CN102129049A - 单铁芯磁通门以及磁通门三轴传感器 - Google Patents

单铁芯磁通门以及磁通门三轴传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单铁芯磁通门以及磁通门三轴传感器,用于解决现有的三轴磁通门传感器加工困难的技术问题。技术方案是磁通门的铁芯是长条形,加工绕线更加方便,更能保证测量轴与安装轴的一致,降低了制造成本。采用长条形铁芯磁通门的三轴磁通门传感器,采用磁通门与传感器基座分离结构,降低了铁芯、线圈的加工、绕线和装配的复杂程度,保证了三个单轴磁通门相互垂直,三个单轴磁通门固定方便,提高了磁通门三轴传感器的可靠性和可维修性。

Description

单铁芯磁通门以及磁通门三轴传感器
技术领域
本发明涉及一种磁通门,特别是一种单铁芯磁通门。还涉及由这种单铁芯磁通门构成的磁通门三轴传感器。
背景技术
磁通门传感器是一种具有很好综合性能的磁场分量传感器。三个单轴磁通门相互垂直安装构成三轴磁通门传感器。如何保证三个单轴磁通门的相互垂直,减小三个单轴磁通门铁芯与信号之间的相互影响,使得磁通门加工容易,绕线方便,提高其可靠性、可维修性,是三轴磁通门传感器要解决的关键技术问题。
参照图5~7。文献“专利号是US 5,672,97的美国专利”公开了一种三轴磁通门传感器,该三轴磁通门传感器是由三个单轴磁通门和反馈线圈5组成。单轴磁通门是先将激励线圈1绕在一个长度为单轴磁通门长度两倍的空心骨架4上,再从中间将空心骨架4截断后对折,并将铁芯2装入骨架4的孔内。测量线圈3绕在对折后的激励线圈1外面。用聚苯氧基树脂材料加工基座6,在基座6的外面加工六个绕线槽用于容纳反馈线圈5。在基座6上加工三个相互垂直的通孔7正好容纳三个单轴磁通门。整个三轴磁通门传感器与其他电路一起安装在一个电路板上,激励线圈1、测量线圈3和反馈线圈5的引线都焊接在电路板上。
文献所述的单轴磁通门的骨架在绕完激励线圈后需要从中间截断,骨架的强度受到限制,截断过程可能伤及激励线圈;铁芯的装配和固定不方便,如果用胶粘,会影响铁芯的温度性能。在基座上加工六个容纳反馈线圈的绕线槽,对机械加工要求较高,不易保证三个反馈线圈的相互垂直;在基座上加工三个相互垂直的孔同样存在对机械加工要求较高,不易保证三个单轴磁通门相互垂直的问题。三个单轴磁通门在孔中的固定不方便,若用胶封,需特别细心才能保证单轴磁通门装配位置不变。该结构与电路板装在一起,如果希望单独将传感器安装到受铁磁材料影响小的地方,显得不太方便。这种磁通门的成本相对较高,可靠性和可维修性不理想。
发明内容
为了克服现有的三轴磁通门传感器加工困难的不足,本发明提供一种单铁芯磁通门,采用长条形铁芯,可以使加工绕线更加方便,更能保证测量轴与安装轴的一致,可以降低制造成本。
本发明还提供采用这种单铁芯磁通门的磁通门三轴传感器,磁通门与传感器基座分离,降低铁芯、线圈的加工、绕线和装配的复杂程度,保证三个单轴磁通门相互垂直,三个单轴磁通门固定方便,可以提高磁通门三轴传感器的可靠性和可维修性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种单铁芯磁通门,包括激励线圈1、铁芯2、测量线圈3和骨架4,其特点是还包括套管17,所述骨架4的绕线部分是管状,骨架前端15和骨架后端19都是正方形,正方形的中心位置固连有骨架4的绕线部分,骨架4的管状中心与骨架前端18和骨架后端19的正方形中心同圆心;所述铁芯2是长条形,其厚度为0.02mm至0.1mm之间,宽度为1mm,长度与骨架4长度相同,激励线圈1绕在骨架4管状部分的里层,测量线圈3绕在激励线圈1上;在骨架前端18的两个角上有两个引线槽20,激励线圈入端24引线和激励线圈出端25引线从右侧引线槽20引出;测量线圈入端26引线和测量线圈出端27引线从左侧引线槽20引出;骨架4管状部分的内径比铁芯2的宽度略大,装有铁芯2的套管17位于骨架4的内孔中,套管17的外径与骨架4的内径等大。
