[發(fā)明專(zhuān)利]用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的永磁旋轉(zhuǎn)傳感裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010604663.6
• 申請(qǐng)日: 2010-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102162741A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊斌堂;孟光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D5/12
• 分類(lèi)號(hào): G01D5/12;G01B7/30;G01B7/02
• 代理公司: 上海交達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種傳感器技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的永磁旋轉(zhuǎn)傳感裝置。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)方式的位移傳感器多采用電感、電容或激光傳感，系統(tǒng)軟硬件組成復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境條件要求高，如Keyence?LK系列傳感器。并且，由于對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下有纜信號(hào)的傳輸和檢測(cè)的復(fù)雜性，使得傳統(tǒng)的傳感裝置以檢測(cè)直線位移為主，制造直接用于測(cè)量回轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，如精確的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速等的傳感裝置或器件較困難。因此，研制性能可靠、體積緊湊、靈敏度高適合于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，相對(duì)旋轉(zhuǎn)部件無(wú)纜信號(hào)傳輸功能的傳感器件十分必要。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN87100356，公開(kāi)日1987.07.29記載了一種“磁旋轉(zhuǎn)傳感器”。該磁旋轉(zhuǎn)傳感器帶有磁鼓，上面有磁性記錄的代表分立位置的代碼，它們是通過(guò)將磁鼓的一次旋轉(zhuǎn)分割為預(yù)置份數(shù)而獲得的。在由代碼確定的相鄰分立位置之間的間隔內(nèi)進(jìn)行內(nèi)插，內(nèi)插信號(hào)參照一個(gè)正弦波信號(hào)和一個(gè)余弦波信號(hào)產(chǎn)生；后兩個(gè)信號(hào)是由附加記錄在磁鼓上的磁信號(hào)產(chǎn)生，周期與間隔相對(duì)應(yīng)。這種磁旋轉(zhuǎn)傳感器，它能確定旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)位置，有高分辨能力，不增加旋轉(zhuǎn)磁鼓的體積。該傳感器可以用于確定旋轉(zhuǎn)物體的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，性能優(yōu)良。

但是該現(xiàn)有技術(shù)存在明顯缺陷。首先，制造實(shí)現(xiàn)困難。該傳感器需要配合其旋轉(zhuǎn)裝置在旋轉(zhuǎn)方向分割出多路磁道，這樣的裝置結(jié)構(gòu)對(duì)磁道分割技術(shù)和分割精度要求很高，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)精密傳感。其次，要通過(guò)較復(fù)雜的機(jī)制和算法實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的識(shí)取和組合分析。如其需要在磁道中按照預(yù)置的碼型記錄磁信號(hào)以在與旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)方向垂直的方向上形成代碼。另外，該裝置的組成和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，必須由多個(gè)磁傳感單元組成，這些單元要求分別與旋轉(zhuǎn)裝置中的相應(yīng)磁道相對(duì)并檢測(cè)磁道中記錄的磁信號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于代碼的信號(hào)。傳感單元與相應(yīng)磁道的相對(duì)位置的準(zhǔn)確定位的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困哪，并且多傳感單元信號(hào)的識(shí)取和組合分析復(fù)雜，后處理算法和硬件設(shè)備要求高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的永磁旋轉(zhuǎn)傳感裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，無(wú)需外接電源的情況下可方便獲得傳感電信號(hào)，該信號(hào)與被檢測(cè)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，傳感信號(hào)無(wú)需特殊算法處理，信號(hào)靈敏、精確。作為傳感部件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便在旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置中集成使用，特別適合于與精密馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸集成應(yīng)用。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：剛性框架以及設(shè)置于其內(nèi)部的磁致伸縮材料體、壓電傳感器、導(dǎo)磁部件和回旋機(jī)芯，其中：兩個(gè)壓電傳感器分別設(shè)置于剛性框架的兩端，兩個(gè)導(dǎo)磁部件分別與各自對(duì)應(yīng)的壓電傳感器相接觸，磁致伸縮材料體分別與兩個(gè)導(dǎo)磁部件相接觸，回旋機(jī)芯轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于剛性框架內(nèi)部并正對(duì)磁致伸縮材料體。

所述的磁致伸縮材料體的變形方向與壓電傳感器的受力方向一致；

所述的回旋機(jī)芯為以下三種結(jié)構(gòu)形式中的任意一種：

a)回旋機(jī)芯包括：回轉(zhuǎn)永磁體和與之固定連接的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支撐部件，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支撐部件的兩端分別轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于剛性框架上，實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)永磁體始終保持一致轉(zhuǎn)動(dòng)；

b)回旋機(jī)芯包括：旋轉(zhuǎn)永磁體、轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支撐部件和位移輸出部件，其中：旋轉(zhuǎn)永磁體與轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支撐部件固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支撐部件轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于位移輸出部件，該位移輸出部件的兩端分別固定設(shè)置于剛性框架上或?qū)Т挪考希D(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向支撐部件作為旋轉(zhuǎn)永磁體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸；

所述的旋轉(zhuǎn)永磁體的磁極方向在旋轉(zhuǎn)永磁體的長(zhǎng)度方向上。

c)回旋機(jī)芯包括：一個(gè)永磁伸縮體以及兩個(gè)分別設(shè)置于其兩端的永磁體，其中：兩個(gè)永磁體分別正對(duì)兩個(gè)導(dǎo)磁部件。

所述的磁致伸縮體是一種當(dāng)受到外部磁場(chǎng)激勵(lì)情況下可以產(chǎn)生變形，并且該變形的程度隨外部磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的材料體或裝置，如用TeDyFe材料體或磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器制成。

所述的壓電傳感器為一種能夠?qū)⒘D(zhuǎn)換成電磁信號(hào)的換能材料或機(jī)構(gòu)或裝置，如采用石英晶體材料或壓電陶瓷堆片(PZT材料)制成的傳感器。