具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器的制造方法
【專利摘要】本實用新型請求保護一種具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為：將激磁線圈和感應(yīng)線圈都制作在定子上，在轉(zhuǎn)子上嵌有用軟磁材料制作的多個細長條，結(jié)構(gòu)簡單。一組感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢所需的變化的磁場由一個激磁線圈產(chǎn)生。給激磁線圈輸入激磁信號，激磁線圈產(chǎn)生變化的磁場。隨著轉(zhuǎn)子與定子相對位置的變化，細長條與線圈的相對位置發(fā)生變化，由于多個細長條的作用，每組內(nèi)奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的磁場強度變化率比值發(fā)生變化，由于奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞圈數(shù)相同、方向相反，電動勢合成后的值發(fā)生變化，使得輸出的感應(yīng)電壓產(chǎn)生變化，可知輸出的感應(yīng)電壓的幅值帶有定子與轉(zhuǎn)子相對位置信息，經(jīng)過對輸出的感應(yīng)電壓采樣和計算，即可得到空間相對角度值。
【專利說明】具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，是基于電磁感應(yīng)原理進行設(shè)計的相對空間位移測量傳感器。

【背景技術(shù)】
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[0002]目前，利用電磁原理制造的角度傳感器在各種儀器和設(shè)備上有著幾十年的廣泛的應(yīng)用，感應(yīng)同步器就是這類部件的典型代表。
[0003]感應(yīng)同步器以電磁感應(yīng)原理為設(shè)計基本根據(jù)，通過激磁電路對激磁線圈輸入變化電流，使得感應(yīng)線圈輸出感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓大小取決于激磁電流的變化、軟磁材料體的分布、線圈形狀和激磁線圈與感應(yīng)線圈的相對位置。對感應(yīng)電壓進行采樣和計算，即可得到空間相對位置的測量數(shù)據(jù)。
[0004]分離式角度測量感應(yīng)同步器分為兩個部件，一個部件安裝在轉(zhuǎn)動軸上，簡稱為轉(zhuǎn)子，另一個部件安裝在軸座上，簡稱為定子，兩個部件之間有很小的間隙(一般是零點幾毫米)，兩個部件的相對面簡稱工作面。
[0005]轉(zhuǎn)子與定子相對空間位置的角度值變化時，由感應(yīng)線圈輸出的兩路感應(yīng)電壓信號的幅值也發(fā)生變化，對這兩路感應(yīng)電壓信號的電壓進行采樣并轉(zhuǎn)換，得到兩個自變量是空間角度值的周期性數(shù)值函數(shù)，在360°內(nèi)有N個周期，這兩個周期函數(shù)相位差是四分之一個周期，一個周期對應(yīng)360°等分的N個子區(qū)間中的一個。感應(yīng)同步器配上電子部分，即可組成增量式空間位置測量系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明是生成感應(yīng)電壓信號的部件的一種新的結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]分離式圓感應(yīng)同步器包括定子和轉(zhuǎn)子；本
【發(fā)明內(nèi)容】
是:
[0008]具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器的創(chuàng)新，其特征為:參看圖1、圖2中A所指，在定子上包括激磁線圈和感應(yīng)線圈組，感應(yīng)線圈組的個數(shù)可選大于等于4的偶數(shù)，感應(yīng)線圈組環(huán)形排列；每組內(nèi)的相鄰感應(yīng)線圈相對于圓心的夾角為360° /2N，N為編碼在360°內(nèi)的周期數(shù)；每組內(nèi)奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞方向相反，參看圖7 ;感應(yīng)線圈磁芯的橫斷面是長方形，感應(yīng)線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個用軟磁材料制造的環(huán)形圈上；軟磁材料的環(huán)形圈固定在用抗磁材料制造的環(huán)形圈上，抗磁材料的環(huán)形圈固定在定子基體上；參看圖1、圖2中F所指，激磁線圈在感應(yīng)線圈組內(nèi)側(cè)環(huán)形排列，一個激磁線圈對應(yīng)一組感應(yīng)線圈；激磁線圈磁芯的橫斷面是圓弧形，激磁線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個用軟磁材料制造的環(huán)形圈上；所有激磁線圈串連后輸入同一個激磁信號，一組感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓所需要的變化磁場由一個激磁線圈產(chǎn)生；參看