所述套管17是橡胶管、软塑料管或黄腊管任一种。
所述铁芯2的材料是坡莫合金或非晶软磁材料任一种。
一种采用上述单铁芯磁通门的磁通门三轴传感器,其特点是包括六个单铁芯磁通门、基座6、底座8、挡板9、X轴电路板10、Y轴电路板11、Z轴电路板12和上盖16;所述基座6是正立方体,正立方体的六个面上分别有六个方形槽,基座6正立方体相互平行的两个面为一组,每组两个面上的方形槽相互平行,且与另外四个面上的方形槽垂直;
基座6的边长与单铁芯磁通门骨架4的长度相同;基座6上方形槽的截面与单铁芯磁通门骨架前端18和骨架后端19相同;每个方槽放置一个单铁芯磁通门;
基座6每个面上的四个角处都有螺纹孔21,螺钉13通过螺纹孔21将基座6固定在底座8上;螺钉13通过基座6前面的螺纹孔21将挡板9固定在基座6的前面,通过基座6右面的,螺纹孔21将另一挡板9固定在基座6右面;
基座6的前面、右面分别设置挡板9,挡板9和底座8上正对着每个单铁芯磁通门的中心处都有顶丝孔22,顶丝14固定铁芯2;
单铁芯磁通门有引线的一端分别位于基座6的左面、后面和上面,且引线都位于外侧,螺钉13将X轴电路板10固定在基座6的左面,将Y轴电路板11固定在基座6后面,将Z轴电路板12固定在基座6的上面;
激励信号23引线与X轴的一个激励线圈入端24引线相连并焊在X激励焊盘31上,X轴两个激励线圈出端25引线相连并焊在X激励过渡焊盘32上;X轴另一个激励线圈入端24引线与Y轴的一个激励线圈入端24引线相连并焊在Y激励焊盘33上,Y轴两个激励线圈出端25引线相连并焊在Y激励过渡焊盘34上;Y轴另一个激励线圈入端24引线与Z轴的一个激励线圈入端24引线相连并焊在Z激励焊盘35上,Z轴两个激励线圈出端25引线连并焊在Z激励过渡焊盘36上,Z轴另一个激励线圈入端24引线接地并焊在地线焊盘37上。X轴一个测量线圈入端26引线与另一个测量线圈出端27引线相连并焊在X测量过渡焊盘38上;X轴另一个测量线圈入端26引线与X轴输出信号28引线与相连并焊在X输出信号焊盘39上,X轴另一个测量线圈出端27引线接地并焊在地线焊盘37上;Y轴一个测量线圈入端26引线与另一个测量线圈出端27引线相连并焊在Y测量过渡焊盘40上;Y轴另一个测量线圈入端26引线与Y轴输出信号29引线与相连并焊在Y输出信号焊盘41上,Y轴另一个测量线圈出端27引线接地并焊在接地焊盘37上。Z轴一个测量线圈入端26引线与另一个测量线圈出端27引线相连并焊在Z测量过渡焊盘42上;Z轴另一个测量线圈入端26引线与Z轴输出信号30引线与相连并焊在Z输出信号焊盘43上,Z轴另一个测量线圈出端27引线接地并焊在地线焊盘37上,
每块电路板靠近基座6的一侧都有与电路板尺寸相同的橡胶垫;每个顶丝14的靠近基座6的一侧也都有与顶丝14截面尺寸相同的橡胶垫;
基座6后面的Y轴电路板安装孔处有两个线卡15,用于固定磁通门三轴传感器的引出线,上盖16通过螺钉13与底座8相连;磁通门三轴传感器中,除铁芯2外所有零部件均采用无磁性的材料。
所述无磁金属材料是黄铜或无磁硬铝任一种。
所述基座6的材料是夹布胶木或酚醛塑料任一种。
本发明的有益效果是:由于磁通门的铁芯是长条形,加工绕线更加方便,更能保证测量轴与安装轴的一致,相对降低了制造成本。
