一种时栅角位移传感器

摘要

本发明公开了一种时栅角位移传感器，包括定子和转子，定子由定子基体和两个相同的传感单元构成，两个传感单元平行且互不干扰的设在定子基体的上、下端面，传感单元包括激励线圈和感应线圈；激励线圈和感应线圈采用“∞”字形绕线方式绕线，两个传感单元的感应线圈串联；转子由上转子基体、下转子基体、支撑柱和两个相同的导磁单元构成，两个导磁单元分别嵌在上、下转子基体上且相互平行，导磁单元由一个导磁体或者由个相同的导磁体绕上转子基体或者下转子基体的轴心线等间距排列构成，两个导磁单元内的导磁体的起始位置满足特定的条件。其能在不增加刻线精密度或者传感器极对数的情况下，将测量分辨力提高一倍。

主权项

一种时栅角位移传感器，包括定子(1)和转子(2)，其特征在于：所述定子(1)由定子基体(11)和两个相同的传感单元(12)构成，定子基体(11)为中心开轴孔的导磁圆柱体，两个传感单元平行且互不干扰的设在定子基体的上、下端面，传感单元包括激励线圈(121)和感应线圈(122)；所述激励线圈(121)由一起始点开始沿圆周顺时针方向或逆时针方向绕出，两端沿两条交错为N个“∞”字形的周期为Φ的曲线分别绕线，绕完整个圆周后分别引出，形成激励线圈绕线轨迹，所述起始点是两条周期为Φ的曲线的第一个交点，其中一条周期为Φ的曲线用极坐标方程表示为：$r_1=\left\{\begin{array}{cc}R+A\sin \left(2\pi \frac{\theta }{\Phi /2}\right)& \theta \in [0+i\Phi ,\frac{\Phi }{8}+i\Phi )\\ R+A& \theta \in [\frac{\Phi }{8}+i\Phi ,\frac{3\Phi }{8}+i\Phi )\\ R-A\sin \left(2\pi \frac{\theta }{\Phi /2}\right)& \theta \in [\frac{3\Phi }{8}+i\Phi ,\frac{5\Phi }{8}+i\Phi )\\ R-A& \theta \in [\frac{5\Phi }{8}+i\Phi ,\frac{7\Phi }{8}+i\Phi )\\ R+A\sin \left(2\pi \frac{\theta }{\Phi /2}\right)& \theta \in [\frac{7\Phi }{8}+i\Phi ,\Phi +i\Phi )\end{array}\right.$另一条周期为Φ的曲线用极坐标方程表示为：$r_2=\left\{\begin{array}{cc}R-A\sin \left(2\pi \frac{\theta }{\Phi /2}\right)& \theta \in [0+i\Phi ,\frac{\Phi }{8}+i\Phi )\\ R-A& \theta \in [\frac{\Phi }{8}+i\Phi ,\frac{3\Phi }{8}+i\Phi )\\ R+A\sin \left(2\pi \frac{\theta }{\Phi /2}\right)& \theta \in [\frac{3\Phi }{8}+i\Phi ,\frac{5\Phi }{8}+i\Phi )\\ R+A& \theta \in [\frac{5\Phi }{8}+i\Phi ,\frac{7\Phi }{8}+i\Phi )\\ R-A\sin \left(2\pi \frac{\theta }{\Phi /2}\right)& \theta \in [\frac{7\Phi }{8}+i\Phi ,\Phi +i\Phi )\end{array}\right.$式中，N表示传感器的极对数，Φ表示一个周期对应的圆心角，其等于传感器的极距，i依次取值0至N‑1中的所有整数，A表示激励线圈绕线轨迹正弦部分的幅值，R表示激励线圈绕线轨迹所沿圆周的半径，R＞A；所述感应线圈(122)的绕线方式与激励线圈的绕线方式相同，感应线圈绕线轨迹为激励线圈绕线轨迹沿圆周顺时针方向或逆时针方向旋转圆心角后的曲线；设在定子基体上端面的传感单元的感应线圈与设在定子基体下端面的传感单元的感应线圈串联；所述转子(2)由上转子基体(21)、下转子基体(23)、支撑柱(24)和两个相同的导磁单元构成，上转子基体与下转子基体结构相同，都为中心开轴孔的非导磁的圆盘体，支撑柱为扇环柱体，其内圆弧直径大于定子基体的外径，支撑柱的上端面与上转子基体垂直连接，支撑柱的下端面与下转子基体垂直连接，形成侧面开口的框形结构，且支撑柱与上、下转子基体的轴心线重合，两个导磁单元分别嵌在上、下转子基体上且相互平行，导磁单元由一个导磁体(22)或者由m个相同的导磁体绕上转子基体或者下转子基体的轴心线等间距排列构成，其中1＜m≤2N，导磁体为扇环柱体；在由m个导磁体构成的导磁单元中，各个导磁体的上端面或者下端面位于同一平面内，相邻两个导磁体的中心所夹圆心角等于每个导磁体的圆心角β满足：每个导磁体的外圆弧半径大于R+A，内圆弧半径小于R‑A；所述定子基体(11)位于所述框形结构内，其轴心线与上、下转子基体的轴心线重合，两个传感单元与两个导磁单元分别正对平行，并留有相同的间隙；两个导磁单元内的导磁体与两个传感单元的激励线圈的位置应满足：如果设在定子基体上端面的传感单元的激励线圈的起始位置与设在定子基体下端面的传感单元的激励线圈的起始位置所夹圆心角为α，则嵌在上转子基体上的导磁单元内的导磁体的起始位置与嵌在下转子基体上的导磁单元内的导磁体的起始位置所夹圆心角为或者定子(1)的两个传感单元(12)的激励线圈(121)分别连接两相对称激励电流，当转子(2)绕轴心线相对定子(1)发生转动时，导磁体(22)相对感应线圈(122)运动，两个传感单元的感应线圈串联输出幅值恒定的感应信号，将该感应信号与激励信号进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到转子相对定子转动的角位移。