高精度時柵角位移傳感器的製作方法

2023-06-26 19:01:16 5

本實用新型涉及一種傳感器，尤其涉及一種高精度時柵角位移傳感器。
背景技術：
：時柵角位移傳感器廣泛應用於現代工業生產中，時柵角位移傳感器基於電磁感應原理實現角位移測量，現有的時柵角位移傳感器中，一般包括定子和轉子，其中在定子上設置激勵輸入繞組，轉子上設置勵磁輸出繞組，這種結構的時柵位移傳感器傳感器存在如下缺陷：在上述結構中，必須採用滑環才能夠實現時柵位移傳感器整圈旋轉的工作目的，但是，傳感器定轉子上均有繞組線圈導致其結構複雜，不方便製造；另外，在設備中安裝滑環後，導致整個傳感器的抗幹擾能力降低，而且增加了傳感器的生產成本，進而導致結構的穩定性差，而且成本高昂；更為重要的是，現有結構的時柵角位移傳感器在工作過程中存在高次諧波，並且高次諧波引起分量磁場，進而引起諧波電勢，嚴重影響了時柵角位移傳感器的測量精度，目前，還沒有有效手段解決上述技術問題。因此，需要提出一種新的時柵角位移傳感器，能夠簡化時柵角位移傳感器的結構，使得時柵角位移傳感器的穩定性提高，降低製造難度以及生產成本；而且能夠有效地抑制感應信號中存在高次諧波，進而減小諧波電勢，提高傳感器的測量精度。技術實現要素：有鑑於此，本實用新型的目的是提供一種高精度時柵角位移傳感器，能夠簡化時柵角位移傳感器的結構，使得時柵角位移傳感器的穩定性提高，降低製造難度以及生產成本；而且能夠有效地抑制感應信號中存在高次諧波，進而可消除除齒諧波以外的高次諧波諧波分量磁場引起的諧波電勢，提高傳感器的測量精度。本實用新型提供的一種高精度時柵角位移傳感器，包括感應繞組、激勵繞組、兩個定子和兩個轉子，所述兩個定子同軸並列設置，所述兩個轉子與兩個定子一一對應且轉子同軸設置定子內，轉子和定子之間具有間隙；所述感應繞組和激勵繞組均設置於定子，且每個定子均設置一感應繞組和一激勵繞組；其中兩組激勵輸入信號相位差保持90°，且信號頻率保持相同。進一步，所述定子內側壁設置有繞組齒，相鄰繞組齒之間形成線槽，轉子外側壁設置有轉子齒，相鄰轉子齒之間形成齒槽，所述定子的繞組齒和轉子的齒槽的寬度相等，定子的線槽數目和轉子的齒槽數目之比為4:4N+1，所述轉子齒和齒槽的寬度相等。進一步，兩個定子的每個繞組齒的激勵繞組的線圈匝數相等，且同一定子上的激勵繞組線圈的隔齒反向串聯，兩個定子的感應繞組匝數分別按照正餘弦規律進行分布。進一步，兩個定子的激勵繞組的初始繞線位置相差一個定子齒槽寬度。進一步，所述每個定子齒的正弦感應繞組的匝數通過如下公式計算：所述餘弦感應繞組的匝數通過如下公式計算：其中，L0表示每個定子齒上最大繞組匝數；K表示定子齒序號，Zr表示轉子齒數，Z表示定子的繞組齒數。進一步，所述兩個定子之間和兩個轉子之間均設置有隔磁環。本實用新型的有益效果：本實用新型提供的一種高精度時柵角位移傳感器，無需在傳感器轉子中設置滑環，從而能夠簡化時柵角位移傳感器的結構，使得時柵角位移傳感器的穩定性顯著提高，有效降低製造難度以及生產成本；而且能夠有效地抑制感應信號中存在高次諧波，進而可消除除齒諧波以外的高次諧波諧波分量磁場引起的諧波電勢，大大提高傳感器的測量精度。附圖說明下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述：圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型的激勵繞組線圈繞向分布示意圖。