采用这种单铁芯磁通门的磁通门三轴传感器,磁通门与传感器基座分离,降低了铁芯、线圈的加工、绕线和装配的复杂程度,保证了三个单轴磁通门相互垂直;三个单轴磁通门固定方便,提高了磁通门三轴传感器的可靠性和可维修性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明磁通门三轴传感器的结构图。
图2是图1中磁通门的结构示意图。
图3是图2的剖视放大图。
图4是图1中图电路板的放大图。
图5是背景技术三轴磁通门传感器的结构示意图。
图6是图5三轴磁通门传感器所用激励线圈结构示意图。
图7是图5三轴磁通门传感器所用测量线圈结构示意图。
图中:1-激励线圈,2-铁芯,3-测量线圈,4-骨架,5-反馈线圈,6-基座,7-通孔,8-底座,9-挡板,10-X轴电路板,11-Y轴电路板,12-Z轴电路板,13-螺钉,14-顶丝,15-线卡,16-上盖,17-套管,18-骨架前端,19-骨架后端,20-引线槽,21-螺纹孔,22-顶丝孔,23-激励信号,24-激励线圈入端,25-激励线圈出端,26-测量线圈入端,27-测量线圈出端,28-X轴输出信号,29-Y轴输出信号,30-Z轴输出信号,31-X激励焊盘,32-X激励过渡焊盘,33-Y激励焊盘,34-Y激励过渡焊盘,35-Z激励焊盘,36-Z激励过渡焊盘,37-地线焊盘,38-X测量过渡焊盘,39-X输出信号焊盘,40-Y测量过渡焊盘,41-Y输出信号焊盘,42-Z测量过渡焊盘,43-Z输出信号焊盘。
具体实施方式
以下实施例参照图1~4。
单铁芯磁通门包括激励线圈1、铁芯2、测量线圈3和骨架4,还包括套管17,所述铁芯2是长条形,铁芯2采用坡莫合金或非晶软磁材料,其厚度为0.02mm至0.1mm之间,宽度为1mm,长度与带有圆孔的骨架4长度相同。激励线圈1绕在骨架4的里层;测量线圈3绕在骨架4的外层。骨架前端18和骨架后端196都是正方形。在骨架前端18的两个角上加工有两个引线槽20,激励线圈入端24引线和激励线圈出端25引线从右侧引线槽20引出;测量线圈入端26引线和测量线圈出端27引线从左侧引线槽20引出。
单铁芯磁通门骨架4的内孔直径比铁芯2的宽度大。装铁芯2时,先将套管17装入骨架4的内孔中,再将铁芯2装入套管17的内孔中。套管17的外直径与骨架4的内孔直径相同,套管17可采用橡胶管,软塑料套管或黄腊套管,其作用是填补骨架的内孔中的空隙,减小铁芯2受震动冲击的影响。
采用上述单铁芯磁通门的磁通门三轴传感器,包括六个单铁芯磁通门、基座6、底座8、挡板9、X轴电路板10、Y轴电路板11、Z轴电路板12和上盖16。
基座6是正立方体,正立方体的六个面上分别有六个方形槽,基座6正立方体相互平行的两个面为一组,每组两个面上的方形槽相互平行,且与另外四个面上的方形 槽垂直。基座6的材料是无磁非金属,例如夹布胶木、酚醛塑料等。
基座6的边长与单铁芯磁通门骨架4的长度相同;基座6上方形槽的截面与单铁芯磁通门骨架前端18和骨架后端19相同;每个方槽正好能放置一个单铁芯磁通门;三轴磁通门传感器的六个单铁芯磁通门正好安装在这六个方形槽内。两个相互平行的方形槽内的单铁芯磁通门构成一个单轴磁通门。
基座6每个面上的四个角处都有螺纹孔21。单铁芯磁通门安装后,用螺钉13通过基座下面的四个螺纹孔21将基座6固定在底座8上;用螺钉13通过基座6前面的四个螺纹孔21将挡板9固定在基座6的前面;用螺钉13通过基座6右面的四个螺纹孔21将另一挡板9固定在基座6右面。
