一種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器的製造方法
2023-09-20 07:39:55 2
一種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器，包括定子殼體、定子鐵芯、激磁線圈、正弦輸出線圈、餘弦輸出線圈、正弦補償線圈、餘弦補償線圈、轉子襯套、以及轉子鐵芯。轉子鐵芯外圓周上開有齒槽，安裝在轉子襯套上，定子鐵芯內圓周開有齒槽，安裝在定子殼體中。定子鐵芯上繞制有激磁線圈、正弦輸出線圈、餘弦輸出線圈、正弦補償線圈、餘弦補償線圈，補償線圈可對角度傳感器的輸出精度進行誤差補償調整，定子鐵芯和轉子鐵芯由高導磁材料疊壓後線切割加工成，可降低角度傳感器的功耗、縮減體積、提高精度。本發明具有誤差補償功能，功耗低、體積小、精度高、加工製造方便等優點。
【專利說明】一種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器
【技術領域】
[0001] 本發明適用於陀螺加速度計等機械設備中快速旋轉部件的角度測量，具體地，涉 及一種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器。
【背景技術】
[0002] 磁阻式角度傳感器一般採用矽鋼片作為定子鐵芯和轉子鐵芯的鐵芯材料。一般採 用衝模衝制衝片，再用模具人工疊壓而成，此方法製作的定子鐵芯和轉子鐵芯槽口不整齊， 齒槽精度差。為改善同心度和橢圓度，往往需要增加定子鐵芯內圓和轉子鐵芯外圓的磨加 工，但沒有從根本上提高定子鐵芯和轉子鐵芯的齒槽精度。使用矽鋼片作為鐵芯材料，磁導 率低，一般只採用400?500Hz頻率，要達到同樣的輸出能力，需要激磁線圈的輸入電流大。 一般的鐵鎳軟磁合金的磁導率比矽鋼片高，但由於一般的鐵鎳合金的磁性能對應力變化敏 感，影響角度傳感器的性能穩定性，因此很少採用。由於變磁阻角度傳感器的激磁線圈和輸 出線圈均嵌入定子鐵芯槽中，線圈間分布電容大，輸出線圈中產生的恆定分量導致零位和 正交誤差的增大，不能滿足陀螺加速度計對角度傳感器精度的要求。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種功耗低、體積小、 精度高、加工製造方便的帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案包括：
[0005] -種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器，包括定子殼體、定子鐵芯、激磁線圈、正 弦輸出線圈、餘弦輸出線圈、正弦補償線圈、餘弦補償線圈、轉子襯套、以及轉子鐵芯，其中， 所述定子殼體基本上為環形；所述定子鐵芯基本上呈環形，其內環壁上均勻地設置有多個 定子齒，所述定子鐵芯嵌裝固定在所述定子殼體的內環壁上；所述轉子鐵芯為環形，其外環 壁上設置有多個轉子齒；所述轉子襯套為具有中空腔的迴轉體形結構，所述轉子鐵芯套裝 固定在所述轉子襯套的外圓周上；所述激磁線圈、正弦輸出繞組、餘弦輸出繞組、正弦補償 繞組、餘弦補償繞組順序地逐層繞制在所述定子鐵芯的每個齒上，並且，所述激磁線圈做為 激勵線圈，接收外部輸入的激勵信號；所述正弦補償線圈與第一固定電阻、以及第一可變電 阻首尾順序串接組成第一串接迴路；所述正弦輸出繞組的一端連接在所述正弦補償線圈與 所述第一可變電阻之間，所述正弦輸出繞組的另一端與所述第一可變電阻的調節端做為兩 個正弦輸出端；所述餘弦補償線圈與第二固定電阻、以及第二可變電阻首尾順序串接組成 第二串接迴路；所述餘弦輸出繞組的一端連接在所述餘弦補償線圈與所述第二可變電阻之 間，所述餘弦輸出繞組的另一端與所述第二可變電阻的調節端做為兩個餘弦輸出端；所述 定子鐵芯和轉子鐵芯均採用鐵鎳軟磁合金B1J95片料旋轉疊壓後線切割加工成型，並且當 組裝到位後，所述轉子鐵芯與所述轉子襯套一起位於所述定子鐵芯的內環中，並且所述轉 子鐵芯與所述定子鐵芯之間存在氣隙。
