CN113028976B - 无涡流效应的磁敏角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无涡流效应的磁敏角位移传感器，包括外壳、转轴和安装在外壳内的电路板、磁钢、滑动导电环，转轴穿过外壳上的通孔并通过第一圆环形轴承与外壳连接，外壳为金属外壳，滑动导电环包括绝缘的固定环和绝缘的转动环，转动环能够相对于固定环转动并传输电信号，固定环固定安装在外壳内，电路板与转动环连接，磁钢固定安装在外壳内。本发明通过在外壳内安装滑动导电环，并将电路板与转动环连接，从而实现使电路板旋转、磁钢不旋转的工作方式，在实现角度检测功能的同时避免了磁钢与外壳之间发生相对位移，从而没有涡流效应产生，提高了磁敏角位移传感器的检测精度，并避免了外界磁场干扰。

Description

无涡流效应的磁敏角位移传感器

技术领域

本发明涉及一种磁敏角位移传感器，尤其涉及一种无涡流效应的磁敏角位移传感器。

背景技术

磁敏（霍尔原理、磁阻原理、各项异性磁阻等）角位移传感器是根据强磁性金属薄膜磁敏电阻对磁场方向极为敏感的特性制作的角位移传感器，即磁场方向相对磁敏电阻电流方向发生变化，磁敏电阻的阻值发生相对应的变化，从而实现角位移检测功能。磁敏角位移传感器的磁敏电阻等电子元件安装在电路板上，磁场由磁性器件产生，磁性器件一般统称为磁钢。

非接触式的磁敏角位移传感器具有可靠性高、精度高、无限寿命、响应速度快等远超其它原理角位移传感器的优点，因此在角位移检测领域的应用越来越广。但由于磁敏角位移传感器内置有磁钢，易受外界强磁场干扰导致其对磁场的解析产生误差。

为解决外界对传感器磁场干扰的问题，一般最有效的方案是将传感器壳体材料更换为电磁纯铁，此方式能大大解决外界磁场对传感器的干扰，但由于传感器内部有着磁钢，而一般此类传感器的磁钢会随着传感器的转轴转动而转动，而传感器壳体并未随之转动，壳体与磁钢之间将会形成相对位移，因此会在传感器壳体内部产生感应电动势发生涡流效应，并与磁钢产生的磁场发生干涉。由于市面上绝大多数的磁性编码芯片都有磁滞效应，所以这种干涉将会影响传感器对角度反馈的精确性。

综上，为了解决外界对传感器磁场干扰问题而采用的将传感器壳体材料更换为电磁纯铁的传统方案，存在磁场干扰导致检测精度下降的问题，所以难以满足高精度检测需求。

另外，传统的滑动导电环主要包括固定环和转动环，转动环能够相对于固定环转动并传输电信号，固定环与转动环之间一般采用滑动接触，其寿命较短，连接线路少、不适应高速旋转，且冗余度单一。

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采用金属外壳隔离外界磁场干扰且无涡流效应的磁敏角位移传感器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种无涡流效应的磁敏角位移传感器，包括外壳、转轴、电路板和磁钢，所述转轴穿过所述外壳上的通孔并通过第一圆环形轴承与所述外壳连接，所述转轴两端中的外端置于所述外壳外，所述转轴两端中的内端置于所述外壳内，所述电路板和所述磁钢均置于所述外壳内，所述外壳为金属外壳，所述磁敏角位移传感器还包括安装于所述外壳内的滑动导电环，所述滑动导电环包括绝缘的固定环和绝缘的转动环，所述转动环能够相对于所述固定环转动并传输电信号，所述固定环固定安装在所述外壳内，所述电路板与所述转动环连接，所述磁钢固定安装在所述外壳内。

作为优选，为了实现紧凑安装并便于将电路板的电信号引出，所述滑动导电环还包括传输导线和输出导线，所述固定环通过自身通孔套装在所述转轴外且所述转轴能够相对于所述固定环自由旋转，所述转动环通过自身通孔套装在所述转轴外且固定连接，多条所述传输导线的两端分别与所述电路板和所述转动环上的电信号传输输入端连接，多条所述输出导线的一端分别与所述固定环上的电信号传输输出端连接。