具體實施方式圖1為本實用新型的結構示意圖，圖2為本實用新型的正、餘弦感應繞組的分布示意圖，如圖所示，本實用新型提供的一種高精度時柵角位移傳感器，包括感應繞組5、激勵繞組4、兩個定子2和兩個轉子1，所述兩個定子2同軸並列設置，所述兩個轉子1與兩個定子2一一對應且轉子1同軸設置定子2內，轉子1和定子2之間具有間隙10；所述感應繞組5和激勵繞組4均設置於定子2，且每個定子2均設置一感應繞組5和一激勵繞組4；其中一個定子2的激勵繞組4定義為正弦激勵輸入繞組，另一定子2的激勵繞組4定義為餘弦激勵輸入繞組，兩組輸入激勵繞組的輸入信號相位差保證為90°，且信號頻率相等；對應於正弦輸入激勵繞組的感應繞組為正弦感應繞組，對應於餘弦輸入激勵繞組的感應繞組為餘弦感應繞組；其中，正弦繞組和餘弦繞組為逐齒反向串接；通過上述結構，無需在傳感器中設置滑環，從而能夠簡化時柵角位移傳感器的結構，使得時柵角位移傳感器的穩定性顯著提高，有效降低製造難度以及生產成本；而且通過兩個定子的感應繞組採用正弦、餘弦分布的形式，能夠有效地抑制感應信號中存在高次諧波，進而可消除除齒諧波以為的高次諧波諧波分量磁場引起的諧波電勢，大大提高傳感器的測量精度。本實施例中，所述定子2內側壁設置有繞組齒6，相鄰繞組齒6之間形成線槽7，轉子1外側壁設置有轉子齒9，相鄰轉子齒9之間形成齒槽8，所述繞組齒6和轉子的齒槽8寬度相等，轉子齒9的寬度和齒槽8的寬度相等，定子的線槽數目和轉子的齒槽數目之比為4:4N+1；傳感器在工作過程中，定子不動作，轉子轉動，由於轉子的外側壁和和定子的內側壁之間具有間隙，且由於轉子齒、齒槽、繞組齒和線槽的作用下，導致轉子和定子之間的間隙在轉子轉動過程中是變化的，感應繞組感應輸出的電壓信號隨著轉子間的間隙磁導變化而變化，轉子沒轉過一個齒距，間隙磁導變化一個周期，那麼感應繞組輸出的電壓信號幅值就變化以這個周期，而該電壓信號的幅值變化反映了轉子角位移量信息，因此，通過上述結構，能夠保證感應繞組輸出的電壓信號的幅值變化的準確性，進而保證傳感器的檢測精度。本實施例中，兩個定子2的每個繞組齒6的激勵繞組4線圈匝數相等，且同一定子2相鄰繞組齒6的繞組線圈的繞線間隔反向串接；兩個定子2的每個感應繞組5的線圈匝數分別按照正餘弦規律進行分布，圖2為間隔反向示意圖，其中「+」表示正向，「-」表示反向，由於激勵繞組跨兩個齒，因此，激勵繞組是每兩齒反向依次，感應繞組則是逐齒反向繞制；通過這種方式，有效抑制了高次諧波以及由於高次諧波分量磁場引起的諧波電勢，保證傳感器的測量精度。本實施例中，兩個定子2的激勵繞組4的初始繞線位置相差一個定子槽寬，其中，初始繞線位置是指繞組的線圈繞制於繞組齒時，第一個開始繞制的繞組齒即為初始繞線位置，通過種結構，能夠有效保證正弦激勵輸入繞組和餘弦激勵輸入繞組的輸入激勵信號保持準確的空間正交，即保持準確的空間相位相差90°。本實施例中，所述每個定子齒的正弦感應輸出繞組的匝數通過如下公式計算：所述餘弦感應輸出繞組的匝數通過如下公式計算：其中，L0表示每個定子齒上最大繞組匝數；K表示定子齒序號，Zr表示轉子齒數，Z表示定子的繞組齒數；另外，需要說明的是：同一定子上的激勵輸入繞組匝數是相等而感應輸出繞組的匝數是不相等的，通過上述計算公式，能夠準確進行輸出繞組的繞制，保證本實用新型的最終檢測精度；以下一個具體實例對本實用新型的繞組繞向和匝數進行說明：該實例中，定子的繞組齒為8個，轉子齒為10個，即Z＝8，Zr＝10，每個繞組齒的最大匝數為N，其輸出繞組線圈繞向和匝數比值如表1所示：齒序號12345678正弦感應繞組匝數比010-1010-1餘弦感應繞組匝數比10-1010-10表1其中，匝數比是指實際的匝數與最大匝數的比值，如果假定順時針繞向為正向，逆時針繞向則為反向，表1中以負號「-」表示反向，圖2中以A和B區分兩個定子輸入信號，「+」表示繞組正向繞制，「-」表示反向繞制。本實施例中，所述兩個定子2之間和兩個轉子1之間均設置有隔磁環3，通過這種結構，能夠避免兩個定子之間的磁路幹擾，確保最終檢測結果的準確性。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp