CN112629403A - 一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器，外壳和盖板相互连接共同形成安装内腔，转轴通过转轴轴承安装在安装内腔内，两个从动轴通过从动轴承安装在安装内腔内，两个从动轴的圆周外壁上分别设有轮齿，转轴的中段圆周外壁上设有轮齿，两个从动轴与转轴之间分别通过轮齿啮合连接，两个磁钢安装件分别与两个从动轴连接且分别位于转轴的对称两侧，两个磁钢分别安装在两个磁钢安装件上。本发明通过同一个转轴以齿轮传动的方式驱动两个磁钢同步同向旋转，两个磁钢的形状、尺寸、磁场强度、充磁方向、磁极对数和对应的硬件电路原理、安装方式都完全相同，所以两路输出信号的一致性和同步性极高，满足了输出信号高度同步的应用需求。

Description

一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器

技术领域

本发明涉及一种磁敏角位移传感器，尤其涉及一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器。

背景技术

磁敏角位移传感器是一种通过硬件电路检测安装在转轴上磁钢的旋转角度来实现对转轴旋转角度的检测的角位移传感器，双余度磁敏角位移传感器是一种包括两个磁钢和两个硬件电路并可输出两路电信号的磁敏角位移传感器，采用两个磁钢和两个硬件电路的目的是：当传感器其中某路信号故障时，用户可采集另外一路输出数据，从而确保设备的正常运行，这样其可靠性提高了一倍。

双余度磁敏角位移传感器最重要的一个指标为两路输出信号的同步性，当主通道信号故障时，备用通道信号要接替主通道信号工作，就必须保证其输出数据与主通道一致，因此要尽量保证双余度磁敏角位移传感器的两路输出信号一致以确保其同步性。

传统的双余度磁敏角位移传感器，其两个磁钢直接安装在转轴上，主要有两种安装方式，一种是相同尺寸的环形磁钢轴向排列分别套装在转轴上，一种是一个尺寸较大的环形磁钢套装在转轴上、另一个尺寸较小的磁钢安装在转轴的端头上，前者存在两个磁钢之间磁场相互影响导致两路输出信号不准确、不一致、难以同步的问题，后者存在两个磁钢磁场强度不同导致两路输出信号不一致、难以同步的问题。

比如，专利号为“ZL 201921403174.7”的实用新型专利，公开了一种同轴双余度的磁敏角位移传感器，包括外壳、屏蔽盖、盖板和轴，外壳主要由容纳壳体和轴承部组成，容纳壳体内部具有容纳腔体，容纳壳体底部安装有屏蔽盖；轴中部具有磁钢基座安装部，轴上部配合穿过轴承部中的轴承B，磁钢基座安装部外部固定安装有空心磁钢基座，空心磁钢基座底部安装有空心磁钢，屏蔽盖顶部安装有空心印制板组件；轴底端为定位套安装部，定位套安装部贯穿屏蔽盖并置于盖板的盖板腔中，定位套安装部外部固定安装有定位套，定位套底部固定有实心磁钢，盖板内部安装有印制板组件。

上述专利两个磁钢的尺寸就完全不同，对应磁场强度不同，采集到的两路电信号不一致，很难同步，使其应用受限。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器，包括外壳、盖板、转轴、第一磁钢、第二磁钢、第一硬件电路和第二硬件电路，所述外壳和所述盖板相互连接共同形成安装内腔，所述转轴通过转轴轴承安装在所述安装内腔内，所述第一磁钢、所述第二磁钢、所述第一硬件电路和所述第二硬件电路均安装在所述安装内腔内且所述第一磁钢与所述第一硬件电路相互对应、所述第二磁钢与所述第二硬件电路相互对应，所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一从动轴、第二从动轴、第一磁钢安装件和第二磁钢安装件，所述第一从动轴通过第一从动轴承安装在所述安装内腔内，所述第二从动轴通过第二从动轴承安装在所述安装内腔内，所述第一从动轴的圆周外壁上和所述第二从动轴的圆周外壁上分别设有轮齿，所述转轴的中段圆周外壁上设有轮齿，所述第一从动轴与所述转轴之间、所述第二从动轴与所述转轴之间分别通过轮齿啮合连接，所述第一磁钢安装件与所述第一从动轴连接，所述第二磁钢安装件与所述第二从动轴连接，所述第一磁钢安装件和所述第二磁钢安装件分别位于所述转轴的对称两侧，所述第一磁钢安装在所述第一磁钢安装件上，所述第二磁钢安装在所述第二磁钢安装件上。