圖1、圖2中D所指，轉(zhuǎn)子上固定著抗磁材料制造的環(huán)形圈，在抗磁材料的環(huán)形圈上環(huán)形均勻鑲嵌著N個用軟磁材料制成的長方體細長塊(簡稱導(dǎo)磁塊)，導(dǎo)磁塊的一個面處于轉(zhuǎn)子的工作平面上；激磁線圈、感應(yīng)線圈、軟磁材料的環(huán)形圈和導(dǎo)磁塊組成感應(yīng)電壓產(chǎn)生部件；當(dāng)激磁線圈產(chǎn)生變化磁場時，轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)夾角不同就是導(dǎo)磁塊與線圈的相對位置不同，由于多個導(dǎo)磁塊的作用，影響奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率的比值。由于奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞圈數(shù)相同、方向相反，使得一組感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電動式之和的絕對值和方向有所不同，參看圖3、圖4，輸出的感應(yīng)電壓帶有位置信息；奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈組內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第一路感應(yīng)信號，偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈組內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第二路感應(yīng)信號；配置上電子部分，即可組成增量式角位置編碼器，用于增量式角位置測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0009]圖1為轉(zhuǎn)子和定子工作面示意圖，A為感應(yīng)線圈部分，F(xiàn)為激磁線圈，D為鑲嵌轉(zhuǎn)子上的N個軟磁材料的長方體塊；
[0010]圖2為一組編碼部件的示意圖；
[0011]圖3為徑向觀看的感應(yīng)線圈磁通示意圖，J1、J2、J3、J4為感應(yīng)線圈中的4個，G1、G2、G3、G4為感應(yīng)線圈中的另外4個；
[0012]圖4為軸向觀看的感應(yīng)線圈磁通示意圖；
[0013]圖5為激磁電流與感應(yīng)電壓曲線示意圖，此感應(yīng)電壓曲線是轉(zhuǎn)子與定子某一相對空間位置時的形狀；
[0014]圖6為空間角位置是自變量，ti時刻的感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換出的數(shù)值為函數(shù)值的曲線，Ds和Dc分指這兩個函數(shù)；
[0015]圖7為線圈繞法局部示意圖。

【具體實施方式】
:
[0016]本發(fā)明能夠以很多種方式來實施，選擇一個較佳例子進行說明實施方式。本文所示的例子中N = 90。
[0017]參看圖1、圖2中A所指，在定子上制作了 8組感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈組環(huán)形排列；每組內(nèi)包含20個感應(yīng)線圈，每組內(nèi)的相鄰兩個感應(yīng)線圈相對于圓心的夾角為2°，感應(yīng)線圈磁芯橫斷面形狀是長方形，感應(yīng)線圈磁芯的一端面處于定子的工作面上，另一端固定在一個軟磁材料的環(huán)形圈上。軟磁材料的環(huán)形圈固定在用抗磁材料制造的環(huán)形圈上，抗磁材料的環(huán)形圈固定在定子基體上。參看圖1、圖2中F所指，在定子上制作了 8個激磁線圈，在感應(yīng)線圈組內(nèi)側(cè)環(huán)形排列，線圈磁芯橫斷面的形狀是圓弧形狀，線圈磁芯的一端面處于定子的工作面上，另一端固定在一個軟磁材料的環(huán)形圈上。
[0018]參看圖7，每組內(nèi)奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈纏繞方向與偶數(shù)序號的相反。
[0019]8個激磁線圈串連，輸入一個激磁信號；第I，3，5，7組內(nèi)的感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第一路感應(yīng)信號，第2，4，6，8組內(nèi)的感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第二路感應(yīng)信號。
[0020]參看圖1、圖2中D所指，在轉(zhuǎn)子上固定的用抗磁材料制造的環(huán)形圈上嵌有用軟磁材料制作的90個長方體導(dǎo)磁塊，90個導(dǎo)磁塊環(huán)形均勻分布。激磁線圈、感應(yīng)線圈、軟磁材料的環(huán)形圈和導(dǎo)磁塊組成產(chǎn)生感應(yīng)信號的部件。
[0021]參看圖2，轉(zhuǎn)子與定子同軸安裝好后，線圈磁芯端頭所在的工作平面與導(dǎo)磁塊所在的工作平面向?qū)Γg隙很小，一般取值在0.1至0.5毫米之間。
