CN105222698A - 一种基于变磁阻原理的直线位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器，包括初级组件和次级组件，所述初级组件包括初级铁心和绕组，在初级铁心上设置带绕组的齿柱，次级组件仅采用次级铁心，初级铁心的长度小于次级铁心的长度，且初级铁心与次级铁心之间存在气隙，这样，当初级铁心被牵引移动时，气隙尺寸发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，从而使正、余弦信号输出绕组的输出电压按正、余弦规律变化，进而确定初级铁心位移量的大小和方向，实现测量直线位移，具有精度高、可靠性高、适应环境能力强、体积小、结构简单、价格低等优点。

Description

一种基于变磁阻原理的直线位移传感器

技术领域

本发明涉及直线传感器，尤其是一种基于变磁阻原理的直线位移传感器。

背景技术

目前，测量直线位移的传感器主要有光栅尺、磁栅尺及一些电容、电感的传感器，尤其是光栅尺广泛应用于直线位移测量及直线伺服电机位置检测中，但光栅尺原理特性及结构特性决定了它对使用环境要求较高，如灰尘、油渍及较强的冲击、振动都可能使其精度变差或损坏，同时结构也比较复杂、成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种适用于直线伺服、驱动电机系统次级位置检测的基于变磁阻原理的直线位移传感器，检测精度高，实用可靠。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于变磁阻原理的直线位移传感器，包括初级组件和次级组件，所述初级组件包括初级铁心和绕组，所述初级铁心上排列有若干个齿柱，所述绕组通过绝缘件安装在齿柱上，所述次级组件为次级铁心，所述次级铁心上设有与齿柱相对应的齿槽，齿槽由间隔分布的凸起和凹槽组成，所述初级铁心的长度小于次级铁心的长度且初级铁心与次级铁心之间隔开形成一气隙，所述初级铁心对应的次级铁心上凸起的数目为直线位移传感器的极对数和初级铁心的极对数，该极对数可为1、2、3、4、5、6等。

上述结构中，所述齿柱沿初级铁心等间隔分布，所述齿柱的个数设置为大于或等于4个，具体的，齿柱分布在初级铁心与次级铁心相对的一侧边上。

上述结构中，所述绝缘件为绝缘骨架或由绝缘材料做成的套件。

上述结构中，所述齿槽由设置在次级铁心上的间隔分布的凸起和凹槽组成，所述凸起与/或凹槽的轮廓线为圆弧形，即凸起与凹槽的轮廓线为整段圆弧，形成波浪型结构，或者凸起和凹槽的轮廓线由几段圆弧组成。

优选的，所述绕组包括激磁绕组和信号输出绕组，所述激磁绕组均匀分布在齿柱上，所述信号输出绕组的匝数依据极对数及齿柱个数并按正弦规律布置在齿柱上。

优选的，所述信号输出绕组为余弦信号输出绕组和正弦信号输出绕组。

更优选的，所述齿柱之间的槽形为矩形、梨形或梯形。

上述结构中，所述气隙的最小宽度范围为0.1-2mm之间。

工作时，次级铁心固定，初级铁心连接在需要测量直线位移的设备上，当初级铁心被牵引移动时，气隙尺寸发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而使正、余弦信号输出绕组的输出电压按正、余弦规律变化，进而确定初级铁心位移量的大小和方向。

本发明的有益效果：该直线位移传感器是基于变磁阻原理来实现非电量测量的传感器，在初级铁心上设置带绕组的齿柱，次级组件仅采用次级铁心，初级铁心与次级铁心之间存在气隙，这样，当初级铁心被牵引移动时，气隙尺寸发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而使正、余弦信号输出绕组的输出电压按正、余弦规律变化，进而确定初级铁心位移量的大小和方向，实现测量直线位移，且次级铁心比初级铁心长，测量位移范围更广，具有精度高、可靠性高、适应环境能力强、体积小、结构简单、价格低等优点，非常适合作为直线位移检测元件用于无刷直线直流电机等直线伺服驱动电机系统中，也可用于环境恶劣、可靠性要求高的位移测量系统中。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器，包括初级组件和次级组件，初级组件包括初级铁心1和绕组13，该初级铁心1上排列有若干个齿柱11，绕组13通过绝缘件12安装在齿柱11上，该绕组13即为初级线圈；次级组件为次级铁心2，次级铁心2无需缠绕线圈，该次级铁心2上设有与齿柱11相对应的齿槽，初级铁心1的长度小于次级铁心2的长度，且初级铁心1与次级铁心2之间隔开形成一气隙3，初级铁心1对应的次级铁心2上凸起的数目为直线位移传感器的极对数和初级铁心1的极对数，该极对数可为1、2、3、4、5、6等。装配时，次级组件安装固定在传感器的壳体上，初级组件与传感器中运动部分相连接，气隙3的最小宽度范围为0.1-2mm之间，基于变磁阻的原理而实现，结构简单实用，具有使用寿命长、灵敏度高分辨率大、输出信号强、重复性好、线性度优良等优点。

