本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種小慣量有限角度傳感器。

背景技術(shù)：

目前，角度傳感器的種類繁多，安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，可以測量軸的旋轉(zhuǎn)角度，但現(xiàn)有的角度傳感器轉(zhuǎn)動慣量較大，在測量高速往復(fù)運動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度時，普遍存在反應(yīng)不夠靈活和測量精度較差的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明提供一種小慣量有限角度傳感器，其轉(zhuǎn)動慣量較小，反應(yīng)靈活，且具有較高的測量精度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以解決。

一種小慣量有限角度傳感器，包括：轉(zhuǎn)子和定子；所述轉(zhuǎn)子的中部設(shè)置軸孔，所述轉(zhuǎn)子的側(cè)壁上對稱設(shè)置有第一外圓弧段和第二外圓弧段，所述第一外圓弧段上設(shè)置有粗機(jī)勵磁繞組，所述第二外圓弧段上設(shè)置有精機(jī)勵磁繞組；所述定子上對稱設(shè)置有第一內(nèi)圓弧段和第二內(nèi)圓弧段，所述第一內(nèi)圓弧段位于所述第一外圓弧段的外圍，所述第二內(nèi)圓弧段位于所述第二外圓弧段的外圍，所述第一內(nèi)圓弧段上設(shè)置有粗機(jī)線性輸出繞組；所述第二內(nèi)圓弧段上設(shè)置有精機(jī)正弦輸出繞組和精機(jī)余弦輸出繞組；其中，所述第一外圓弧段與所述第二外圓弧段之間設(shè)置有兩個相互平行的弦切面。

根據(jù)本發(fā)明的小慣量有限角度傳感器，通過轉(zhuǎn)子中部的軸孔，可將轉(zhuǎn)子固定連接在待測旋轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子隨待測旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，定子固定在相應(yīng)殼體上，定子可輸出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一倍或極對數(shù)倍的輸出電壓的模擬信號，轉(zhuǎn)子側(cè)壁上第一外圓弧段上的粗機(jī)勵磁繞組與對應(yīng)設(shè)置在定子第一內(nèi)圓弧段上的粗機(jī)線性輸出繞組組成粗通道，其輸出信號以往復(fù)運動角度范圍為一個周期，轉(zhuǎn)化為傳感器讀數(shù)的整數(shù)部分，轉(zhuǎn)子側(cè)壁上第二外圓弧段上的精機(jī)勵磁繞組與對應(yīng)設(shè)置在定子第二內(nèi)圓弧段上的精機(jī)正弦輸出繞組和精機(jī)余弦輸出繞組組成精通道，其輸出信號以360°/p為一個周期，p為精通道極對數(shù)，轉(zhuǎn)化為傳感器讀數(shù)的小數(shù)部分，通過雙通道組合編碼的方式，可提高傳感器測量精度，在第一外圓弧段和第二外圓弧段之間設(shè)置有兩個相互平行的弦切面，將轉(zhuǎn)子弦切面外側(cè)的圓周部分去除，可以減小轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量，進(jìn)而可減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，提高傳感器的反應(yīng)靈活度。本發(fā)明的小慣量有限角度傳感器，采用粗精雙通道組合編碼的方式，具有較高的測量精度，通過減小轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量，減小了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，提高了反應(yīng)靈活性。

作為優(yōu)選的，所述第一外圓弧段的兩側(cè)邊沿和所述第二外圓弧段的兩側(cè)邊沿之間分別設(shè)置有兩個切口，兩個所述切口分別以所述第一外圓弧段和所述第二外圓弧段的中心線為界對稱分布。

根據(jù)本發(fā)明的小慣量有限角度傳感器，由于在第一外圓弧段兩側(cè)沿其中心線對稱設(shè)置有兩個切口，在第二外圓弧段兩側(cè)沿其中心線也對稱設(shè)置有兩個切口，可進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量，減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，提高傳感器的反應(yīng)靈活度。