[0006] 優選地，所述轉子襯套包括順序連接且內腔彼此連通的第一圓筒部、第二圓筒部、 以及凸緣部，所述第一圓筒部、第二圓筒部、以及凸緣部的外徑逐漸增大，所述第二圓筒部 的連接所述第一圓筒部的頂壁上設置有多個螺紋孔，並且多個螺紋孔圍繞著所述第一圓筒 部均勻分布；所述轉子鐵芯套裝固定在所述第二圓筒部的外圓周上，並且所述轉子鐵芯的 下表面抵靠在所述凸緣部上。
[0007] 優選地，所述定子鐵芯上的定子齒的數量為所述轉子鐵芯上的轉子齒數量的兩 倍。
[0008] 本發明與現有技術相比的優點在於：
[0009] 1、在本發明中，由於採用高導磁率的鐵鎳軟磁合金B1J95材料製作定子鐵芯、轉 子鐵芯，與傳統矽鋼片材料相比，提高了中頻率段的磁導率，產生氣隙磁場強度所需的激磁 電流減小，降低了功率損耗，激磁電流從原來的120?150mA減小到80?100mA，因此功耗 降低。鐵芯厚度從原來的8?10mm減小到5?6mm。產品軸向尺寸減小；
[0010] 2、定子鐵芯和轉子鐵芯採用片料旋轉疊壓而成，並通過線切割加工定子鐵芯和轉 子鐵芯的齒槽，相比衝模衝片，再用模具手工疊壓的方式，本發明中齒槽的精度得以提高；
[0011] 3、結合正餘弦補償線圈，對正餘弦線圈的輸出電壓幅值進行零位誤差和正交誤差 補償，磁阻式角度傳感器的精度從原來的2'提高到小於1'。在體積縮小的同時，提高了 廣品的精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為根據本發明的帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器的軸向截面圖；
[0013] 圖2為根據本發明的激磁線圈、正弦輸出線圈、餘弦輸出線圈、正弦補償線圈、以 及餘弦補償線圈的連接示意圖；
[0014] 圖3為根據本發明的定子鐵芯的主視圖；
[0015] 圖4為根據本發明的轉子鐵芯的主視圖；
[0016] 圖5為根據本發明的定子鐵芯與各線圈的繞制展開圖；
[0017] 圖6為根據本發明的轉子襯套的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結合附圖和具體實施例對根據本發明的帶補償的低功耗磁阻式角度傳感 器做進一步詳細的說明。
[0019] 如圖1-圖6所示，根據本發明的磁阻式角度傳感器包括定子殼體1、定子鐵芯2、 激磁線圈3、正弦輸出線圈4、餘弦輸出線圈5、正弦補償線圈6、餘弦補償線圈7、轉子襯套 8、以及轉子鐵芯9。其中，定子殼體1基本上為環形（如圖1所示，根據實際需要，可在環形 的一端設置一向內凸出的凸臺，以便定子鐵芯在定子殼體內環中的定位）。定子鐵芯2基本 上呈環形，其內環壁上均勻地設置有多個定子齒（相鄰齒之間為齒槽）。定子鐵芯2嵌裝固 定在定子殼體1的內環壁上。一般地，可採用粘接、焊接等方式將定子鐵芯2固定在定子殼 體1的內環壁上。
[0020] 轉子鐵芯9也為環形，其外環壁上設置有多個轉子齒。通常，定子鐵芯2上的定子 齒的數量為轉子鐵芯上的轉子齒數量的2 n倍，η為自然數。在本優選實施例中，η取1。
