудщается по сравнению с оптимальной, равной двум. Существенное превышение установленных порогов ИС 3 вызывает ложное срабатывание ДСА 2.When the rotor 1 rotates, the internal analog signals from the two Hall sensitive elements in the differential IC 3, reverse biased by the magnet 4, are mathematically subtracted in the integrated differential amplifier, in the presence or absence of a tooth between the sensitive elements, the output differential signal is zero, and when the tooth edge appears, the signal is maximum. In the event that the inhomogeneities of the surface of the magnet 4 unequally shift the sensitive elements in the differential IC 3, the differential signal in the absence and presence of the tooth of the rotor 1 is nonzero, and when the edge appears, it is not maximum. The duty cycle of the output signal is reduced compared to the optimal one, equal to two. A significant excess of the established thresholds of IP 3 causes a false positive of DSA 2.

Конструктивные признаки заявляемого ДСА позволяют получить статическую скважность выходного сигнала на выходах ИС 3 и ДСА 2, максимально близкую к двум, при использовании магнитов со значительными неоднородностями намагничивания поверхности, повысить точность измерений, адаптировать к измерению скоростей, близких нулевой, увеличить допуски рабочего зазора воздушного d, повысить виброустойчивость ДСА, стойкость к перепадам температур. Введение магнитопровода 5 минимизирует магнитные неоднородности поверхности магнита 4, способствует минимизации других магнитных смещений, вызванных допусками ротора или присутствием магнитного окружения. Использование магнитопровода 5 может вызы зать незначительное снижение рабочего зазора d, но за счёт улучшения функциональных свойств (скважности) расширяет динамические пределы d в условиях вибрации и высокой температуры. Введение магнитопровода 5 расширяет верхний рабочий температурный предел, так как вызывает отвод тепла от магнита. В заявляемой полезной модели ДСА могут применяться как магниты из материала SmCo, так и дешёвые магниты из материала NdFeB, обычно необратимо стареющие при температурах порядка 150°С.The design features of the claimed DSA allow us to obtain a static duty cycle of the output signal at the outputs of IS 3 and DSA 2, which is as close as possible to two, when using magnets with significant inhomogeneities of the surface magnetization, to increase the accuracy of measurements, to adapt to the measurement of speeds close to zero, to increase the tolerances of the working air gap d , increase the vibration resistance of the DSA, resistance to temperature extremes. The introduction of the magnetic circuit 5 minimizes the magnetic heterogeneity of the surface of the magnet 4, helps to minimize other magnetic displacements caused by the tolerances of the rotor or the presence of a magnetic environment. The use of magnetic circuit 5 may cause a slight decrease in the working gap d, but due to the improvement of functional properties (duty cycle), it expands the dynamic limits of d under vibration and high temperature conditions. The introduction of the magnetic circuit 5 expands the upper working temperature limit, as it causes heat to be removed from the magnet. In the claimed utility model, DSA can use both magnets from SmCo material and cheap magnets from NdFeB material, usually irreversibly aging at temperatures of about 150 ° C.

В таблице приведены данные функционирования предлагаемого ДСА на основе ИС HAL320A Micronas Intermetall в паре с двумя роторами, со штампованным ротором, модуль ,25, и ротором типа шестерни с ,83 (отличающиеся данные в скобках). Как видно из таблицы, значения рабочего зазора d несколько различаются, в зависимости от формы, геометрии и материала ротора, а также геометрии, материала, параметровThe table shows the functioning data of the proposed DSA based on the HAL320A Micronas Intermetall IC paired with two rotors, with a stamped rotor, module, 25, and gear type rotor s, 83 (differing data in brackets). As can be seen from the table, the values of the working gap d are slightly different, depending on the shape, geometry and material of the rotor, as well as the geometry, material, parameters

М)M)

намагничивания смещающего магнита, толщины магнитопровода, техники сборки, но во всех случаях улучшаются функциональные свойства (скважность Q).magnetization of the biasing magnet, the thickness of the magnetic circuit, assembly technique, but in all cases the functional properties are improved (duty cycle Q).

Применение предлагаемой полезной модели ДСА обеспечивает положительный эффект: повышение надёжности и точности измерения скорости автомобиля.The application of the proposed utility model DSA provides a positive effect: increasing the reliability and accuracy of measuring vehicle speed.

ТаблицаTable

Claims

A non-contact vehicle speed sensor (DSA), including a magnetically sensitive element for measuring the angular speed of rotation of a ferromagnetic rotor, characterized in that it consists of a magnetically sensitive element rigidly fixed in a plastic case, and a sensor board with a signal processing circuitry located on it, and the magnetically sensitive element includes includes a Hall differential integrated circuit (IC), a permanent reverse bias magnet and a magnetic core of soft magnetic material, the latter being located forward reverse side of the IC and the biasing magnet.