作為優(yōu)選的，所述定子包括弧形的第一定子片和第二定子片，所述第一內(nèi)圓弧段位于所述第一定子片上，所述第二內(nèi)圓弧段位于所述第二定子片上。

根據(jù)本發(fā)明的小慣量有限角度傳感器，定子為包含兩個分離的第一定子片和第二定子片的圓弧形結(jié)構(gòu)，第一定子片和第二定子片也可聯(lián)接成一體的整圓周結(jié)構(gòu)，為定子的固定安裝提供了多種方式，便于操作，并且粗通道設(shè)置在第一定子片，精通道設(shè)置在第二定子片，避免二者互相干擾。

作為優(yōu)選的，所述第一內(nèi)圓弧段上和所述第二內(nèi)圓弧段上分別等距對稱設(shè)置有多個內(nèi)繞線齒，每兩個內(nèi)繞線齒之間形成內(nèi)齒槽，所述粗機(jī)線性輸出繞組和所述精機(jī)正弦輸出繞組以及所述精機(jī)余弦輸出繞組設(shè)置在對應(yīng)的所述內(nèi)齒槽中；所述第一外圓弧段上和所述第二外圓弧段上分別等距對稱設(shè)置有多個外繞線齒，每兩個外繞線齒之間形成外齒槽，所述粗機(jī)勵磁繞組和所述精機(jī)勵磁繞組設(shè)置在對應(yīng)的外齒槽中。

作為優(yōu)選的，所述粗機(jī)勵磁繞組為集中繞組，所述精機(jī)勵磁繞組中每兩個相鄰的線圈的纏繞方向相反；所述粗機(jī)線性輸出繞組上設(shè)置有零位，所述粗機(jī)線性輸出繞組中的各個線圈的匝數(shù)以所述零位為中心向兩側(cè)遞增，且所述零位的兩側(cè)的線圈的纏繞方向相反；所述精機(jī)正弦輸出繞組中的各個線圈的匝數(shù)和方向按照正弦函數(shù)曲線規(guī)律分布，所述精機(jī)余弦輸出繞組中的各個線圈的匝數(shù)和方向按照余弦函數(shù)曲線規(guī)律分布。

根據(jù)本發(fā)明的小慣量有限角度傳感器，粗機(jī)勵磁繞組可放置在轉(zhuǎn)子兩個相鄰的外齒槽中，成為集中繞組，粗機(jī)線性輸出繞組可放置在定子第一內(nèi)圓弧段，粗機(jī)線性輸出繞組匝數(shù)可以轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心為界對稱線性分布，一側(cè)線圈正向線性遞增，另一側(cè)為負(fù)向線性遞增，均可逐槽繞制，在轉(zhuǎn)子有限回轉(zhuǎn)角度內(nèi)，粗機(jī)輸出電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈線性變化，且在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心為零，轉(zhuǎn)子往復(fù)運動時，粗機(jī)輸出電壓幅值過零點且與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈線性變化，可提供絕對位置，精機(jī)勵磁繞組逐槽反向串接，精機(jī)正弦輸出繞組和精機(jī)余弦輸出繞組匝數(shù)和方向按極對數(shù)進(jìn)行正余弦函數(shù)調(diào)制，可使輸出電壓幅值與極對數(shù)倍的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈正余弦關(guān)系。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的一種小慣量有限角度傳感器的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中實施例的粗機(jī)繞組布置示意圖；

圖3是圖1中實施例的精機(jī)繞組布置示意圖；

圖4是圖2中粗機(jī)線性輸出繞組輸出電壓波形圖；

圖5是圖3中精機(jī)正弦輸出繞組和精機(jī)余弦輸出繞組輸出電壓波形圖。

在圖1至圖3中：1轉(zhuǎn)子；101軸孔；102第一外圓弧段；103第二外圓弧段；104粗機(jī)勵磁繞組；105精機(jī)勵磁繞組；106弦切面；107切口；108外繞線齒；109外齒槽；2定子；201第一內(nèi)圓弧段；202第二內(nèi)圓弧段；203粗機(jī)線性輸出繞組；204精機(jī)正弦輸出繞組；205精機(jī)余弦輸出繞組；206第一定子片；207第二定子片；208內(nèi)繞線齒；209內(nèi)齒槽。

