CN110542374B - 一种角度测量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角度测量传感器，包括：壳体，驱动齿轮，第一齿轮，第二齿轮，PCB板以及上盖板，其中，所述第一齿轮中嵌有一第一转子，所述第二齿轮中嵌有一第二转子，所述第一转子及所述第二转子朝向所述PCB板，所述PCB板上对应所述第一转子及所述第二转子的位置上均设置有激励线圈及接收线圈。本发明的角度测量传感器，其所测量的绝对角度测量范围精度更高，范围更广，而且测量范围由转子扇叶数与齿轮齿数共同决定，从而可通过控制转子扇叶数或者齿轮齿数控制测量范围，其灵活度更大。

Description

一种角度测量传感器

技术领域

本发明涉及物体旋转角度测量的技术领域，尤其涉及一种角度测量传感器。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，车辆辅助驾驶技术不断更新，如何在车辆驾驶过程中准确的检测和确定车辆控制部件，如方向盘转动的位置等，成为影响车辆辅助驾驶技术发展的重要因素。现代车辆的多种机电系统中通常使用位置传感器，利用检测车辆的如方向盘、油门踏板等的位置，确定驾驶员的意图，同时确定发动机或者车辆的状态。数十年来，电位计一直被用于测量位置和角度。其设计简单，价格低廉，在多种车辆中被广泛应用，但是由于存在许多限制，如在高温和振动等恶劣环境中，容易发生故障；只允许通过较小的信号电流等，使得电位计已经不能满足车辆对机电系统可靠性等的需求。而非接触式传感器的出现和使用大大增加了机电系统的可靠性，受到车辆机电系统领域的关注。

当前，使用较多的是霍尔式或者MR传感器之类的磁铁式传感器以及光学和电感传感器，特别是霍尔式传感器在角度测量上得到广泛应用。霍尔式传感器通过磁铁齿轮和霍尔芯片的配合来测量车辆机电系统中的转动角度，利用控制齿轮的齿数控制所测得的绝对角度的最大范围。然而，现有的传感器所能测得的绝对角度的最大值，受到齿轮密度的要求，无法再进一步扩大测量范围，且角度测量的灵活度不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种角度测量传感器，利用电磁感应原理，在齿轮中镶嵌转子，利用转子与一激励线圈及一接收线圈相配合，实现转子扇叶数与齿轮齿数共同决定测量的绝对角度范围。从而，提出了一种进一步增加角度测量传感器的测量范围的技术方案。

具体地，本发明提供一种角度测量传感器，包括壳体，所述壳体上具有一安装孔，一安装部，所述安装部中设置有第一安装位及一第二安装位；驱动齿轮，所述驱动齿轮贯穿所述安装孔，安装于所述壳体中；第一齿轮，所述第一齿轮安装于所述壳体的所述第一安装位上，并与所述驱动齿轮啮合；第二齿轮，所述第二齿轮安装于所述壳体的所述第二安装位上，并与所述驱动齿轮啮合；PCB板，所述PCB安装于所述壳体的所述安装部中，悬于所述第一齿轮及所述第二齿轮上方；上盖板，所述上盖板与所述壳体固定连接，所述上盖板与所述壳体之间形成一保护空间，所述PCB板、所述第一齿轮及所述第二齿轮位于所述保护空间中。其中，所述第一齿轮中嵌有一第一转子，所述第二齿轮中嵌有一第二转子，所述第一转子及所述第二转子朝向所述PCB板，所述PCB板上对应所述第一转子及所述第二转子的位置上均设置有激励线圈及接收线圈。

优选地，所述第一转子具有N个扇叶，嵌于齿数为N1的所述第一齿轮中，所述第二转子具有M个扇叶，嵌于齿数为M1的第二齿轮中，所述驱动齿轮的齿数为K，所述角度测量传感器测量的最大绝对角度为360*N1/(K*N)与360*M1/(K*M)的最小公倍数。

优选地，所述壳体的第一安装位上设置有一第一安装柱，所述第二安装位上设置有一第二安装柱，所述第一齿轮环套于所述第一安装柱上与所述壳体活动连接，所述第二齿轮环套于所述第二安装柱上与所述壳体活动连接，所述PCB板上对应所述第一安装柱和第二安装柱的位置上设置有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装柱贯穿所述第一安装孔，所述第二安装柱贯穿所述第二安装孔，所述PCB板固定连接于所述壳体的第一安装柱及第二安装柱上。

优选地，所述第一安装柱包括第一限位部和第二限位部，所述第一限位部的直径大于所述第二限位部的直径，所述第一齿轮活动连接于所述第一限位部，所述PCB板固定连接于所述第一限位部，所述第二安装柱包括第三限位部和第四限位部，所述第三限位部的直径大于所述第四限位部的直径，所述第二齿轮活动连接于所述第三限位部，所述PCB板固定连接于所述第四限位部，所述第一限位部的长度等于所述第三限位部的长度，所述第二限位部的长度等于所述第四限位部的长度。

优选地，所述安装部中还设置有至少一个定位柱，所述定位柱的高度大于或者等于所述第一限位部的高度，所述PCB与所定位柱固定连接。

优选地，所述安装部中设置有导电引线，所述导电引线与所述PCB板电连接。

优选地所述壳体上还设置有第一连接口，所述第一连接口与所述导电引线电连接，实现与外部的电连接，以及第二连接口，实现与外部的固定连接。

与现有技术相比较，本发明的优势在于：

1)本发明中角度测量传感器的测量范围由转子扇叶数与齿轮齿数共同决定；

2)本发明中角度测量传感器的绝对角度测量范围精度高，范围广，灵活度大。

附图说明

图1为一符合本发明一优选实施例的角度测量传感器的爆炸图；

图2为图1中角度测量传感器的转子的结构图；

图3为另一符合本发明一优选实施例的角度测量传感器的壳体的结构图。

附图标记：

1-壳体，

10-安装孔，11-安装部，

111-第一安装位，112-第二安装位，113-定位柱，

1111-第一安装柱，1112-第一限位部，1113-第二限位部，1121-第二限位部，1122-第三限位部，1123-第四限位部，

2-驱动齿轮，

3-第一齿轮，

4-第二齿轮，

5-PCB板，

6-上盖板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，详细阐述本发明的优势。

本发明为克服现有的角度测量装置的绝对角度测量范围不足，且测量角度灵活度不足的缺陷。提出一种新型的角度测量传感器。参见图1，其为一符合本发明一优选实施例的角度测量传感器的爆照图。从图中可以看出，本实施例所提供的角度测量传感器主要包括：壳体1，驱动齿轮2，第一齿轮3，第二齿轮4，PCB板5，以及上盖板6。

进一步参见图2，本实施例中一角度测量装置的具体安装方式为，壳体1上设置一安装孔10和一安装部11，并且在安装部11中设置一第一安装位111和一第二安装位112，则，驱动齿轮2贯穿安装孔10，固定安装于壳体1上，而驱动齿轮2的齿轮朝向并露出于壳体1的内部，保证驱动齿轮2的齿轮可以在壳体1内部自由转动；进一步地，第一齿轮3安装于第一安装位上，并与驱动齿轮2啮合；第二齿轮4则安装于第二安装位上，也与驱动齿轮2啮合，则驱动齿轮2转动，可带动第一齿轮3及第二齿轮4一起转动；更进一步地，PCB板5安装于第一安装部11中，悬于第一齿轮3和第二齿轮4上方，与壳体1固定连接，但是与第一齿轮3及第二齿轮4非接触；最后，上盖板6与壳体1固定连接，上盖板6位于PCB上方，则上盖板6与壳体1之间形成一保护空间，PCB板、第一齿轮3及第二齿轮4位于该保护空间中。从而，可以保护PCB板不受外部损坏。

特别地，参见图2，本实施例中，第一齿轮3中嵌有一第一转子31，第二齿轮中嵌有一第二转子41，安装后，该第一转子31和第二转子41均朝向PCB板。而，PCB板朝向并对应第一转子31的位置上设置有激励线圈和接收线圈，朝向并对应第二转子41的位置上也设置有激励线圈和接收线圈。

鉴于上述设计，根据电磁感应原理，当给激励线圈通电时，激励线圈将产生高频变化的同轴磁场；第一转子31和第二转子41感应该同轴磁场，其中将产生相应的感应电流，而在该感应电流作用下，第一转子31和第二转子41又将产生二次磁场；该二次磁场叠加至接收线圈上；接收线圈在该二次磁场作用下有将产生感应电压，测量该感应电压，通过一预设的计算方法可得到第一转子31和第二转子41的绝对位置信息，通过该绝对位置信息可得到驱动齿轮转动的绝对角度，也即被测量物，如方向盘的转动的绝对角度。

在另一符合本发明的优选实施例中，第一转子31具有N个扇叶，嵌于齿数为N1的第一齿轮3中；第二转子41具有M个扇叶，嵌于齿数为M1的第二齿轮4中，而驱动齿轮2的齿数为K，则该角度传测量感器所能测量的最大绝对角度为360*N1/(K*N)与360*M1/(K*M)的最小公倍数。

在另一符合本发明的优选实施例中，角度测量传感器的安装方式可以为，参阅图3，在壳体1安装部11的第一安装位111上设置有一第一安装柱1111，在第二安装位112上设置有一第二安装柱1121；则第一齿轮3环套于第一安装柱1111上实现与壳体1活动连接，而第二齿轮4环套于第二安装柱1121上从而与壳体1活动连接；而，PCB板5上对应该第一安装柱1111和第二安装柱1121的位置上设置有第一安装孔51和第二安装孔51，则安装时，第一安装柱1111贯穿该第一安装孔51，第二安装柱1121贯穿该第二安装孔52，从而PCB板5固定连接于壳体1的第一安装柱1111及第二安装柱1121上。鉴于上述方法，一方面可实现齿轮和PCB板与壳体的固定连接，同时，还能保证PCB板上的激励线圈和接收线圈的位置与齿轮上的转子向对应，有效保证角度测量传感器的正常运行。

在另一符合本发明的优选实施例中，PCB板上的激励线圈和接收线圈与齿轮上的转子的中心轴重合。

在另一符合本发明的优选实施例中，角度测量传感器的更多的安装方式可以为，其第一安装柱1111包括第一限位部1112和第二限位部1113，且第一限位部1112的直径大于第二限位部1113的直径，将第一齿轮3活动连接于第一限位部1112，PCB板5利用第一安装孔51固定连接于第二限位部1113；同时，第二安装柱1121包括第三限位部1122和第四限位部1123，则第三限位部1122的直径大于第四限位部1123的直径，将第二齿轮活动连接于第三限位部1122，PCB板5利用第二安装孔52固定连接于第四限位部1123，同时控制第一限位部1112的长度等于第三限位部1122的长度，第二限位部1113的长度等于第四限位部1123的长度，则可实现第一齿轮3、第二齿轮4以及PCB板5分别固定于壳体上，但是PCB板与第一、第二齿轮之间不接触。

在另一符合本发明的优选实施例中，角度测量传感器的更多的安装方式可以为，参阅图3，安装部11中还设置有至少一个定位柱113，该定位柱113的高度大于或者等于第一限位部1112的高度，则该定位柱113的高度也同时大于或者等于第三限位部1122的高度，将PCB与该定位柱113固定连接，从而，可以进一步保证PCB与壳体的紧固连接，保证角度测量传感器的有效工作。