作为优选，为了便于在稳定传动的同时尽量减小占用空间，所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一从动轴设有中心通孔且通过该中心通孔套装在所述第一传动轴外，所述第一磁钢安装件与所述第一传动轴连接，所述第二从动轴设有中心通孔且通过该中心通孔套装在所述第二传动轴外，所述第二磁钢安装件与所述第二传动轴连接。

作为优选，为了消除转轴正转和反转时与对应从动轴之间的间隙误差，所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一消隙齿轮、第二消隙齿轮、第一消隙卡簧和第二消隙卡簧，所述第一消隙齿轮通过自身中心通孔套装在所述第一传动轴上且与所述第一从动轴并列排列，所述第一消隙齿轮与所述转轴之间通过轮齿啮合连接，所述第一消隙卡簧的两端分别与所述第一消隙齿轮和所述第一从动轴连接且满足以下条件：所述转轴上的一个轮齿的两侧分别与所述第一从动轴上的对应轮齿和所述第一消隙齿轮上的对应轮齿紧密接触；所述第二消隙齿轮通过自身中心通孔套装在所述第二传动轴上且与所述第二从动轴并列排列，所述第二消隙齿轮与所述转轴之间通过轮齿啮合连接，所述第二消隙卡簧的两端分别与所述第二消隙齿轮和所述第二从动轴连接且满足以下条件：所述转轴上的一个轮齿的两侧分别与所述第二从动轴上的对应轮齿和所述第二消隙齿轮上的对应轮齿紧密接触。

作为优选，为了便于安装消隙卡簧，所述第一消隙卡簧的中段置于所述第一消隙齿轮上设置的对应凹槽内，所述第一消隙卡簧的两端分别置于所述第一消隙齿轮上的连接孔内和所述第一从动轴的连接孔内；所述第二消隙卡簧的中段置于所述第二消隙齿轮上设置的对应凹槽内，所述第二消隙卡簧的两端分别置于所述第二消隙齿轮上的连接孔内和所述第二从动轴的连接孔内。

作为优选，为了稳定安装转轴且便于实现转轴与对应从动轴之间的可靠啮合连接，所述转轴轴承为两个，所述转轴的中段圆周外壁上位于两个所述转轴轴承之间的位置设有外凸的凸环且所述转轴的轮齿设于该凸环上。

本发明的有益效果在于：

本发明通过同一个转轴以齿轮传动的方式驱动两个磁钢安装件和对应磁钢同步同向旋转，而且两个磁钢和对应的硬件电路分别位于转轴的对称两侧，两个磁钢的形状、尺寸、磁场强度、充磁方向、磁极对数和对应的硬件电路原理、安装方式都完全相同，所以两路输出信号的一致性和同步性极高，满足了双余度磁敏角位移传感器对两路输出信号高度同步的应用需求；通过增加消隙卡簧和消隙齿轮使转轴与对应从动轴之间的齿轮传动误差极小，使齿轮间的间隙消减为接近零，进一步提高了两路输出信号的一致性和同步性，整体上显著提高了两路输出信号的同步性和传感器检测精度。

附图说明

图1是本发明所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器的主视剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器包括外壳3、盖板2、转轴13、第一磁钢8、第二磁钢19、第一硬件电路10、第二硬件电路21、第一从动轴6、第二从动轴17、第一磁钢安装件5和第二磁钢安装件20，外壳3和盖板2相互连接共同形成安装内腔(图中未标记)，转轴13通过转轴轴承12安装在所述安装内腔内并穿过至少一侧腔壁，第一磁钢8、第二磁钢19、第一硬件电路10和第二硬件电路21均安装在所述安装内腔内且第一磁钢8与第一硬件电路10相互对应、第二磁钢19与第二硬件电路21相互对应，第一从动轴6通过第一从动轴承4安装在所述安装内腔内，第二从动轴17通过第二从动轴承14安装在所述安装内腔内，第一从动轴6的圆周外壁上和第二从动轴17的圆周外壁上分别设有轮齿(图中未标记)，转轴13的中段圆周外壁上设有轮齿(图中未标记)，第一从动轴6与转轴13之间、第二从动轴17与转轴13之间分别通过轮齿啮合连接，第一磁钢安装件5与第一从动轴6连接，第二磁钢安装件20与第二从动轴17连接，第一磁钢安装件5和第二磁钢安装件20分别位于转轴13的对称两侧，第一磁钢8安装在第一磁钢安装件5上，第二磁钢19安装在第二磁钢安装件20上。