具體實施方式

參考圖1至圖3，本發(fā)明的實施例提出一種小慣量有限角度傳感器，包括：轉(zhuǎn)子1和定子2；轉(zhuǎn)子1的中部設(shè)置軸孔101，轉(zhuǎn)子1的側(cè)壁上對稱設(shè)置有第一外圓弧段102和第二外圓弧段103，第一外圓弧段102上設(shè)置有粗機(jī)勵磁繞組104，第二外圓弧段103上設(shè)置有精機(jī)勵磁繞組105；定子2上對稱設(shè)置有第一內(nèi)圓弧段201和第二內(nèi)圓弧段202，第一內(nèi)圓弧段201位于第一外圓弧段102的外圍，第二內(nèi)圓弧段202位于第二外圓弧段103的外圍，第一內(nèi)圓弧段201上設(shè)置有粗機(jī)線性輸出繞組203；第二內(nèi)圓弧段202上設(shè)置有精機(jī)正弦輸出繞組204和精機(jī)余弦輸出繞組205；其中，第一外圓弧段102與第二外圓弧段103之間設(shè)置有兩個相互平行的弦切面106。

在以上實施例中，通過轉(zhuǎn)子1中部的軸孔101，可將轉(zhuǎn)子1固定連接在待測旋轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子1隨待測旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，定子2固定在相應(yīng)殼體上，定子2可輸出與轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)角成一倍或極對數(shù)倍的電壓模擬信號，轉(zhuǎn)子1側(cè)壁上第一外圓弧段102上的粗機(jī)勵磁繞組104與對應(yīng)設(shè)置在定子2第一內(nèi)圓弧段201上的粗機(jī)線性輸出繞組203組成粗通道，其輸出信號以往復(fù)運動角度范圍為一個周期，轉(zhuǎn)化為傳感器讀數(shù)的整數(shù)部分，轉(zhuǎn)子1側(cè)壁上第二外圓弧段103上的精機(jī)勵磁繞組105與對應(yīng)設(shè)置在定子2第二內(nèi)圓弧段202上的精機(jī)正弦輸出繞組204和精機(jī)余弦輸出繞組205組成精通道，其輸出信號以360°/p為一個周期，p為精通道極對數(shù)，轉(zhuǎn)化為傳感器讀數(shù)的小數(shù)部分，通過雙通道組合編碼的方式，可提高傳感器測量精度，在第一外圓弧段102和第二外圓弧段103之間設(shè)置有兩個相互平行的弦切面106，將轉(zhuǎn)子1弦切面106外側(cè)的圓周部分去除，可以減小轉(zhuǎn)子1的體積和質(zhì)量，進(jìn)而可減小轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動慣量，提高傳感器的反應(yīng)靈活度。本發(fā)明的小慣量有限角度傳感器，采用粗精雙通道組合編碼的方式，具有較高的測量精度，通過減小轉(zhuǎn)子1的體積和質(zhì)量，減小了轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動慣量，提高了反應(yīng)靈活性。

參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一外圓弧段102的兩側(cè)邊沿和第二外圓弧段103的兩側(cè)邊沿之間分別設(shè)置有兩個切口107，兩個切口107分別以第一外圓弧段102和第二外圓弧段103的中心線為界對稱分布。

在以上實施例中，由于在第一外圓弧段102兩側(cè)沿其中心線對稱設(shè)置有兩個切口107，在第二外圓弧段103兩側(cè)沿其中心線也對稱設(shè)置有兩個切口107，可進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)子1的體積和質(zhì)量，減小轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)動慣量，提高傳感器的反應(yīng)靈活度。

參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，定子2包括弧形的第一定子片206和第二定子片207，第一內(nèi)圓弧段201位于第一定子片206上，第二內(nèi)圓弧段202位于第二定子片207上。

在以上實施例中，定子2為包含兩個分離的第一定子片206和第二定子片207的圓弧形結(jié)構(gòu)，第一定子片206和第二定子片207也可聯(lián)接成一體的整圓周結(jié)構(gòu)，為定子2的固定安裝提供了多種方式，便于操作，并且粗通道設(shè)置在第一定子片206，精通道設(shè)置在第二定子片207，避免二者互相干擾。