[0022]下面敘述工作原理，激磁電流通過激磁線圈時，轉(zhuǎn)子與定子的相對位置不同就是導(dǎo)磁塊與線圈的相對位置不同，由于導(dǎo)磁塊的作用，引起激磁線圈產(chǎn)生的變化的磁場的磁場強度變化率的分布不同，導(dǎo)致每組內(nèi)奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通量變化率相對于偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈內(nèi)的磁通量變化率也不同，最終使得輸出的感應(yīng)電壓信號的最大幅值的不同。
[0023]參看圖3、圖4，從一組內(nèi)截取了幾個線圈，說明4個不同的相對角位置情形下磁場強度的分布情況和感應(yīng)電壓值的變化。序號為Ji的感應(yīng)線圈與序號為Gi的感應(yīng)線圈的繞線圈數(shù)相同、方向相反Q = 1，2，3，4)。參看圖5，在激磁電流由負(fù)最大值向正最大值線性變化過程中，激磁線圈產(chǎn)生變化的磁場。參看圖3(1)和圖4(1)，導(dǎo)磁塊處于Ji序號的感應(yīng)線圈的正上方，此種情況下，Ji序號的感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率大于Gi序號的感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率，從而8個感應(yīng)線圈上的電動勢合成不為零，輸出的感應(yīng)電壓值不為零，圖5中ti時刻感應(yīng)信號的幅值的絕對值達到最大值；圖3(2)和圖4(2)所示是導(dǎo)磁塊處于Ji序號的感應(yīng)線圈和Gi序號的感應(yīng)線圈之間的正上方，此時8個感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率相同，由于Ji序號的感應(yīng)線圈和Gi序號的感應(yīng)線圈的纏繞圈數(shù)相同和方向相反，8個感應(yīng)線圈上的電動勢合成為零，輸出的感應(yīng)電壓值為零；參看圖3 (3)、圖4 (3)所示是導(dǎo)磁塊處于Gi序號的感應(yīng)線圈的正上方，Ji序號的感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率小于Gi序號的感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率，從而8個感應(yīng)線圈上的電動勢合成不為零，圖5中ti時刻感應(yīng)信號的幅值的絕對值達到最大值；與圖3(1)和圖4(1)所示情況下符號相反。圖3 (4)和圖4(4)所示是導(dǎo)磁塊處于Ji序號的感應(yīng)線圈和Gi序號的感應(yīng)線圈之間的正上方，此時8個感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率相同，由于Ji序號的感應(yīng)線圈和Gi序號的感應(yīng)線圈纏繞圈數(shù)相同和方向相反，8個感應(yīng)線圈上的電動勢合成為零。參看圖5，當(dāng)相對位置的角度值連續(xù)變化時，在激磁電流強度值線性變化區(qū)間內(nèi)的ti時刻對輸出電壓采樣和A/D轉(zhuǎn)換，得到一個周期函數(shù)。
[0024]對兩路輸出的感應(yīng)電壓采樣和A/D轉(zhuǎn)換，即可得到兩個周期函數(shù)，周期是4° ;通過對產(chǎn)生兩路感應(yīng)信號的線圈組的空間角位置的設(shè)定，容易使得兩個周期函數(shù)的相位差是四分之一個周期(1° )，圖6所示一個周期的函數(shù)曲線。利用一對函數(shù)值的比值，利用反正切函數(shù)進行計算，可以得到一個數(shù)值，這個數(shù)值在空間的一個周期內(nèi)就是轉(zhuǎn)子與定子相對角位置差的角度值，當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子連續(xù)轉(zhuǎn)動一周時，形成空間角位置差與角度值之間的周期函數(shù)，每個周期內(nèi)都是線性函數(shù)，函數(shù)值的范圍是0°至4°。如果設(shè)定開始測量過程時轉(zhuǎn)子相對于定子角位置差所在區(qū)間為零點所在區(qū)間，實時判斷是否從一個周期的空間區(qū)間跨越到另一個相鄰的空間區(qū)間，通過對跨越區(qū)間造成的角度值的突變進行補償，即可的得到增量編碼形式的相對轉(zhuǎn)動的空間角位置差的正確的累計轉(zhuǎn)動角度值。能夠通過實時判斷得到從一個周期空間區(qū)間跨越到另一個相鄰的空間區(qū)間的正確判斷結(jié)果的前提是:空間角位置的測量不可間斷，并且頻率要高，高到兩次測量的時間間隔內(nèi)，轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動的角位置差的絕對值小于半個周期(2° )。具體判斷方法是:如果當(dāng)前由采樣得到一對模數(shù)轉(zhuǎn)換值計算出的數(shù)值與前一次由采樣得到一對模數(shù)轉(zhuǎn)換值計算出的數(shù)值之差的絕對值大于半個周期長度(2° )，并且當(dāng)前值大于前一個值，說明負(fù)向轉(zhuǎn)動跨越到相鄰的區(qū)間內(nèi)了，累計轉(zhuǎn)動角度值計算時要減去一個周期的長度(4° );如果差的絕對值大于半個周期長度時，并且當(dāng)前值小于前一個值，說明正向轉(zhuǎn)動跨越到相鄰的區(qū)間內(nèi)了，累計轉(zhuǎn)動角度值計算時要加上一個周期的長度(4° );以上是對增量式編碼的計算方法的簡單介紹。總之，本文內(nèi)列舉的感應(yīng)同步器配上電子部分即可實現(xiàn)增量式角度測量功能。