[0021] 轉子襯套8為具有中空腔的迴轉體形結構。轉子鐵芯9套裝固定在轉子襯套8的 外圓周上。一般地，可採用粘接、焊接等方式將轉子鐵芯9固定在轉子襯套8的外圓周上。
[0022] 轉子襯套8的結構根據待測量角度的軸或其他部件的結構來定。在如圖6所示的 優選實施例中，轉子襯套8包括順序連接且內腔彼此連通的第一圓筒部81、第二圓筒部82、 以及凸緣部83。其中，第一圓筒部81、第二圓筒部82、以及凸緣部83的外徑逐漸增大。第 二圓筒部82的連接第一圓筒部81的頂壁上設置有多個螺紋孔821，並且多個螺紋孔821圍 繞著第一圓筒部81均勻分布。設置這些螺紋孔的目的是為了便於轉子襯套8在軸上的安 裝。轉子鐵芯9套裝固定在第二圓筒部82的外圓周上，並且轉子鐵芯9的下表面抵靠在凸 緣部83上。
[0023] 定子鐵芯2和轉子鐵芯9均採用鐵鎳軟磁合金B1J95片料旋轉疊壓後線切割加工 成型。具體地，定子鐵芯2和轉子鐵芯9的材料均為鐵鎳軟磁合金B1J95。當組裝到位後， 轉子鐵芯9與轉子襯套8 -起位於定子鐵芯2的內環中，並且轉子鐵芯9與定子鐵芯2之 間存在氣隙。該氣隙的大小根據實際工況的要求來確定。
[0024] 鐵鎳軟磁合金B1J95在2KHz?ΙΟΚΗζ頻率下起始段磁導率優於矽鋼片材料，其起 始磁導率> 〇. 〇37H/m，達到相同輸出能力，所需激磁電流減小，定子鐵芯2的厚度和轉 子鐵芯9的厚度也相應縮減。將片料旋轉疊壓後再通過線切割加工定子鐵芯2和轉子鐵芯 9的齒槽，使得齒槽的精度得以提高，可省去定子鐵芯2內圓和轉子鐵芯9外圓的磨加工工 序，在方便製造的同時，有效減小了角度傳感器的體積，提高了傳感器的精度。
[0025] 上述方案的原理是：鐵鎳軟磁合金B1J95相較矽鋼片，具有中頻起始段磁導率高、 不易生鏽的優勢。相對於一般鐵鎳合金材料，具有硬度高，磁性能穩定的優勢。在磁路結 構和激磁線圈匝數相同的條件下，獲得相同的氣隙磁密較矽鋼片材料則需要較小的激磁電 流。由於中頻段磁導率高，可通過提高激磁頻率來提高輸出能力。所以採用B1J95做定子 鐵芯和轉子鐵芯材料在不降低輸出能力的條件下可有效降低激磁電流，縮小鐵芯厚度，減 小體積。
[0026] 結合圖2和圖5所示，激磁線圈3、正弦輸出繞組4、餘弦輸出繞組5、正弦補償繞 組6、餘弦補償繞組7順序地逐層繞制在定子鐵芯2的每個齒上。其中，激磁線圈3做為激 勵線圈，接收外部輸入的激勵信號。正弦補償線圈6與第一固定電阻R1、以及第一可變電阻 R2首尾順序串接組成第一串接迴路；正弦輸出繞組4的一端連接在正弦補償線圈6與第一 可變電阻R2之間，正弦輸出繞組4的另一端與第一可變電阻R2的調節端做為兩個正弦輸 出端。餘弦補償線圈7與第二固定電阻R3、以及第二可變電阻R4首尾順序串接組成第二串 接迴路。餘弦輸出繞組5的一端連接在餘弦補償線圈7與第二可變電阻R4之間，餘弦輸出 繞組5的另一端與第二可變電阻R4的調節端做為兩個餘弦輸出端。
[0027] 如此，按圖2接線後，通過調整第一可變電阻R2,可使得傳感器的零位誤差最小， 調整第二可變電阻R4,使得傳感器的正交誤差最小。
[0028] 上述方案的原理是：通過調節可調電阻，正弦補償線圈和餘弦補償線圈串入正弦 輸出線圈和餘弦輸出線圈，相當於在正弦輸出和餘弦輸出電勢中疊加恆定分量，當疊加的 恆定分量與輸出線圈中的分布電容帶來的恆定分量相抵消時，零位誤差和正交誤差達到最 小，此時的傳感器精度最佳。