在另一符合本发明的优选实施例中，角度测量传感器的安装部中设置有导电引线，该导电引线与PCB板电连接。

在另一符合本发明的优选实施例中，角度测量传感器的壳体上还设置有第一连接口，该第一连接口与导电引线电连接，实现角度测量传感器与外部的电连接，从而向PCB板供电；还设置有第二连接口，以实现角度测量传感器与外部的固定连接。

在另一符合本发明的优选实施例中，角度测量传感器的PCB板上具有芯片，能够根据接收线圈提供的电信号，运算获得所测量的绝对角度值，并向外反馈。

综上可见，本发明提供了一种测量范围由转子扇叶数与齿轮齿数共同决定的新型角度测量传感器，其所测量的绝对角度测量范围精度更高，范围更广，而且测量范围由转子扇叶数与齿轮齿数共同决定，从而可通过控制转子扇叶数或者齿轮齿数控制测量范围，其灵活度更大。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种角度测量传感器，包括

壳体，所述壳体上具有一安装孔，一安装部，所述安装部中设置有第一安装位及一第二安装位，

驱动齿轮，所述驱动齿轮贯穿所述安装孔，安装于所述壳体中，

第一齿轮，所述第一齿轮安装于所述壳体的所述第一安装位上，并与所述驱动齿轮啮合，

第二齿轮，所述第二齿轮安装于所述壳体的所述第二安装位上，并与所述驱动齿轮啮合，

PCB板，所述PCB安装于所述壳体的所述安装部中，悬于所述第一齿轮及所述第二齿轮上方，

上盖板，所述上盖板与所述壳体固定连接，所述上盖板与所述壳体之间形成一保护空间，所述PCB板、所述第一齿轮及所述第二齿轮位于所述保护空间中，其特征在于，

所述驱动齿轮的齿数为K

所述第一齿轮的齿数为N1，其中嵌有具有N个扇叶的第一转子，

所述第二齿轮的齿数为N2，其中嵌有具有M个扇叶的第二转子，

所述第一转子及所述第二转子朝向所述PCB板，

所述PCB板上对应所述第一转子及所述第二转子的位置上均设置有激励线圈及接收线圈，

所述角度测量传感器测量的最大绝对角度为360*N1/(K*N)与360*M1/(K*M)的最小公倍数。

2.如权利要求1所述的角度测量传感器，其特征在于，

所述壳体的第一安装位上设置有一第一安装柱，所述第二安装位上设置有一第二安装柱，

所述第一齿轮环套于所述第一安装柱上与所述壳体活动连接，所述第二齿轮环套于所述第二安装柱上与所述壳体活动连接，

所述PCB板上对应所述第一安装柱和第二安装柱的位置上设置有第一安装孔和第二安装孔，所述第一安装柱贯穿所述第一安装孔，所述第二安装柱贯穿所述第二安装孔，所述PCB板固定连接于所述壳体的第一安装柱及第二安装柱上。

3.如权利要求2所述的角度测量传感器，其特征在于，

所述第一安装柱包括第一限位部和第二限位部，所述第一限位部的直径大于所述第二限位部的直径，所述第一齿轮活动连接于所述第一限位部，所述PCB板固定连接于所述第一限位部，

所述第二安装柱包括第三限位部和第四限位部，所述第三限位部的直径大于所述第四限位部的直径，所述第二齿轮活动连接于所述第三限位部，所述PCB板固定连接于所述第四限位部，

所述第一限位部的长度等于所述第三限位部的长度，所述第二限位部的长度等于所述第四限位部的长度。

4.如权利要求1所述的角度测量传感器，其特征在于，

所述安装部中还设置有至少一个定位柱，所述定位柱的高度大于或者等于所述第一限位部的高度，所述PCB与所定位柱固定连接。

5.如权利要求1所述的角度测量传感器，其特征在于，

所述安装部中设置有导电引线，所述导电引线与所述PCB板电连接。

6.如权利要求5所述的角度测量传感器，其特征在于，

所述壳体上还设置有第一连接口，所述第一连接口与所述导电引线电连接，实现与外部的电连接，以及第二连接口，实现与外部的固定连接。

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