用于電磁感應(yīng)式角度傳感器的pcb線圈及角度測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的PCB線圈及其角度測量方法。包括：用于接收由轉(zhuǎn)子反射線圈發(fā)射出的信號的接收線圈、用于接收定子發(fā)射線圈的激勵磁場轉(zhuǎn)子反射線圈、用于給轉(zhuǎn)子反射線圈激勵信號的定子發(fā)射線圈；接收線圈和定子發(fā)射線圈相互連接，且固定在靜止的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子反射線圈位于傳感器轉(zhuǎn)子上，三個線圈之間共軸且平行固定放置，所述的轉(zhuǎn)子反射線圈包括環(huán)形線圈部分和銅片部分，環(huán)形線圈部分和銅片部分呈扇形。本發(fā)明可以實現(xiàn)角度的非接觸式測量，并且有精度高，成本低，安裝方便，便于維護(hù)和管理，對環(huán)境的要求不苛刻的優(yōu)點，可以精確地、穩(wěn)定地、快速地完成任務(wù),解決了角度測量方法的可靠性，精度，以及成本等諸多問題。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及角度傳感器領(lǐng)域，尤其涉及了一種用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的 PCB線圈及其角度測量方法。 用于電磁感應(yīng)式角度傳感器的PCB線圈及角度測量方法

【背景技術(shù)】
[0002] 角度傳感器作為電機中的一個重要的基礎(chǔ)元件，在許多具有重大戰(zhàn)略意義的產(chǎn)業(yè) 中都占有重要地位。在高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)中，高效內(nèi)燃機的實現(xiàn)的一個重要方式就是精確控制 燃油與空氣輸入的節(jié)氣閥；在高端裝備制造產(chǎn)業(yè)中，航空渦輪發(fā)動機與控制系統(tǒng)需要對電 機轉(zhuǎn)角的精確控制，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)中更是將新型傳感技術(shù)作為發(fā)展重點在第一條列 出，多維精密機床的實現(xiàn)都之有關(guān)；新能源汽車產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)汽車的均勻高效加速也需要對 電機轉(zhuǎn)角有個精確的檢測。
[0003] 相對于低壽命、難維護(hù)的接觸式角度傳感器，非接觸式的角度傳感器可以避免摩 擦，進(jìn)而避免影響測量精度以及關(guān)鍵部件上的不可靠性。
[0004] 主要的非接觸角度傳感器有光電式角度傳感器。但是，該傳感器一般對使用的環(huán) 境要求比較的苛刻，有少許的灰塵進(jìn)入光柵都會給傳感器帶來致命的破壞，抗振性也較差， 對于安裝的要求非常的高，有少許的偏差就會使傳感器不能正常工作，而且價格昂貴，非一 般人和企業(yè)能用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決角度傳感器的可靠性，精度，以及成本等諸多問題，在此提出一種基于無 線電能傳輸和電磁感應(yīng)的角度測量方法。這種角度測量方法不僅測量精度高，而且成本低， 安裝方便，便于維護(hù)和管理，對環(huán)境的要求也沒有光電式那樣苛刻，只要不在強磁環(huán)境下工 作，便可以精確地、穩(wěn)定地、快速地完成任務(wù)。
[0006] 用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的PCB線圈包括： 接收線圈，用于接收由轉(zhuǎn)子反射線圈發(fā)射出的信號， 轉(zhuǎn)子反射線圈，用于接收定子發(fā)射線圈的激勵磁場， 定子發(fā)射線圈，用于給轉(zhuǎn)子反射線圈激勵信號； 接收線圈和定子發(fā)射線圈相互連接，且固定在靜止的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子反射線圈位于傳感 器轉(zhuǎn)子上，三個線圈之間共軸且平行固定放置，所述的轉(zhuǎn)子反射線圈包括環(huán)形線圈部分和 銅片部分，環(huán)形線圈部分和銅片部分呈扇形，所述的定子發(fā)射線圈形狀為蚊香狀，定子發(fā)射 線圈中電流同相。
