電磁式旋轉角加速度傳感器的製作方法
2023-06-09 18:08:06 2
專利名稱：電磁式旋轉角加速度傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種角加速度傳感器，尤其涉及一種電磁式旋轉角加 速度傳感器。
背景技術：
在很多運動物體的控制、監測及導航中，不僅需要角位移，角速度的 信息，更需要角加速度的信息。旋轉角加速度的測量是機械量測量中常見 的測量之一。公知的旋轉角加速度的測量， 一般是通過間接的幾個線加速 度信號的合成來求取。也有採用流動電勢原理製作的直接測量旋轉角加速 度的液環式旋轉角加速度傳感器，但實現起來比較複雜，而且精度較低。
在公開的現有技術中，中國專利ZL87208367，提供一種磁電式的加 速度傳感器，它包括外殼、銅環、線圈、磁鐵和彈簧片。外殼與線圈、磁 鋼之間相對靜止連成一體；與外殼相固接的彈簧片支承銅環，銅環位於線 圈與磁鐵之間，當銅環與線圈、磁鐵作相對運動時，線圈能感生出與振動 加速度成正比的電壓信號。該實用新型專利適用於測量振動加速度，由於 銅環連接在外殼上不能轉動，無法測量旋轉角加速度。
發明內容
本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足提出一種新型的旋轉 角加速度傳感器，以電磁感應原理為基礎，構成電磁式測量角加速度的傳 感器。傳感器的轉軸與被測系統的旋轉軸同軸安裝，直接把旋轉軸上旋轉 角加速度轉換成電信號輸出，輸出的電壓信號與旋轉角加速度直接對應， 因此，測量精度較高，而且，結構簡單，使用方便。
本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的
一種電磁式旋轉角加速度傳感器，它包括機座，位於機座前端的前端 蓋，位於機座後端的後端蓋，穿過前端蓋和後端蓋中心的轉軸，分別置於轉軸與前端蓋和轉軸與後端蓋之間的軸承，與轉軸同軸心地置於機座內的 設有繞組槽的外定子鐵心，置於外定子鐵心與轉軸之間的內定子鐵心，內 定子鐵心與外定子鐵心和轉軸同軸心，並與外定子鐵心之間留有間隙，嵌 入在外定子鐵心上繞組槽內的外定子鐵心輸出繞組，嵌入在外定子鐵心上 繞組槽內的外定子鐵心勵磁繞組，外定子鐵心勵磁繞組的軸線與外定子鐵 心輸出繞組的軸線正交，外定子鐵心勵磁繞組由一直流恆流電源供電，構 成外定子鐵心至內定子鐵心之間磁路的勵磁源，勵磁源在外定子鐵心與內 定子鐵心之間的間隙中形成勵磁磁場； 一杯形轉子繞組，杯底與轉軸同軸 心地裝在轉軸上，杯體位於外定子鐵心與內定子鐵心之間的間隙中。
如上述本實用新型的旋轉角加速度傳感器，其工作原理為外定子鐵 心勵磁繞組通過直流恆流電源供電作為內外定子鐵心之間磁路的勵磁源， 該勵磁源在內外定子鐵心之間的間隙中形成勵磁磁場(或稱為氣隙磁場)， 杯形轉子繞組位於內外定子鐵心之間的氣隙磁場內並與兩定子鐵心同軸 心，杯形轉子繞組裝於(固定連接)轉軸(或稱機械量輸入軸)上，可相 對於兩定子鐵心作旋轉運動。工作時，傳感器的轉軸與被測系統的旋轉軸 同軸聯接。如被測系統的旋轉軸作恆轉速運動，則杯形轉子繞組也作恆轉 速運動，在杯形轉子繞組中產生電勢，此電勢產生轉子電流，轉子電流產 生磁場，此時，該磁場的磁勢幅值恆定，外定子鐵心輸出繞組的電勢為零； 如被測系統的旋轉軸作非恆轉速運動，即存在旋轉角加速度時，則杯形轉 子繞組也作非恆轉速運動，則在杯形轉子繞組中產生電勢的大小與被測系 統的非恆轉速運動的轉速相對應，此電勢產生轉子電流，該轉子電流隨時 間變化。因此，該轉子電流所產生磁場的磁勢幅值也隨時間變化，該磁勢 幅值隨時間變化的磁場與外定子鐵心輸出繞組交鏈，從而在外定子鐵心輸 出繞組中產生輸出電勢，該輸出電勢與被測系統的轉速變化相對應。
如上述，本實用新型利用電磁感應原理構成旋轉角加速度傳感器。傳 感器的轉軸與被測系統的旋轉軸同軸安裝，直接把旋轉軸上旋轉角加速度 轉換成電信號輸出，輸出的電壓信號與旋轉角加速度直接對應。在結構上 採用了電磁作勵磁源，且外定子鐵心勵磁繞組由直流恆流電源供電，氣隙 磁場恆定，輸出電壓與旋轉角加速度一一對應，因此，測量精度較高，而 且，結構簡單；由於採用杯形轉子繞組結構，傳感器的轉動慣量明顯降低，靈敏度及測量精度明顯提高；由於傳感器轉軸與被測系統轉軸同軸相聯， 旋轉角加速度信號獲取直接，因此，使用方便。可用於各種需要測量旋轉 角加速度的場合。
圖1為本實用新型旋轉角加速度傳感器的結構示意圖； 圖2為圖1中A-A面的剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細描述本實用新型的技術方案。
如圖l、圖2所示，本實用新型的角加速度傳感器包括轉軸1、軸承 2、前端蓋3、外定子鐵心輸出繞組4、機座5、外定子鐵心6、杯形轉子 繞組7、內定子鐵心8、後端蓋9、外定子鐵心勵磁繞組10;
前端蓋3位於機座5的前端，後端蓋9位於機座5的後端，轉軸1 穿過前端蓋3和後端蓋9的中心，軸承2分別置於轉軸1與前端蓋3和轉 軸1與後端蓋9之間；
外定子鐵心6與轉軸1同軸心地置於機座5內，在外定子鐵心6上設 有繞組槽；
內定子鐵心8置於外定子鐵心6與轉軸1之間，與外定子鐵心6和轉 軸1同軸心，並與外定子鐵心6之間存有間隙；
外定子鐵心輸出繞組4嵌入在外定子鐵心6上的繞組槽內，它的軸線 與內定子鐵心6的磁軸垂直；
外定子鐵心勵磁繞組10嵌入在外定子鐵心6上的繞組槽內，它的軸 線與外定子鐵心輸出繞組4的軸線正交；外定子鐵心勵磁繞組由一直流恆 流電源供電作為內外定子鐵心之間磁路的勵磁源，勵磁源在內外定子鐵心 之間的間隙中形成恆定的氣隙磁場；
杯形轉子繞組7的杯底裝於轉軸上，與轉軸1同軸心，'杯體位於外定 子鐵心6與內定子鐵心8之間的間隙中，並與轉軸1同軸心。
圖2為圖2中A-A面的剖視圖，如圖2所示，外定子鐵心勵磁繞組 10和外定子鐵心輸出繞組4都嵌入在外定子鐵心6上的繞組槽內，且外定子鐵心勵磁繞組10與外定子鐵心輸出繞組4的軸線相互正交；外定子
鐵心6與內定子鐵心8與轉軸1同軸心，外定子鐵心6與內定子鐵心8 之間存在一間隙，杯形轉子繞組7位於外定子鐵心6與內定子鐵心8之間 的間隙中，杯形轉子繞組7與轉軸1、內定子鐵心8和外定子鐵心6同軸 心。
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在本實施例中，構成外定子鐵心6和內定子鐵心8的材料均為矽鋼片 或低剩磁的鐵磁材料；構成杯形轉子繞組7的材料為電阻率小的銅或鋁。 構成轉軸1的材料為不鏽鋼等材料；構成前端蓋3、機座5、後端蓋9的 材料為鋁合金等金屬材料；構成外定子鐵心輸出繞組4的材料為電磁漆包 線；軸承2為高速軸承。
權利要求1、一種電磁式旋轉角加速度傳感器，包括機座，位於機座前端的前端蓋，位於機座後端的後端蓋，其特徵在於，包括穿過前端蓋和後端蓋中心的轉軸，分別置於轉軸與前端蓋和轉軸與後端蓋之間的軸承，與轉軸同軸心地置於機座內的設有繞組槽的外定子鐵心，置於外定子鐵心與轉軸之間的內定子鐵心，內定子鐵心與外定子鐵心和轉軸同軸心，並與外定子鐵心之間留有間隙，嵌入在外定子鐵心上繞組槽內的外定子鐵心輸出繞組，嵌入在外定子鐵心上繞組槽內的外定子鐵心勵磁繞組，外定子鐵心勵磁繞組的軸線與外定子鐵心輸出繞組的軸線正交，外定子鐵心勵磁繞組由一直流恆流電源供電，構成外定子鐵心至內定子鐵心之間磁路的勵磁源，勵磁源在外定子鐵心與內定子鐵心之間的間隙中形成勵磁磁場；一杯形轉子繞組，杯底與轉軸同軸心地裝在轉軸上，杯體位於外定子鐵心與內定子鐵心之間的間隙中。
2、 根據權利要求l所述的電磁式旋轉角加速度傳感器，其特徵在於 構成外定子鐵心和內定子鐵心的材料均為矽鋼片或低剩磁的鐵磁材料。
3、 根據權利要求l所述的電磁式旋轉角加速度傳感器，其特徵在於 構成杯形轉子繞組的材料為電阻率小的銅或鋁。
專利摘要一種電磁式旋轉角加速度傳感器，它包括前後端帶有端蓋的機座，穿過前端蓋和後端蓋中心的轉軸，與轉軸同軸心置放的設有繞組槽的外定子鐵心，置於外定子鐵心與轉軸之間的內定子鐵心，內定子鐵心與外定子鐵心之間存在一間隙，嵌入在外定子鐵心上繞組槽內的外定子鐵心輸出繞組，嵌入在外定子鐵心上繞組槽內的軸線與外定子鐵心輸出繞組的軸線成正交的外定子鐵心勵磁繞組，外定子鐵心勵磁繞組由直流恆流電源供電，構成外定子鐵心至內定子鐵心之間磁路的勵磁源，勵磁源在外定子鐵心與內定子鐵心之間的間隙中形成勵磁磁場；一杯形轉子繞組，杯底裝在轉軸上，杯體位於外定子鐵心與內定子鐵心之間的間隙中。具有測量精度高，結構簡單，使用方便的特點。
文檔編號G01P15/08GK201237607SQ200820150558
公開日2009年5月13日 申請日期2008年7月4日 優先權日2008年7月4日
發明者丁立軍, 浩 馮, 李洪武 申請人:嘉興學院;李洪武;丁立軍