[實用新型]一種高線性度分段激磁式扭矩傳感器

有效

• 申請號: 201420309657.1
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN203949748U
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 趙浩;朱寧;王璇
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本實用新型涉及一種新型扭矩傳感器，更具體的是涉及一種基于磁電感應原理的高線性度分段激磁式扭矩傳感器。

背景技術

隨著科學技術的不斷進步和生產發展的各種需要，扭矩測量技術在工業、航空航天、農業、軍事等多個領域獲得了廣泛的應用。例如在塑殼式低壓斷路器智能測控系統中，采用扭矩傳感器對電機軸輸出扭矩進行實時檢測，當螺絲刀對螺母鎖緊到一定程度時，扭矩瞬時增大，磁電式扭矩傳感器檢測到該階躍信號，控制電機停轉。

目前在扭矩測量中，傳遞類扭矩傳感器應用十分廣泛，傳遞類扭矩傳感器按扭矩信號的產生方式可分為光學式、光電式、磁電式、應變式、電容式等等，其中市場上較成熟的扭矩傳感器主要是磁電式和應變式。磁電式扭矩傳感器輸出信號的本質是兩路具有相位差的角位移信號，對信號進行組合處理后得到扭矩信息，它是非接觸式傳感器，無磨損、無摩擦，可用于長期測量，不足之處是體積大，不易安裝，德國HBM公司、日本小野測器和中國湘西儀表廠均有生產；應變式轉矩傳感器以電阻應變片為敏感元件，如德國HBM公司的T1，T2，T4系列轉矩傳感器、北京三晶集團的JN338系列傳感器等，它們在轉軸或與轉軸串接的彈性軸上安裝四片精密電阻應變片，并連接成惠思頓電橋，扭矩使軸的微小變形引起應變阻值發生變化，電橋輸出的信號與扭矩成比例，傳感器可以測量靜態和動態轉矩、高頻沖擊和振動信息，具有體積小重量輕等優點，不足之處是信號的傳輸易受干擾且損耗較大，導致測量精度不是很高。

發明內容

本實用新型提供了一種新結構高線性度分段激磁式扭矩傳感器，主要包括傳感器軸、內環鐵心、第一段激磁繞組、補償繞組、外環鐵心、第二段激磁繞組和輸出繞組。第一段激磁繞組和補償繞組固定在內環鐵心中，兩相繞組在空間上正交，第二段激磁繞組和輸出繞組固定在外環鐵心中，兩相繞組在空間上也正交。

傳感器工作時，兩段激磁繞組串接，通入正弦交變電壓，無負載扭矩作用時，第一段激磁繞組的軸線與第二段激磁繞組的軸線在空間上的位置相同，補償繞組的軸線與輸出繞組的軸線在空間上的位置也相同，激磁繞組產生的脈振磁通與輸出繞組無匝鏈，輸出繞組的感應電動勢為零；傳感器軸受到負載扭矩作用時，第二段激磁繞組與輸出繞組同時扭轉過一定的空間角度，相對無負載扭矩作用時的初始位置發生了改變，此時激磁繞組產生的脈振磁通與輸出繞組匝鏈，經過電磁耦合，輸出繞組產生與負載扭矩對應的感應電動勢，通過合理調節兩段激磁繞組的匝數與輸出繞組的匝數，可以使得輸出繞組產生的感應電動勢與負載扭矩呈高度的線性關系。

本實用新型的目的采取下述技術方案實現：

一種高線性度分段激磁式扭矩傳感器，主要包括傳感器軸、內環鐵心、第一段激磁繞組、補償繞組、外環鐵心、輸出繞組和第二段激磁繞組；

內環鐵心的左端與傳感器軸固定，內環鐵心的右端通過軸承與傳感器軸接觸且可以相對傳感器軸轉動；

外環鐵心的右端與傳感器軸固定，外環鐵心的左端通過軸承與內環鐵心接觸且可以相對內環鐵心轉動；

內環鐵心設有繞組槽，第一段激磁繞組和補償繞組嵌放在內環鐵心繞組槽中，且第一段激磁繞組的軸線與補償繞組的軸線在空間上互相垂直；

外環鐵心設有繞組槽，第二段激磁繞組和輸出繞組嵌放在外環鐵心繞組槽中，且第二段激磁繞組的軸線與輸出繞組的軸線在空間上互相垂直；

無負載扭矩作用時，第一段激磁繞組的軸線與第二段激磁繞組的軸線在空間上位置相同，補償繞組的軸線與輸出繞組的軸線在空間上位置相同。

嵌放在內環鐵心中的第一段激磁繞組和嵌放在外環鐵心中的第二段激磁繞組為串聯方式連接，工作時通入正弦交流電壓；

嵌放在內環鐵心中的補償繞組的兩端引出線直接短接；

第二段激磁繞組的匝數與輸出繞組的匝數相同。

第一段激磁繞組的匝數與輸出繞組的匝數之間的比值為0.56-0.59之間。

如上述的結構，本實用新型的新型高線性度分段激磁式扭矩傳感器，其工作原理為：