作为优选，为了便于安装固定环、转动环并便于连接导线以引出电信号，所述滑动导电环还包括固定集电环、转动集电环、圆环形且绝缘的固定盖板和圆环形且绝缘的转动盖板，所述固定集电环安装在所述固定盖板上，所述固定盖板与所述固定环连接，所述固定环上的电信号传输输出端通过多条信号线与所述固定集电环的电信号输入端连接，所述固定集电环的电信号输出端通过安装在所述固定集电环上的连线座与多条所述输出导线连接，所述转动集电环安装在所述转动盖板上，所述转动盖板与所述转动环连接，所述转动环上的电信号传输输入端通过多条信号线与所述转动集电环的电信号输出端连接，所述转动集电环的电信号输入端通过安装在所述转动集电环上的连线座与多条所述传输导线连接。上述固定集电环和转动集电环都是通过多条导线或多条印制线将其电信号输出端和电信号输出端连接起来的，主要用于将分散的连接端集中在连线座上便于与其它导线连接。

作为优选，为了便于安装电路板，所述电路板通过连接柱与所述转动盖板连接。

作为优选，为了便于安装转动环并利于其自由转动，所述滑动导电环还包括安装座，所述安装座安装在所述外壳内并通过螺栓与所述固定环和所述固定盖板连接，所述安装座上设有圆形安装内腔，所述圆形安装内腔的腔底中心位置设有安装座通孔，所述转动环上靠近边缘的部分通过平面轴承安装在所述圆形安装内腔内，所述转动盖板置于所述安装座通孔内。

作为优选，为了便于安装固定环和固定盖板并利于转轴自由转动，所述固定环和所述固定盖板分别通过第二圆环形轴承与所述转轴连接。

作为优选，为了实现多路电信号的高效传输且尽量减小转动环相对于固定环转动时的摩擦力，所述固定环上靠近所述转动环的一侧表面设有多个同圆心且不同直径的圆环形的固定滑槽，每个所述固定滑槽的槽底中部设有一个或多个固定滑槽通孔，多个同圆心且不同直径的固定滑轨分别一一对应地置于多个所述固定滑槽内，所述固定滑轨为圆环形且为导电体；所述转动环上靠近所述固定环的一侧表面设有多个同圆心且不同直径的圆环形的转动滑槽，每个所述转动滑槽的槽底中部设有一个或多个转动滑槽通孔，多个同圆心且不同直径的转动滑轨分别一一对应地置于多个所述转动滑槽内，所述转动滑轨为圆环形且为导电体；每一个所述固定滑轨与对应的所述转动滑轨之间相互靠近且合围形成圆环形的滚动空间并在该滚动空间内放置多个滚珠，所述滚珠能够同时与对应的所述固定滑轨和所述转动滑轨导电接触。

作为优选，为了便于将固定滑轨和转动滑轨的电信号引出，所述固定滑轨包括固定滑轨本体和固定导电柱，一个或多个固定导电柱与对应的一个所述固定滑轨本体连接并穿过对应的所述固定滑槽通孔且作为所述固定环上的电信号传输输出端；所述转动滑轨包转动滑轨本体和转动导电柱，一个或多个转动导电柱与对应的一个所述转动滑轨本体连接并穿过对应的所述转动滑槽通孔且作为所述转动环上的电信号传输输入端。

作为优选，为了实现四路电信号传输并实现双余度信号输出，所述固定滑轨、所述固定滑槽、所述转动滑轨、所述转动滑槽均为四个，所述固定集电环和所述转动集电环均为两个且对称分布；一个所述固定滑轨上的所述固定导电柱、一个所述固定滑槽上的所述固定滑槽通孔、一个所述转动滑轨上的所述转动导电柱、一个所述转动滑槽上的所述转动滑槽通孔均为两个且对称分布。

作为优选，为了对滚珠实现更好的限位并增大滚珠与固定滑轨本体和转动滑轨本体之间的接触面积，所述固定滑槽的径向截面、所述固定滑轨本体的径向截面、所述转动滑槽的径向截面、所述转动滑轨本体的径向截面均为半圆形。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在外壳内安装滑动导电环，并将电路板与转动环连接，从而实现使电路板旋转、磁钢不旋转的工作方式，在实现角度检测功能的同时避免了磁钢与外壳之间发生相对位移，从而没有涡流效应产生，因此能有效解决传统磁敏角位移传感器中涡流效应引起的回程误差大、精度误差大的问题，提高了磁敏角位移传感器的检测精度，并避免了外界磁场干扰；另外，本发明通过采用滚珠与滑轨配合形成的滚动结构传输电信号，摩擦阻力小，导电性能好，延长了产品寿命，增加了连接线路，能够适应高速旋转，并且可以实现多冗余度信号传输。