[0029] 在此，需要說明的是，本說明書中未詳細描述的內容，是本領域技術人員通過本說 明書中的描述以及現有技術能夠實現的，因此，不做贅述。
[0030] 以上所述僅為本發明的優選實施例，並非用來限制本發明的保護範圍。對於本領 域的技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，可以對本發明做出若干的修改和替換， 所有這些修改和替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器，其特徵在於，包括定子殼體（1)、定子鐵芯 (2)、激磁線圈（3)、正弦輸出線圈（4)、餘弦輸出線圈（5)、正弦補償線圈（6)、餘弦補償線圈 (7)、轉子襯套（8)、以及轉子鐵芯（9)，其中， 所述定子殼體（1)基本上為環形； 所述定子鐵芯（2)基本上呈環形，其內環壁上均勻地設置有多個定子齒，所述定子鐵 芯（2)嵌裝固定在所述定子殼體（1)的內環壁上； 所述轉子鐵芯（9)為環形，其外環壁上設置有多個轉子齒； 所述轉子襯套（8)為具有中空腔的迴轉體形結構，所述轉子鐵芯（9)套裝固定在所述 轉子襯套（8)的外圓周上； 所述激磁線圈（3)、正弦輸出繞組（4)、餘弦輸出繞組（5)、正弦補償繞組（6)、餘弦補償 繞組（7)順序地逐層繞制在所述定子鐵芯（2)的每個齒上，並且，所述激磁線圈（3)做為激 勵線圈，接收外部輸入的激勵信號；所述正弦補償線圈（6)與第一固定電阻（R1)、以及第一 可變電阻（R2)首尾順序串接組成第一串接迴路；所述正弦輸出繞組（4)的一端連接在所述 正弦補償線圈（6)與所述第一可變電阻（R2)之間，所述正弦輸出繞組（4)的另一端與所述 第一可變電阻（R2)的調節端做為兩個正弦輸出端；所述餘弦補償線圈（7)與第二固定電阻 (R3)、以及第二可變電阻（R4)首尾順序串接組成第二串接迴路；所述餘弦輸出繞組（5)的 一端連接在所述餘弦補償線圈（7)與所述第二可變電阻（R4)之間，所述餘弦輸出繞組（5) 的另一端與所述第二可變電阻（R4)的調節端做為兩個餘弦輸出端； 所述定子鐵芯（2)和轉子鐵芯（9)均採用鐵鎳軟磁合金B1J95片料旋轉疊壓後線切割 加工成型，並且當組裝到位後，所述轉子鐵芯（9)與所述轉子襯套（8) -起位於所述定子鐵 芯（2)的內環中，並且所述轉子鐵芯（9)與所述定子鐵芯（2)之間存在氣隙。
2. 根據權利要求1所述的帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器，其特徵在於， 所述轉子襯套（8)包括順序連接且內腔彼此連通的第一圓筒部（81)、第二圓筒部 (82)、以及凸緣部（83)，所述第一圓筒部（81)、第二圓筒部（82)、以及凸緣部（83)的外徑 逐漸增大，所述第二圓筒部（82)的連接所述第一圓筒部（81)的頂壁上設置有多個螺紋孔 (821)，並且多個螺紋孔（821)圍繞著所述第一圓筒部（81)均勻分布； 所述轉子鐵芯（9)套裝固定在所述第二圓筒部（82)的外圓周上，並且所述轉子鐵芯 (9)的下表面抵靠在所述凸緣部（83)上。
3. 根據權利要求1所述的帶補償的低功耗磁阻式角度傳感器，其特徵在於，所述定子 鐵芯（2)上的定子齒的數量為所述轉子鐵芯（9)上的轉子齒數量的兩倍。
【文檔編號】G01B7/30GK104154857SQ201410399834
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】孫玉彤, 馬建紅, 齊力, 李曉鈴, 李軍, 王翠玲, 劉莉 申請人:北京航天控制儀器研究所