图1还示出了第一硬件电路10上引出的第一引线1和第二硬件电路21上引出的第二引线22，为常规适应性结构。

如图1所示，本发明所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器的基本工作原理如下：

转轴13旋转带动自身轮齿旋转，从而通过轮齿传动带动第一从动轴6和第二从动轴17同步同向旋转；第一从动轴6带动第一磁钢安装件5和第一磁钢8同步同向旋转，第一硬件电路10同步解析第一磁钢8的磁场强度变化后通过第一引线1输出与其相对应的角度信号反馈给上位机使用；第二从动轴17带动第二磁钢安装件20和第二磁钢19同步同向旋转，第二硬件电路21同步解析第二磁钢19的磁场强度变化后通过第二引线22输出与其相对应的角度信号反馈给上位机使用。由于第一磁钢8和第二磁钢19的旋转方向、速度、磁场强度、充磁方向、磁极对数以及两者的外形、尺寸都相同，所以两路输出信号的一致性和同步性都很高，满足应用需求。

如图1所示，下面还公开了本发明的多种具体优化结构，根据实际需要可以旋转其中一种或多种结构与上述结构进行叠加组合形成更加优化的技术方案。

作为优选，为了便于在稳定传动的同时尽量减小占用空间，所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一传动轴7和第二传动轴18，第一从动轴6设有中心通孔且通过该中心通孔套装在第一传动轴7外，第一磁钢安装件5与第一传动轴7连接，第二从动轴17设有中心通孔且通过该中心通孔套装在第二传动轴18外，第二磁钢安装件20与第二传动轴18连接。第一传动轴7和第二传动轴18不但具有便于与对应的磁钢安装件连接的作用，还能为安装下述消隙齿轮提供安装基础。

作为优选，为了消除转轴13正转和反转时与对应从动轴之间的间隙误差，所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一消隙齿轮11、第二消隙齿轮15、第一消隙卡簧9和第二消隙卡簧16，第一消隙齿轮11通过自身中心通孔套装在第一传动轴7上且与第一从动轴6并列排列，两者的端面之间相互靠近，第一消隙齿轮11与转轴13之间通过轮齿啮合连接，第一消隙卡簧9的两端分别与第一消隙齿轮11和第一从动轴6连接且满足以下条件：转轴13上的一个轮齿的两侧分别与第一从动轴6上的对应轮齿和第一消隙齿轮11上的对应轮齿紧密接触；第二消隙齿轮15通过自身中心通孔套装在第二传动轴18上且与第二从动轴17并列排列，两者的端面之间相互靠近，第二消隙齿轮15与转轴13之间通过轮齿啮合连接，第二消隙卡簧16的两端分别与第二消隙齿轮15和第二从动轴17连接且满足以下条件：转轴13上的一个轮齿的两侧分别与第二从动轴17上的对应轮齿和第二消隙齿轮15上的对应轮齿紧密接触。第一消隙齿轮11和第一消隙卡簧9的消隙原理如下：第一消隙卡簧9的安装使第一消隙齿轮11和第一从动轴6具有方向相反的旋转应力，这样，在转轴13上的轮齿驱动第一从动轴6上的轮齿旋转时紧密接触，此时转轴13上的轮齿与第一消隙齿轮11上的轮齿之间非紧密接触，反之，转轴13的旋转方向相反时，则转轴13上的轮齿驱动第一消隙齿轮11上的轮齿旋转且紧密接触，转轴13上的轮齿与第一从动轴6上的轮齿之间非紧密接触，由于第一消隙齿轮11和第一从动轴6均套装在第一传动轴7上，所以都能驱动第一传动轴7同步旋转，从而达到消隙目的；第二消隙齿轮15和第二消隙卡簧16的消隙原理类似，不再赘述。

作为优选，为了便于安装消隙卡簧，第一消隙卡簧9的中段置于第一消隙齿轮11上设置的对应凹槽内，第一消隙卡簧9的两端分别置于第一消隙齿轮11上的连接孔内和第一从动轴6的连接孔内；第二消隙卡簧16的中段置于第二消隙齿轮15上设置的对应凹槽内，第二消隙卡簧16的两端分别置于第二消隙齿轮15上的连接孔内和第二从动轴17的连接孔内。这种安装方式使两个消隙卡簧被安装于对应的消隙齿轮和从动轴内，既不另外占用空间，又不影响对应的消隙齿轮和从动轴之间的密切接触。