【權(quán)利要求】
1.具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為:在定子上包括激磁線圈和感應(yīng)線圈組，感應(yīng)線圈組的個數(shù)可選大于等于4的偶數(shù)，感應(yīng)線圈組環(huán)形排列；每組內(nèi)的相鄰感應(yīng)線圈相對于圓心的夾角為360° /2N，N為編碼在360°內(nèi)的周期數(shù)；每組內(nèi)奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞方向相反；感應(yīng)線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個用軟磁材料制造的環(huán)形圈上；軟磁材料的環(huán)形圈固定在用抗磁材料制造的環(huán)形圈上，抗磁材料的環(huán)形圈固定在定子基體上；激磁線圈在感應(yīng)線圈組內(nèi)側(cè)環(huán)形排列，一個激磁線圈對應(yīng)一組感應(yīng)線圈；激磁線圈磁芯的橫斷面是圓弧形，激磁線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個用軟磁材料制造的環(huán)形圈上；所有激磁線圈串連后輸入同一個激磁信號，一組感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓所需要的變化磁場由一個激磁線圈產(chǎn)生；轉(zhuǎn)子上固定著抗磁材料制造的環(huán)形圈，在抗磁材料的環(huán)形圈上環(huán)形均勻鑲嵌著N個用軟磁材料制成的長方體導(dǎo)磁塊；激磁線圈、感應(yīng)線圈、軟磁材料的環(huán)形圈和導(dǎo)磁塊組成感應(yīng)電壓產(chǎn)生部件；當(dāng)激磁線圈產(chǎn)生變化磁場時，轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)夾角不同就是導(dǎo)磁塊與線圈的相對位置不同，由于多個導(dǎo)磁塊的作用，影響奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化率的比值，由于奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞圈數(shù)相同、方向相反，使得一組感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電動式之和的絕對值和方向有所不同，使得輸出的感應(yīng)電壓帶有位置信息；奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈組內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第一路感應(yīng)電壓信號，偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈組內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第二路感應(yīng)電壓信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為:一組感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓所需要的變化磁場由一個激磁線圈產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為:每組內(nèi)奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞方向與偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈的線圈纏繞圈數(shù)相同、方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為:所有激磁線圈串連后輸入同一個激磁信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為:奇數(shù)序號的感應(yīng)線圈組內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第一路感應(yīng)電壓信號，偶數(shù)序號的感應(yīng)線圈組內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓合成后輸出，作為第二路感應(yīng)電壓信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新結(jié)構(gòu)感應(yīng)部件的分離式圓感應(yīng)同步器，其特征為:軟磁材料的環(huán)形圈與定子基體之間用抗磁材料隔離，減小電磁干擾。
【文檔編號】G01C1/00GK204165544SQ201420506011
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:葛幸華