способ определения положения объекта из магнитного материала и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ определения положения объекта из магнитного материала, включающий использование корпуса из немагнитного материала, магнита, создающего постоянное магнитное поле, хотя бы одного магнитоуправляемого элемента, расположенного хотя бы в одной плоскости, организацию взаимодействия между магнитоуправляемым элементом и магнитным полем хотя бы в одной плоскости, отличающийся тем, что дополнительно в корпусе из немагнитного материала создают камеру с крышкой, последнюю наполняют демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполняют в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью и размещают в камере в свободном состоянии, способным вращаться хотя бы в одной плоскости, обеспечивают доступ объекта из магнитного материала к корпусу в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостях, регистрируют изменение ориентации постоянного магнита хотя бы в одной плоскости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тело вращения с диаметральной намагниченностью выполняют либо в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.

3. Устройство для определения положения объекта из магнитного материала, включающее в себя корпус из немагнитного материала, магнит, создающий постоянное магнитное поле, хотя бы один магнитоуправляемый элемент, расположенный хотя бы в одной плоскости, отличающее 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.

4. Устройство по п.5, отличающееся тем, что тело вращения с диаметральной намагниченностью выполнено либо в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области коммутационной техники, а именно к способам и устройствам, позволяющим определять положение объекта из магнитного материала, управлять постоянным магнитным полем в трех плоскостях и регистрировать его положение. Это дает возможность использовать изобретение 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.

Известно техническое решение взаимодействия магнитного выключателя и объекта, выполненного в виде шара, способного совершать перемещающиеся движения по вертикали, включающее также постоянный магнит и пружину с гнездом на котором расположен шар (Патент CN 201247731, «Ball-pressing magnetic-controlled switch for binding machine», МПК H01H 36/00, опубл. 2009-05-27). Принцип действия основан на отдалении или приближении магнитного поля, а именно изменение расстояния между объектом из магнитного материала и магнитом, влияющим на контакты выключателя.

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

Известно техническое решение, основанное на принципе удаления или приближения объекта из магнитного материала, включающее геркон, постоянный магнит, выполненный в виде бруска, закрепленного на маятнике и способного вращаться вокруг своей оси (Патент РФ № 2444804, Магнитоуправляемый коммутатор, МПК Н01Н 36/00, опубл. 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 способа на практике, а также определение положения 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, использующее данный способ, 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 способа на практике, а также определение положения 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 (), 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.

Недостатками 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 положения объекта из магнитного материала только в одной плоскости.

Перед авторами ставилась задача разработать способ определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях и устройство для его реализации, выполненного в едином корпусе, а так же повысить виброустойчивость в работе.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения положения объекта из магнитного материала, включающем использование корпуса из немагнитного материала, магнита, создающего постоянное магнитное поле хотя бы одного магнитоуправляемого элемента, расположенного хотя бы в одной плоскости, организацию взаимодействия между магнитоуправляемым элементом и магнитным полем хотя бы в одной плоскости, дополнительно в корпусе из немагнитного материала создают камеру с крышкой, последнюю наполняют демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполняют в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью и размещают в камере в свободном состоянии, способным вращаться хотя бы в одной плоскости, обеспечивают доступ объекта к корпусу в трех плоскостях, регистрируют изменение ориентации постоянного магнита хотя бы в одной плоскости, а тело вращения выполняют в виде шара либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.

Способ реализуется с помощью устройства, включающего в себя корпус из немагнитного материала, магнит, создающий постоянное магнитное поле, хотя бы один магнитоуправляемый элемент, расположенный хотя бы в одной плоскости, а 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, причем тело вращения выполнено в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца.

Технический эффект заявляемого технического решения 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.

Заявляемый способ определения положения объекта из магнитного материала реализуется с помощью устройства, которое 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 способа определения положения объекта из магнитного материала и устройства для его реализации 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. Демпфирующую 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 расстояния 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 тела вращения под действием силы магнитного поля 6 разворачивается одним из полюсов в сторону плоскости В, где находится 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 находится 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, обеспечивается определение положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, а именно доступа объекта из магнитного материала к корпусу в одной из трех взаимно перпендикулярных плоскостях с регистрацией изменения ориентации постоянного магнита хотя бы в одной плоскости. Соединение постоянного магнита и магнитоуправляемых элементов в одном корпусе значительно упрощает конструкцию в отличие от технических решений, основанных на обязательном наличие двух отдельных частей, постоянного магнита и геркона. Экономичность в реализации представленного технического решения обеспечена также использованием элементарной кинематической схемы, без сложных механических и электрических составляющих, не требующих для реализации дорогостоящих технологий и материалов. В связи с этим устройства, реализованные на данном способе, позволяют расширить их функциональные возможности, повысить надежность в эксплуатации, обеспечить универсальность и простоту в применении и при этом достичь технологичности в изготовлении, обеспечить низкую стоимостью и легкую интеграцию в существующие системы автоматизации технологических процессов. Заявляемое техническое решение 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 IP67 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.