基座6的前面、右面分别设置挡板9,挡板9和底座8上正对着每个单铁芯磁通门的中心处都有顶丝孔22便于装配铁芯2。铁芯2装配后,用顶丝14将铁芯2固定。
单铁芯磁通门有引线的一端分别位于基座6的左面、后面和上面,且引线都位于外侧。在基座6的左面用螺钉13将X轴电路板10固定到基座6上;在基座6的后面用螺钉13将Y轴电路板11固定到基座6上;在基座6的上面用螺钉13将Z轴电路板12固定到基座6上。
激励信号23引线与X轴的一个激励线圈入端24引线相连并焊在X激励焊盘31上,X轴两个激励线圈出端25引线相连并焊在X激励过渡焊盘32上;X轴另一个激励线圈入端24引线与Y轴的一个激励线圈入端24引线相连并焊在Y激励焊盘33上,Y轴两个激励线圈出端25引线相连并焊在Y激励过渡焊盘34上;Y轴另一个激励线圈入端24引线与Z轴的一个激励线圈入端24引线相连并焊在Z激励焊盘35上,Z轴两个激励线圈出端25引线连并焊在Z激励过渡焊盘36上,Z轴另一个激励线圈入端24引线接地并焊在地线焊盘37上。X轴一个测量线圈入端26引线与另一个测量线圈出端27引线相连并焊在X测量过渡焊盘38上;X轴另一个测量线圈入端26引线与X轴输出信号28引线与相连并焊在X输出信号焊盘39上,X轴另一个测量线圈出端27引线接地并焊在地线焊盘37上。Y轴一个测量线圈入端26引线与另一个测量线圈出端27引线相连并焊在Y测量过渡焊盘40上;Y轴另一个测量线圈入端26引线与Y轴输出信号29引线与相连并焊在Y输出信号焊盘41上,Y轴另一个测量线圈出端27引线接地并焊在接地焊盘37上。Z轴一个测量线圈入端26引线与另一个测量线圈出端27引线相连并焊在Z测量过渡焊盘42上;Z轴另一个测量线圈入端26引线与Z轴输出信号30引线与相连并焊在Z输出信号焊盘43上,Z轴另一个测量线圈出端 27引线接地并焊在地线焊盘37上。
每块电路板靠近基座6的一侧都有与电路板尺寸相同的橡胶垫;每个顶丝14的靠近基座6的一侧也都有与顶丝14截面尺寸相同的橡胶垫。这些橡胶垫的作用是减小铁芯受震动冲击的影响。
基座6后面的Y轴电路板安装孔处有两个线卡15,用于固定磁通门三轴传感器的引出线。上盖16通过螺钉13与底座8相连。
磁通门三轴传感器中,除铁芯2外所有零部件均采用无磁性的材料。

Claims (6)

1.一种单铁芯磁通门,包括激励线圈(1)、铁芯(2)、测量线圈(3)和骨架(4),其特征在于还包括套管(17),所述骨架(4)的绕线部分是管状,骨架前端(18)和骨架后端(19)都是正方形,正方形的中心位置固连有骨架(4)的绕线部分,骨架(4)的管状中心与骨架前端(18)和骨架后端(19)的正方形中心同圆心;所述铁芯(2)是长条形,其厚度为0.02mm至0.1mm之间,宽度为1mm,长度与骨架(4)长度相同,激励线圈(1)绕在骨架(4)管状部分的里层,测量线圈(3)绕在激励线圈(1)上;在骨架前端(18)的两个角上有两个引线槽(20),激励线圈入端(24)引线和激励线圈出端(25)引线从右侧引线槽(20)引出;测量线圈入端(26)引线和测量线圈出端(27)引线从左侧引线槽(20)引出;骨架(4)管状部分的内径比铁芯(2)的宽度略大,装有铁芯(2)的套管(17)位于骨架(4)的内孔中,套管(17)的外径与骨架(4)的内径等大。
2.根据权利要求1所述的单铁芯磁通门,其特征在于:所述套管(17)是橡胶管、软塑料管或黄腊管任一种。
3.根据权利要求1所述的单铁芯磁通门,其特征在于:所述铁芯(2)的材料是坡莫合金或非晶软磁材料任一种。