该实施例中，齿柱11沿初级铁心1等间隔分布，具体的，齿柱11分布在初级铁心1与次级铁心2相对的一侧边上，齿柱11的个数设置为大于或等于4个，实施例设置有6个齿柱11。采用绝缘骨架作为绝缘件12，绝缘骨架连接在齿柱11上，绕组13安装在绝缘骨架上。优选的，齿柱11之间的槽形为矩形、梨形或梯形。

上述结构中，次级铁心2上设置的齿槽与齿柱11相对应，该齿槽由设置在次级铁心2上的间隔分布的凸起21和凹槽22组成，实施例中，凸起21与凹槽22的轮廓线均为圆弧形，即凸起21与凹槽22的轮廓线为整段圆弧，形成波浪型结构，如图1所示，另外，凸起21和凹槽22的轮廓线还可以由几段圆弧组成，即凸起21与凹槽22的轮廓线不全是采用圆弧过渡。

优选的，上述的绕组13包括激磁绕组和信号输出绕组，激磁绕组均匀分布在齿柱11上，附图1中R1、R2分别为激磁绕组的出线端，信号输出绕组的匝数依据极对数及齿柱11个数并按正弦规律布置在齿柱11上，而该信号输出绕组为余弦信号输出绕组和正弦信号输出绕组，即余弦信号输出绕组匝数和正弦信号输出绕组匝数依据极对数及齿柱11数目并按正弦规律布置在齿柱11上，附图1中S1、S2分别为正弦信号输出绕组的出线端，S3、S4分别为余弦信号输出绕组的出线端。

工作时，次级铁心2固定，初级铁心1连接在需要测量直线位移的设备上，当初级铁心1被牵引移动时，气隙3尺寸发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而使正、余弦信号输出绕组的输出电压按正、余弦规律变化，进而确定初级铁心1位移量的大小和方向，实现测量直线位移，结构实用可靠，测量精度高，输出信号强，重复性好，线性度优良，非常适合作为直线位移检测元件用于无刷直线直流电机等直线伺服驱动电机系统中，也可用于环境恶劣、可靠性要求高的位移测量系统中。同时为了适合驱动电机系统控制，其磁极极对数也可要随着电动机极对数的不同而改变。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施例中所提到的形状结构，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于变磁阻原理的直线位移传感器，包括初级组件和次级组件，其特征在于：所述初级组件包括初级铁心（1）和绕组（13），所述初级铁心（1）上排列有若干个齿柱（11），所述绕组（13）通过绝缘件（12）安装在齿柱（11）上，所述次级组件为次级铁心（2），所述次级铁心（2）上设有与齿柱（11）相对应的齿槽，齿槽由间隔分布的凸起（21）和凹槽（22）组成，所述初级铁心（1）的长度小于次级铁心（2）的长度且初级铁心（1）与次级铁心（2）之间隔开形成一气隙（3），所述初级铁心（1）对应的次级铁心（2）上凸起的数目为直线位移传感器的极对数和初级铁心（1）的极对数。

2.根据权利要求1所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述齿柱（11）沿初级铁心（1）等间隔分布，所述齿柱（11）的个数设置为大于或等于4个。

3.根据权利要求1所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述绝缘件（12）为绝缘骨架或由绝缘材料做成的套件。

4.根据权利要求1所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述凸起（21）与/或凹槽（22）的轮廓线为圆弧形。

5.根据权利要求1所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述绕组（13）包括激磁绕组和信号输出绕组，所述激磁绕组均匀分布在齿柱（11）上，所述信号输出绕组的匝数依据极对数及齿柱（11）个数并按正弦规律布置在齿柱（11）上。

6.根据权利要求5所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述信号输出绕组为余弦信号输出绕组和正弦信号输出绕组。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述齿柱（11）之间的槽形为矩形、梨形或梯形。

8.根据权利要求1所述的一种基于变磁阻原理的直线位移传感器,其特征在于:所述气隙（3）的最小宽度范围为0.1-2mm之间。