作为优选，为了稳定安装转轴13且便于实现转轴13与对应从动轴之间的可靠啮合连接，转轴轴承12为两个，转轴13的中段圆周外壁上位于两个转轴轴承12之间的位置设有外凸的凸环且转轴13的轮齿设于该凸环上。该凸环的宽度与第一消隙齿轮11和第一从动轴6上轮齿的宽度之和、第二消隙齿轮15和第二从动轴17上轮齿的宽度之和相等或略大，便于通过转轴13同时驱动第一消隙齿轮11、第一从动轴6、第二消隙齿轮15和第二从动轴17同步同向旋转。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高效同步的双余度磁敏角位移传感器，包括外壳、盖板、转轴、第一磁钢、第二磁钢、第一硬件电路和第二硬件电路，所述外壳和所述盖板相互连接共同形成安装内腔，所述转轴通过转轴轴承安装在所述安装内腔内，所述第一磁钢、所述第二磁钢、所述第一硬件电路和所述第二硬件电路均安装在所述安装内腔内且所述第一磁钢与所述第一硬件电路相互对应、所述第二磁钢与所述第二硬件电路相互对应，其特征在于：所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一从动轴、第二从动轴、第一磁钢安装件和第二磁钢安装件，所述第一从动轴通过第一从动轴承安装在所述安装内腔内，所述第二从动轴通过第二从动轴承安装在所述安装内腔内，所述第一从动轴的圆周外壁上和所述第二从动轴的圆周外壁上分别设有轮齿，所述转轴的中段圆周外壁上设有轮齿，所述第一从动轴与所述转轴之间、所述第二从动轴与所述转轴之间分别通过轮齿啮合连接，所述第一磁钢安装件与所述第一从动轴连接，所述第二磁钢安装件与所述第二从动轴连接，所述第一磁钢安装件和所述第二磁钢安装件分别位于所述转轴的对称两侧，所述第一磁钢安装在所述第一磁钢安装件上，所述第二磁钢安装在所述第二磁钢安装件上。

2.根据权利要求1所述的高效同步的双余度磁敏角位移传感器，其特征在于：所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一从动轴设有中心通孔且通过该中心通孔套装在所述第一传动轴外，所述第一磁钢安装件与所述第一传动轴连接，所述第二从动轴设有中心通孔且通过该中心通孔套装在所述第二传动轴外，所述第二磁钢安装件与所述第二传动轴连接。

3.根据权利要求2所述的高效同步的双余度磁敏角位移传感器，其特征在于：所述高效同步的双余度磁敏角位移传感器还包括第一消隙齿轮、第二消隙齿轮、第一消隙卡簧和第二消隙卡簧，所述第一消隙齿轮通过自身中心通孔套装在所述第一传动轴上且与所述第一从动轴并列排列，所述第一消隙齿轮与所述转轴之间通过轮齿啮合连接，所述第一消隙卡簧的两端分别与所述第一消隙齿轮和所述第一从动轴连接且满足以下条件：所述转轴上的一个轮齿的两侧分别与所述第一从动轴上的对应轮齿和所述第一消隙齿轮上的对应轮齿紧密接触；所述第二消隙齿轮通过自身中心通孔套装在所述第二传动轴上且与所述第二从动轴并列排列，所述第二消隙齿轮与所述转轴之间通过轮齿啮合连接，所述第二消隙卡簧的两端分别与所述第二消隙齿轮和所述第二从动轴连接且满足以下条件：所述转轴上的一个轮齿的两侧分别与所述第二从动轴上的对应轮齿和所述第二消隙齿轮上的对应轮齿紧密接触。

4.根据权利要求3所述的高效同步的双余度磁敏角位移传感器，其特征在于：所述第一消隙卡簧的中段置于所述第一消隙齿轮上设置的对应凹槽内，所述第一消隙卡簧的两端分别置于所述第一消隙齿轮上的连接孔内和所述第一从动轴的连接孔内；所述第二消隙卡簧的中段置于所述第二消隙齿轮上设置的对应凹槽内，所述第二消隙卡簧的两端分别置于所述第二消隙齿轮上的连接孔内和所述第二从动轴的连接孔内。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的高效同步的双余度磁敏角位移传感器，其特征在于：所述转轴轴承为两个，所述转轴的中段圆周外壁上位于两个所述转轴轴承之间的位置设有外凸的凸环且所述转轴的轮齿设于该凸环上。

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