參考圖1至圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一內(nèi)圓弧段201上和第二內(nèi)圓弧段202上分別等距對稱設(shè)置有多個內(nèi)繞線齒208，每兩個內(nèi)繞線齒208之間形成內(nèi)齒槽209，粗機(jī)線性輸出繞組203和精機(jī)正弦輸出繞組204以及精機(jī)余弦輸出繞組205設(shè)置在對應(yīng)的內(nèi)齒槽209中；第一外圓弧段102上和第二外圓弧段103上分別等距對稱設(shè)置有多個外繞線齒108，每兩個外繞線齒108之間形成外齒槽109，粗機(jī)勵磁繞組104和精機(jī)勵磁繞組105設(shè)置在對應(yīng)的外齒槽109中。

參考圖2至圖5，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，粗機(jī)勵磁繞組104為集中繞組，精機(jī)勵磁繞組105中每兩個相鄰的線圈的纏繞方向相反；粗機(jī)線性輸出繞組203上設(shè)置有零位，粗機(jī)線性輸出繞組203中的各個線圈的匝數(shù)以零位為中心向兩側(cè)遞增，且零位的兩側(cè)的線圈的纏繞方向相反；精機(jī)正弦輸出繞組204中的各個線圈的匝數(shù)和方向按照正弦函數(shù)曲線規(guī)律分布，精機(jī)余弦輸出繞組205中的各個線圈的匝數(shù)和方向按照余弦函數(shù)曲線規(guī)律分布。

在以上實施例中，粗機(jī)勵磁繞組104放置在轉(zhuǎn)子1兩個相鄰的外齒槽109中，成為集中繞組，粗機(jī)線性輸出繞組203放置在定子2第一內(nèi)圓弧段201，粗機(jī)線性輸出繞組203匝數(shù)以轉(zhuǎn)子1回轉(zhuǎn)中心為界對稱線性分布，一側(cè)線圈正向線性遞增，另一側(cè)為負(fù)向線性遞增，均可逐槽繞制。當(dāng)粗機(jī)勵磁繞組104施加正弦波勵磁電壓u1時，在粗機(jī)勵磁繞組104內(nèi)存在勵磁電流，產(chǎn)生勵磁磁通，當(dāng)轉(zhuǎn)子第一外圓弧段102轉(zhuǎn)到定子第一內(nèi)圓弧段201左側(cè)第一個內(nèi)繞線齒208時，粗機(jī)線性輸出繞組203纏繞在該內(nèi)繞線齒208上的輸出線圈感應(yīng)電壓，轉(zhuǎn)子第一外圓弧段102轉(zhuǎn)到定子第一內(nèi)圓弧段201左側(cè)第二個內(nèi)繞線齒208時，粗機(jī)線性輸出繞組203纏繞在該內(nèi)繞線齒208上的輸出線圈感應(yīng)電壓，依次類推。因為粗機(jī)線性輸出繞組203纏繞在定子第一內(nèi)圓弧段201每個內(nèi)繞線齒208上的匝數(shù)以轉(zhuǎn)子1回轉(zhuǎn)中心為界對稱線性分布，一側(cè)線圈正向線性遞增，另一側(cè)為負(fù)向線性遞增，所以在轉(zhuǎn)子1有限回轉(zhuǎn)角度(-am，+am)內(nèi)，粗機(jī)輸出電壓幅值u2與轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)角呈線性變化，且在轉(zhuǎn)子1回轉(zhuǎn)中心為零，由于轉(zhuǎn)子1往復(fù)運動時，粗機(jī)輸出電壓幅值u2過零點且與轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)角呈線性變化，因此可提供絕對位置。精機(jī)勵磁繞組105逐槽反向串接，精機(jī)正弦輸出繞組204和精機(jī)余弦輸出繞組205匝數(shù)和方向按極對數(shù)進(jìn)行正余弦函數(shù)調(diào)制，當(dāng)精機(jī)勵磁繞組105施加正弦波勵磁電壓u1時，在轉(zhuǎn)子1有限回轉(zhuǎn)角度(-am，+am)內(nèi)，精機(jī)正弦輸出電壓幅值us與極對數(shù)倍的轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)角呈正弦關(guān)系，精機(jī)余弦輸出電壓幅值uc與極對數(shù)倍的轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)角呈余弦關(guān)系。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。