4.一种采用权利要求1所述单铁芯磁通门的磁通门三轴传感器,其特征在于:包括六个单铁芯磁通门、基座(6)、底座(8)、挡板(9)、X轴电路板(10)、Y轴电路板(11)、Z轴电路板(12)和上盖16;所述基座(6)是正立方体,正立方体的六个面上分别有六个方形槽,基座(6)正立方体相互平行的两个面为一组,每组两个面上的方形槽相互平行,且与另外四个面上的方形槽垂直;
基座(6)的边长与单铁芯磁通门骨架(4)的长度相同;基座(6)上方形槽的截面与单铁芯磁通门骨架前端(18)和骨架后端(19)相同;每个方槽放置一个单铁芯磁通门;
基座(6)每个面上的四个角处都有螺纹孔(21),螺钉(13)通过螺纹孔(21)将基座(6)固定在底座(8)上;螺钉(13)通过基座(6)前面的螺纹孔(21)将挡板(9)固定在基座(6)的前面,通过基座(6)右面的,螺纹孔(21)将另一挡板(9)固定在基座(6)右面;
基座(6)的前面、右面分别设置挡板(9),挡板(9)和底座(8)上正对着每个单铁芯磁通门的中心处都有顶丝孔(22),顶丝(14)固定铁芯(2);
单铁芯磁通门有引线的一端分别位于基座(6)的左面、后面和上面,且引线都位于外侧,螺钉(13)将X轴电路板(10)固定在基座(6)的左面,将Y轴电路板(11)固定在基座(6)后面,将Z轴电路板(12)固定在基座(6)的上面;
激励信号(23)引线与X轴的一个激励线圈入端(24)引线相连并焊在X激励焊盘(31)上,X轴两个激励线圈出端(25)引线相连并焊在X激励过渡焊盘(32)上;X轴另一个激励线圈入端(24)引线与Y轴的一个激励线圈入端(24)引线相连并焊在Y激励焊盘(33)上,Y轴两个激励线圈出端(25)引线相连并焊在Y激励过渡焊盘(34)上;Y轴另一个激励线圈入端(24)引线与Z轴的一个激励线圈入端(24)引线相连并焊在Z激励焊盘(35)上,Z轴两个激励线圈出端(25)引线连并焊在Z激励过渡焊盘(36)上,Z轴另一个激励线圈入端(24)引线接地并焊在地线焊盘(37)上;X轴一个测量线圈入端(26)引线与另一个测量线圈出端(27)引线相连并焊在X测量过渡焊盘(38)上;X轴另一个测量线圈入端(26)引线与X轴输出信号(28)引线与相连并焊在X输出信号焊盘(39)上,X轴另一个测量线圈出端(27)引线接地并焊在地线焊盘(37)上;Y轴一个测量线圈入端(26)引线与另一个测量线圈出端(27)引线相连并焊在Y测量过渡焊盘(40)上;Y轴另一个测量线圈入端(26)引线与Y轴输出信号(29)引线与相连并焊在Y输出信号焊盘(41)上,Y轴另一个测量线圈出端(27)引线接地并焊在接地焊盘(37)上;Z轴一个测量线圈入端(26)引线与另一个测量线圈出端(27)引线相连并焊在Z测量过渡焊盘(42)上;Z轴另一个测量线圈入端(26)引线与Z轴输出信号(30)引线与相连并焊在Z输出信号焊盘(43)上,Z轴另一个测量线圈出端(27)引线接地并焊在地线焊盘(37)上,
每块电路板靠近基座(6)的一侧都有与电路板尺寸相同的橡胶垫;每个顶丝(14)的靠近基座(6)的一侧也都有与顶丝(14)截面尺寸相同的橡胶垫;
基座(6)后面的Y轴电路板安装孔处有两个线卡(15),用于固定磁通门三轴传感器的引出线,上盖(16)通过螺钉(13)与底座(8)相连;磁通门三轴传感器中,除铁芯(2)外所有零部件均采用无磁性的材料。
5.根据权利要求4所述的单轴磁通门传感器,其特征在于:所述无磁金属材料是黄铜或无磁硬铝任一种。
6.根据权利要求4所述的单轴磁通门传感器,其特征在于:所述基座(6)的材料是夹布胶木或酚醛塑料任一种。
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