Датчик определения положения объекта из магнитного материала

Авторы патента:

H01H36 - Переключатели, приводимые в действие изменением магнитного или электрического поля, например изменением относительного положения магнита и переключателя, путем экранирования

Полезная модель относится к области коммутационной техники, а именно, к устройствам позволяющим определять положение объекта из магнитного материала, управлять постоянным магнитным полем в трех плоскостях и регистрировать его положение. Это дает возможность использовать полезную модель при создании датчиков и различных систем позиционирования объектов, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять положение объектов изготовленных из магнитных материалов. Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в обеспечении определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, повышении виброустойчивости в работе, расширении функциональных возможностей, а именно в универсальности и простоты в применении, в повышении надежности в эксплуатации. Формула полезной модели содержит 1 независимый пункт и 1 зависимый пункт.

Известно техническое решение основанное на взаимодействии магнитного выключателя и объекта выполненного в виде шара, способного совершать перемещающиеся движения по вертикале, включающее также постоянный магнит и пружину с гнездом на котором расположен шар (Патент CN 201247731, «Ball-pressing magnetic-controlled switch for binding machine», МПК Н01Н 36/00, опубликован 2009-05-27).

Недостатком данного технического решения является низкая стабильность работы при вибрациях, а также определение положение объекта из магнитного материала только в одной плоскости.

Известно техническое решение, основанное на принципе удаления или приближения магнитного поля, включающее геркон, постоянный магнит, выполненный в виде бруска, закрепленного на маятнике и способным вращаться вокруг своей оси (Патент РФ 2444804, «Магнитоуправляемый коммутатор», МПК Н01Н 36/00, опубликовано 10.03.2012). Вращаясь по кругу, магнит приближается (и удаляется) по очереди к разным герконам, воздействуя на них по очереди.

Недостатком данного технического решения является необходимое наличие отдельных частей, постоянного магнита и геркона, имеющих возможность сближаться и удаляться друг от друга, что значительно сокращает область применения данного технического решения на практике, а также определение положение объекта из магнитного материала только в одной плоскости.

Известно техническое решения для определения положения объекта из магнитного материала и регистрации его наличия путем изменения расстояния между постоянным магнитом и герконом (патент РФ на изобретение 2304820, «Выключатель концевой герконовый» МПК Н01Н 36/00, приоритет от 04.07.2005). Устройство состоит из двух отдельных частей. Одна включает в себя постоянный магнит, вторая геркон. При их сближении контакты геркона входят в магнитное поле, что переводит их в противоположное логическое состояние.

Недостатком данного технического решения является обязательное наличие двух отдельных частей, постоянного магнита и геркона, имеющих возможность сближаться и удаляться друг от друга, что значительно сокращает область применения данного технического решения на практике, а также определение положение объекта из магнитного материала только в одной плоскости.

Известно техническое решение управления магнитным полем и регистрации его наличия, с использованием экранирующие свойства магнитных материалов, которые при входе в контролируемую зону, между магнитом и герметичным магнитоуправляемым контактом (герконом), демпфируют магнитное поле, снимая его с контактов геркона и переводя их в противоположное логическое состояние (Магниточувствительный выключатель MS GR2P-L (http://www.teko-market.ru/datchik/ms-gr2p-l-2284), выбранный в качестве прототипа. Данное техническое решение предполагает наличие корпуса, щели в нем, с разной стороны от которой расположены геркон и магнит, и пластины выполненной из магнитного материала.

Недостатком данного технического решения являются повышенные требования по монтажу и допускам по несоосности пластины и щели в корпусе переключателя, разделяющего геркон от управляющего магнита, а также необходимость точного и строгого позиционирования контролируемого объекта в небольшой зоне срабатывания определяемой размером щели. Также недостатками данного технического решения являются низкая виброустойчивость в работе и определение положение объекта из магнитного материала только в одной плоскости.

Перед авторами ставилась задача разработать датчик определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, выполненного в едином корпусе с возможностью обеспечения виброустойчивости в работе.

Поставленная задача решается тем, что в датчике определения положения объекта из магнитного материала, включающем в себя корпус из немагнитного материала, магнит, создающий постоянное магнитное поле, хотя бы один магнитоуправляемый элемент, расположенный хотя бы в одной плоскости, дополнительно в корпусе создана камера с крышкой, заполненная демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполнен в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью, помещенным в камеру свободно вращающимся хотя бы в одной плоскости. При этом тело вращения выполнено либо в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в обеспечении определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, повышении виброустойчивости в работе, расширении функциональных возможностей, а именно универсальности и простоты в применении, в повышении надежности в эксплуатации.

Заявляемая полезная модель определения положения объекта из магнитного материала поясняется блок-схемой, представленной на фиг.1, где 1 - корпус из немагнитного материала, 2 - камера, 3 - крышка, 4 - демпфирующая жидкость, 5 - постоянный магнит, 6 - магнитное поле, 7, 8, 9 - магнитоуправляемые элементы, 10 - объект из магнитного материала.

На фиг.2 представлена блок-схема поясняющая переход объекта из магнитного материала в плоскость «В», где 3 - крышка, 4 - демпфирующая жидкость, 5 - постоянный магнит, 7, 8, 9 - магнитоуправляемые элементы, 10 - объект из магнитного материала.

На фиг.3 представлена блок-схема поясняющая переход объекта из магнитного материала в плоскость «С», где 3 - крышка, 4 - демпфирующая жидкость, 5 - постоянный магнит, 7, 8, 9 - магнитоуправляемые элементы, 10 - объект из магнитного материала.

Принцип работы заявляемого датчика определения положения объекта из магнитного материала можно пояснить на основе фиг.1, где в корпусе из немагнитного материала 1 создана камера 2, с закрывающейся крышкой 3. Причем камеру 2 заполняют демпфирующей жидкостью 4. Демпфирующая жидкость 4 применяют для уменьшения силы инерции вращения магнита и снижения силы трения между магнитом, и стенками камеры корпуса, что обеспечивает стабильность работы при вибрации. Постоянный магнит 5 выполняют в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью и размещают в камере 2 в свободном состоянии, и способным вращаться хотя бы в одной плоскости, причем тело вращения выполняют в виде шара, либо цилиндра, либо диска, либо кольца.

В корпусе из немагнитного материала 1, вне камеры 2, располагают хотя бы в одной плоскости хотя бы один магнитоуправляемый элемент 7, 8, 9., На фиг.1 показано расположение магнитоуправляемых элементов 7, 8, 9 в 3-х разных плоскостях в зоне воздействия магнитного поля 6. Постоянный магнит 5 создает постоянное магнитное поле 6 и воздействует хотя бы на один магнитоуправляемый элемент 7, 8, 9. При приближении объекта из магнитного материала 10, в плоскости «А», к корпусу из немагнитного материала 1 на расстояние равное или меньшее расстоянию распространения магнитного поля 6, постоянный магнит 5 выполненный в виде тела вращения разворачивается к нему одним из полюсов. При этом магнитоуправляемый элемент 7 попадает под воздействие противоположного полюса магнитного поля 6 и его контакт меняет свое логическое состояние, регистрируя положение объекта из магнитного материала 10 в плоскости «А».

При приближении объекта из магнитного материала 10 в плоскости «В», постоянный магнит 5 в виде тала вращения под действием силы магнитного поля 6 разворачивается одним из полюсов в сторону плоскости «В», где находиться объект из магнитного материала 10. В это время магнитоуправляемый элемент 8 попадает под воздействие противоположного полюса магнитного поля 6 и его контакт меняет свое логическое состояние, регистрируя положение объекта из магнитного материала 10 в плоскости «В».

Далее, при приближении объекта из магнитного материала 10 в плоскости «С», постоянный магнит 5 в виде тела вращения под действием силы магнитного поля 6 разворачивается одним из полюсов в сторону плоскости «С» где находиться объект из магнитного материала 10. В это время магнитоуправляемый элемент 9 попадает под воздействие противоположного полюса магнитного поля 6 и его контакт меняет свое логическое состояние, регистрируя положение объекта из магнитного материала 10 в плоскости «С».

Таким образом, датчик обеспечивает определение положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях. Соединение постоянного магнита и магнитоуправляемых элементов в одном корпусе значительно упрощает конструкцию и в отличие от технических решений, основанных на обязательном наличие двух отдельных частей, постоянного магнита и геркона. Экономичность в реализации представленной полезной модели обеспечена также использованием элементарной кинематической схемы, без сложных механических и электрических составляющих, не требующих для реализации дорогостоящих технологий и материалов. В связи с этим, датчик расширяет функциональные возможности, надежен в эксплуатации, обеспечивает универсальность и простоту в применении, обеспечивает низкую стоимостью в производстве, а также легкую интеграцию в существующие системы автоматизации технологических процессов.

Заявляемая полезная модель позволяет создавать устройства в едином корпусе с меньшим весом и габаритами, со стабильными выходными характеристиками, не требующие в процессе эксплуатации дополнительных настроек, регулировок. Это дает возможность помещать их в различного рода защитные оболочки, корпуса, кожуха и герметизировать компаундами, получая изделия с повышенной степенью защиты до IР67 по ГОСТ 14254-96 и выше, вандалоустойчивые, с высокими эксплуатационными характеристиками, предназначенными для работы в жестких условиях эксплуатации:

- в условиях повышенного давления;

- при наличии вибрации;

- в сложных климатических условиях;

- в агрессивных средах;

- в условиях повышенных и пониженных температур;

- в условиях сильных абразивных и механических воздействий.

1. Датчик определения положения объекта из магнитного материала, включающий в себя корпус из немагнитного материала, магнит, создающий постоянное магнитное поле, хотя бы один магнитоуправляемый элемент, расположенный хотя бы в одной плоскости, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно создана камера с крышкой, заполненная демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполнен в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью, помещенным в камеру свободно вращающимся хотя бы в одной плоскости.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что тело вращения выполнено либо в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.