[發明專利]一種時柵角位移傳感器

有效

• 申請號: 201510319665.3
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104864804B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 魯進;陳錫侯;武亮;湯其富
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕,唐錫嬌

1.一種時柵角位移傳感器，包括定子(1)和轉子(2)，其特征在于：

所述定子(1)由定子基體(11)和兩個相同的傳感單元(12)構成，定子基體(11)為中心開軸孔的導磁圓柱體，兩個傳感單元平行且互不干擾的設在定子基體的上、下端面，傳感單元包括激勵線圈(121)和感應線圈(122)；

所述激勵線圈(121)由一起始點開始沿圓周順時針方向或逆時針方向繞出，兩端沿兩條交錯為N個“∞”字形的周期為Φ的曲線分別繞線，繞完整個圓周后分別引出，形成激勵線圈繞線軌跡，所述起始點是兩條周期為Φ的曲線的第一個交點，其中一條周期為Φ的曲線用極坐標方程表示為：

$r_1=\left\{\begin{array}{cc}R+A\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Φ}/2}\right)& \mathrm{\θ}\∈\[0+i\mathrm{\Φ},\frac{\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R+A& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\frac{3\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R-A\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Φ}/2}\right)& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{3\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\frac{5\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R-A& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{5\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\frac{7\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R-A\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Φ}/2}\right)& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{7\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\mathrm{\Φ}+i\mathrm{\Φ})\end{array}\right.$

另一條周期為Φ的曲線用極坐標方程表示為：

$r_2=\left\{\begin{array}{cc}R-A\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Φ}/2}\right)& \mathrm{\θ}\∈\[0+i\mathrm{\Φ},\frac{\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R-A& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\frac{3\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R+A\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Φ}/2}\right)& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{3\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\frac{5\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R+A& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{5\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\frac{7\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ})\\ R-A\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\Φ}/2}\right)& \mathrm{\θ}\∈\[\frac{7\mathrm{\Φ}}{8}+i\mathrm{\Φ},\mathrm{\Φ}+i\mathrm{\Φ})\end{array}\right.,$

式中，N表示傳感器的極對數，Φ表示一個周期對應的圓心角，其等于傳感器的極距，i依次取值0至N-1中的所有整數，A表示激勵線圈繞線軌跡正弦部分的幅值，R表示激勵線圈繞線軌跡所沿圓周的半徑，R＞A；

所述感應線圈(122)的繞線方式與激勵線圈的繞線方式相同，感應線圈繞線軌跡為激勵線圈繞線軌跡沿圓周順時針方向或逆時針方向旋轉圓心角后的曲線；設在定子基體上端面的傳感單元的感應線圈與設在定子基體下端面的傳感單元的感應線圈串聯；

所述轉子(2)由上轉子基體(21)、下轉子基體(23)、支撐柱(24)和兩個相同的導磁單元構成，上轉子基體與下轉子基體結構相同，都為中心開軸孔的非導磁的圓盤體，支撐柱為扇環柱體，其內圓弧直徑大于定子基體的外徑，支撐柱的上端面與上轉子基體垂直連接，支撐柱的下端面與下轉子基體垂直連接，形成側面開口的框形結構，且支撐柱與上、下轉子基體的軸心線重合，兩個導磁單元分別嵌在上、下轉子基體上且相互平行，導磁單元由一個導磁體(22)或者由m個相同的導磁體繞上轉子基體或者下轉子基體的軸心線等間距排列構成，其中1＜m≤2N，導磁體為扇環柱體；在由m個導磁體構成的導磁單元中，各個導磁體的上端面或者下端面位于同一平面內，相鄰兩個導磁體的中心所夾圓心角等于每個導磁體的圓心角β滿足：每個導磁體的外圓弧半徑大于R+A，內圓弧半徑小于R-A；

所述定子基體(11)位于所述框形結構內，其軸心線與上、下轉子基體的軸心線重合，兩個傳感單元與兩個導磁單元分別正對平行，并留有相同的間隙；兩個導磁單元內的導磁體與兩個傳感單元的激勵線圈的位置應滿足：如果設在定子基體上端面的傳感單元的激勵線圈的起始位置與設在定子基體下端面的傳感單元的激勵線圈的起始位置所夾圓心角為α，則嵌在上轉子基體上的導磁單元內的導磁體的起始位置與嵌在下轉子基體上的導磁單元內的導磁體的起始位置所夾圓心角為或者

定子(1)的兩個傳感單元(12)的激勵線圈(121)分別連接兩相對稱激勵電流，當轉子(2)繞軸心線相對定子(1)發生轉動時，導磁體(22)相對感應線圈(122)運動，兩個傳感單元的感應線圈串聯輸出幅值恒定的感應信號，將該感應信號與激勵信號進行鑒相處理，相位差由插補的高頻時鐘脈沖個數表示，經換算后得到轉子相對定子轉動的角位移。