[0007] 所述的接收線圈包括接收粗調(diào)線圈和接收細(xì)調(diào)線圈，接收粗調(diào)線圈的位置正對轉(zhuǎn) 子反射線圈中環(huán)形線圈部分，接收細(xì)調(diào)線圈的位置正對轉(zhuǎn)子反射線圈中的銅片部分。
[0008] 所述的接收粗調(diào)線圈由兩股線圈以半圓盤的形狀反向繞制而成，兩個圓盤形的切 向電流方向相反，所述的接收粗調(diào)線圈包括sin接收粗調(diào)線圈和cos接收粗調(diào)線圈，sin接 收粗調(diào)線圈和cos接收粗調(diào)線圈以90°夾角放置。
[0009] 所述的接收細(xì)調(diào)線圈由線圈環(huán)繞成圈而成，相鄰的線圈產(chǎn)生的激勵磁場方向相 反，所述的接收細(xì)調(diào)線圈包括sin接收細(xì)調(diào)線圈和cos接收細(xì)調(diào)線圈；sin接收細(xì)調(diào)線圈和 cos接收細(xì)調(diào)線圈以90°夾角放置。
[0010] 所述的用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的PCB線圈的角度測量的方法包括如下 步驟： 1) 前端電源模塊對定子發(fā)射線圈進(jìn)行交流激勵，在定子發(fā)射線圈軸向產(chǎn)生交變磁場； 2) 定子發(fā)射線圈產(chǎn)生的軸向交變磁場在接收線圈和轉(zhuǎn)子反射線圈中激勵產(chǎn)生交變電 流，接收線圈中的sin接收粗調(diào)線圈、cos接收粗調(diào)線圈、sin接收細(xì)調(diào)線圈和cos接收細(xì)調(diào) 線圈相對于定子發(fā)射線圈的有效磁通面積為〇,即定子發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感是 互相不耦合的，接收線圈中總激勵電流為〇 ;對于轉(zhuǎn)子反射線圈，在扇形的環(huán)形線圈部分產(chǎn) 生相應(yīng)的激勵電流，在銅片部分，則產(chǎn)生激勵渦流； 3) 轉(zhuǎn)子反射線圈中產(chǎn)生的激勵電流和激勵渦流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生相應(yīng)的交變磁 場；轉(zhuǎn)子反射線圈中產(chǎn)生的交變磁場與定子發(fā)射線圈中產(chǎn)生的交變磁場方向相反，大小成 正比關(guān)系； 4) 轉(zhuǎn)子反射線圈產(chǎn)生的交變磁場激勵接收線圈，并且在接收線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的激勵電 流，接收線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電場與接收線圈和轉(zhuǎn)子反射線圈的角度Θ有關(guān)； 當(dāng)轉(zhuǎn)子反射線圈產(chǎn)生的交變磁場激勵接收線圈的sin接收粗調(diào)線圈上時，sin接收粗 調(diào)線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電場，感應(yīng)電場與接收線圈和轉(zhuǎn)子反射線圈的角度Θ的關(guān)系如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的PCB線圈，其特征在于包括： 接收線圈（5)，用于接收由轉(zhuǎn)子反射線圈（6)發(fā)射出的信號， 轉(zhuǎn)子反射線圈（6)，用于接收定子發(fā)射線圈（7)的激勵磁場， 定子發(fā)射線圈（7)，用于給轉(zhuǎn)子反射線圈（6)激勵信號； 接收線圈（5)和定子發(fā)射線圈（7)在同一塊PCB板上，且固定在靜止的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子反 射線圈（6)位于傳感器轉(zhuǎn)子上，三個線圈之間共軸且平行固定放置；所述的轉(zhuǎn)子反射線圈 (6)包括環(huán)形線圈部分（13)和銅片部分（12)，且環(huán)形線圈部分（13)和銅片部分（12)呈扇 形；所述的定子發(fā)射線圈（7)形狀為蚊香狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的線圈，其特征在于所述的 接收線圈（5)包括接收粗調(diào)線圈和接收細(xì)調(diào)線圈，接收粗調(diào)線圈的位置正對轉(zhuǎn)子反射線圈 (6)中環(huán)形線圈部分（13)，接收細(xì)調(diào)線圈的位置正對轉(zhuǎn)子反射線圈（6)中的銅片部分（12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的線圈，其特征在于所述的 接收粗調(diào)線圈在PCB板上呈現(xiàn)兩個反繞的扇形線圈，且兩個扇形的切向電流方向相反；所 述的接收粗調(diào)線圈包括sin接收粗調(diào)線圈（2)和cos接收粗調(diào)線圈（4)，sin接收粗調(diào)線圈 (2)和cos接收粗調(diào)線圈（4)以90°夾角在PCB板上印制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的線圈，其特征在于所述 的接收細(xì)調(diào)線在PCB板上呈現(xiàn)多個反繞的環(huán)形線圈，且相鄰的線圈產(chǎn)生的激勵磁場方向相 反，所述的接收細(xì)調(diào)線圈包括sin接收細(xì)調(diào)線圈（1)和cos接收細(xì)調(diào)線圈（3) ; sin接收細(xì) 調(diào)線圈（1)和cos接收細(xì)調(diào)線圈（3)以90°夾角在PCB板上印制。
5. -種實施如權(quán)利要求1所述的用于電磁感應(yīng)式角度傳感器裝置的PCB線圈的角度測 量的方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 前端電源模塊對定子發(fā)射線圈（7)進(jìn)行交流激勵，在定子發(fā)射線圈（7)軸向產(chǎn)生交 變磁場； 2) 定子發(fā)射線圈（7)產(chǎn)生的軸向交變磁場在接收線圈（5)和轉(zhuǎn)子反射線圈（6)中激勵 產(chǎn)生交變電流，其中接收線圈（5)中的sin接收粗調(diào)線圈（2)、cos接收粗調(diào)線圈（4)、sin接 收細(xì)調(diào)線圈（1)和cos接收細(xì)調(diào)線圈（3)相對于定子發(fā)射線圈（7)的有效磁通面積為0,即 定子發(fā)射線圈（7)與接收線圈（5)之間的電感是互相不耦合的，接收線圈（5)中總激勵電流 為〇 ;對于轉(zhuǎn)子反射線圈（6)，在扇形的環(huán)形線圈部分（13)產(chǎn)生相應(yīng)的激勵電流，在銅片部 分（12)，則產(chǎn)生激勵渦流； 3) 轉(zhuǎn)子反射線圈（6)中產(chǎn)生的激勵電流和激勵渦流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生相應(yīng)的交 變磁場；轉(zhuǎn)子反射線圈（6)中產(chǎn)生的交變磁場與定子發(fā)射線圈（7)中產(chǎn)生的交變磁場方向 相反，大小成正比關(guān)系； 4) 轉(zhuǎn)子反射線圈（6)產(chǎn)生的交變磁場激勵接收線圈（5)，并且在接收線圈（5)中產(chǎn)生相 應(yīng)的激勵電流，接收線圈（5)中產(chǎn)生的感應(yīng)電場與接收線圈（5)和轉(zhuǎn)子反射線圈（6)的角 度Θ有關(guān)； 當(dāng)轉(zhuǎn)子反射線圈（6)產(chǎn)生的交變磁場激勵接收線圈（5)的sin接收粗調(diào)線圈（2)上時， sin接收粗調(diào)線圈（2)中會產(chǎn)生感應(yīng)電場，感應(yīng)電場與接收線圈（5)和轉(zhuǎn)子反射線圈（6)的 角度Θ的關(guān)系如下：
【文檔編號】G01B7/30GK104061854SQ201410194952
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月11日
【發(fā)明者】李霄霄, 鄭翰, 林逸銘 申請人:浙江大學(xué)