[發明專利]一種感應式絕對角度傳感器

有效

• 申請號: 202010038262.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111193357B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 石洪;程亞博;王德才;徐磊;沈夢龍;周柏;崔曉強;穆如傳;高虎;王磊
• 申請（專利權）人: 連云港杰瑞電子有限公司
• 主分類號: H02K11/21
• 分類號: H02K11/21;H02J50/12
• 代理公司: 連云港潤知專利代理事務所 32255
• 代理人: 劉喜蓮

1.一種感應式絕對角度傳感器，其特征在于：該傳感器主要由定子部分和轉子部分組成；

定子部分包括定子殼體、定子線圈板和解算板；定子線圈板包含激勵信號發射線圈、粗通道信號接收線圈和精通道信號接收線圈；

轉子部分包括轉子殼體、轉子線圈板；轉子線圈板包含激勵信號接收線圈、粗通道信號發射線圈和精通道信號發射線圈；

傳感器通過激勵信號發射線圈與激勵信號接收線圈之間的諧振耦合傳輸激勵信號，并根據粗、精通道信號發射線圈與粗、精通道信號接收線圈之間耦合的不同磁通量來實現絕對位置的測量；

傳感器的定子線圈板和轉子線圈板都是基于PCB設計，其中定子線圈板包括一組激勵信號發射線圈、兩組n周期的粗通道信號接收線圈、兩組m周期的精通道信號接收線圈、定子諧振電容；傳感器的轉子線圈板包括一組激勵信號接收線圈、一組n周期的粗通道信號發射線圈、一組m周期的精通道信號發射線圈、轉子諧振電容；m大于n，且m與n互為質數；

定子線圈板和轉子線圈板安裝時保持同心；激勵信號發射線圈與激勵信號接收線圈同心，且保證內外徑相等；粗通道信號發射線圈與粗通道信號接收線圈同心，且保證內外徑相等；精通道信號發射線圈與精通道信號接收線圈同心，且保證內外徑相等；

所述的激勵信號發射線圈與定子諧振電容組成諧振電路，諧振頻率為f1；激勵信號接收線圈與轉子諧振電容組成諧振電路，諧振頻率為f2；所述的解算板的激勵信號產生電路發出高頻激勵方波信號；方波信號經過定子部分的諧振電路轉換為同頻的正弦波U₁sinωt，而轉子部分的諧振電路通過互感耦合將正弦波感應過來；轉子諧振電路將耦合的正弦波U₂sinωt傳遞給粗、精通道發射線圈，正弦波經過粗、精通道發射線圈產生脈動磁場。

2.根據權利要求1所述的感應式絕對角度傳感器，其特征在于：傳感器的轉子部分轉動一圈時，定子部分的粗、精通道信號接收線圈通過脈動磁場進行耦合，分別產生n周期正余弦信號及m周期的正余弦信號；定子接收線圈輸出正余弦信號通過解算板的處理可以求得粗通道當前周期的相位角α₁及精通道當前周期的相位角α₂，通過判斷α₁與α₂的差值，即可獲取轉子轉動的區間位置將區間位置與精通道的相位角α₂進行組合可獲得轉子轉動的高精度絕對角度θ。

3.根據權利要求1所述的感應式絕對角度傳感器，其特征在于：所述的激勵信號發射線圈為一組5匝的螺旋線圈；粗通道信號接收線圈為兩組7周期的正弦線圈、兩組正弦線圈相差90°的相位角；精通道信號接收線圈為兩組100周期的正弦線圈、兩組正弦線圈相差90°的相位角；所述激勵信號接收線圈為一組5匝的螺旋線圈、且旋向與激勵信號發射線圈一致；粗通道信號發射線圈為一組7周期的扇形線圈；精通道信號發射線圈為一組100周期的扇形線圈；當傳感器的轉子部分轉動θ角度時，粗通道信號接收線圈和精通道信號接收線圈根據從脈動磁場耦合的不同磁通量分別產生正余弦信號U₃sinωtsinα₁、U₃sinωtcosα₁、U₄sinωtsinα₂、U₄sinωtcosα₂；耦合信號通過輸出信號調理電路、輸出信號檢波電路可求得相位角α₁、α₂，輸出信號解算電路通過處理α₁、α₂，可獲得轉子轉動的高精度絕對角度θ。

4.根據權利要求1所述的感應式絕對角度傳感器，其特征在于：所述定子的激勵信號發射線圈為一組5匝的螺旋線圈，粗通道信號接收線圈為兩組7周期的正弦線圈、兩組正弦線圈相差90°的相位角；精通道信號接收線圈可以為兩組100周期的扇形線圈、兩組扇形線圈相差90°的相位角；粗通道信號接收線圈與精通道信號接收線圈在空間上重疊，分別位于PCB的不同層；所述轉子的激勵信號接收線圈為一組5匝的螺旋線圈、且旋向與激勵信號發射線圈一致；粗通道信號發射線圈為一組7周期的扇形線圈；精通道信號發射線圈為一組100周期的正弦線圈；粗通道信號發射線圈與精通道信號發射線圈分別設計為扇形及正弦形，以減小相互之間的磁場干擾，從而使其在空間上重疊，分別位于PCB的不同層；轉子部分轉動一圈時，定子部分的粗、精通道信號接收線圈分別產生7周期正余弦信號及100周期的正余弦信號；正余弦信號通過解算板處理，得到粗精通道當前的相位角，將粗精通道的相位角進行處理，即可獲得轉子轉動絕對位置的數字信號。