附图说明

图1是本发明所述无涡流效应的磁敏角位移传感器的主视剖视图；

图2是本发明所述无涡流效应的磁敏角位移传感器的滑动导电环的主视剖视图；

图3是本发明所述无涡流效应的磁敏角位移传感器的固定环的仰视效果示意图，图中比例大于图1和图2；

图4是本发明所述无涡流效应的磁敏角位移传感器的固定滑轨的俯视效果示意图，图中比例大于图1和图2。

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和图2所示，本发明所述无涡流效应的磁敏角位移传感器包括外壳、转轴5和安装于所述外壳内的电路板17、磁钢18、滑动导电环，转轴5穿过所述外壳上的通孔并通过第一圆环形轴承6与所述外壳连接，转轴5两端中的外端置于所述外壳外，转轴5两端中的内端置于所述外壳内，电路板17和磁钢18均置于所述外壳内，所述外壳为金属外壳，优选纯铁外壳，所述滑动导电环包括绝缘的固定环4和绝缘的转动环11，转动环11能够相对于固定环4转动并传输电信号，固定环4固定安装在所述外壳内，电路板17与转动环11连接，磁钢18固定安装在所述外壳内。说明：图1中的外壳由外壳本体19和外壳盖板1相互连接而成，转轴5穿过外壳盖板1上的通孔并通过第一圆环形轴承6与外壳盖板1连接，外壳也可以为其它结构，只要满足上述应用需求且便于加工和组装即可。

如图1-图4所示，本发明还公开了以下多种更加优化的具体结构，根据实际需要可以将上述结构与下述一种或多种结构进行叠加组合形成更加优化的技术方案。

为了实现紧凑安装并便于将电路板17的电信号引出，所述滑动导电环还包括传输导线16和输出导线2，固定环4通过自身通孔42套装在转轴5外且转轴5能够相对于固定环4自由旋转，转动环11通过自身通孔套装在转轴5外且固定连接，多条（图中为四条）传输导线16的两端分别与电路板17和转动环11上的电信号传输输入端连接，多条（图中为四条）输出导线2的一端分别与固定环4上的电信号传输输出端连接。

为了便于安装固定环4、转动环11并便于连接导线以引出电信号，所述滑动导电环还包括固定集电环8、转动集电环12、圆环形且绝缘的固定盖板3和圆环形且绝缘的转动盖板13，固定集电环8安装在固定盖板3上，固定盖板3与固定环4连接，固定环4上的电信号传输输出端通过多条信号线（图中未标记）与固定集电环8的电信号输入端连接，固定集电环8的电信号输出端通过安装在固定集电环8上的连线座（图中未标记）与多条输出导线2连接，转动集电环12安装在转动盖板13上，转动盖板13与转动环11连接，转动环11上的电信号传输输入端通过多条信号线（图中未标记）与转动集电环12的电信号输出端连接，转动集电环12的电信号输入端通过安装在转动集电环12上的连线座（图中未标记）与多条传输导线16连接。上述固定集电环8和转动集电环12都是通过多条导线或多条印制线将其电信号输出端和电信号输出端连接起来的，主要用于将分散的连接端集中在连线座上便于与其它导线连接。

为了便于安装电路板17，电路板17通过连接柱（图中未标记）与转动盖板13连接，这样既便于安装电路板17，又能够使转动盖板13与电路板17之间具有一定距离，以便于转轴5的正常转动，同时还便于调节电路板17与磁钢18之间的间距。

为了便于安装转动环11并利于其自由转动，所述滑动导电环还包括安装座14，安装座14安装在所述外壳内并通过螺栓（图中未标记）与固定环4和固定盖板3连接，安装座14上设有圆形安装内腔（图中未标记），所述圆形安装内腔的腔底中心位置设有安装座通孔（图中未标记），转动环11上靠近边缘的部分通过平面轴承15安装在所述圆形安装内腔内，所述转动盖板13置于所述安装座通孔内。

为了便于安装固定环4和固定盖板3并利于转轴5自由转动，固定环4和固定盖板3分别通过第二圆环形轴承7与转轴5连接，这样也同时减小了转轴5与固定环4和固定盖板3之间的间隙，利于磁场屏蔽。

为了实现多路电信号的高效传输且尽量减小转动环11相对于固定环4转动时的摩擦力，固定环4上靠近转动环11的一侧表面设有多个（图中为四个）同圆心且不同直径的圆环形的固定滑槽41，每个固定滑槽41的槽底中部设有一个或多个（图中为两个）固定滑槽通孔43，多个（图中为四个）同圆心且不同直径的固定滑轨9分别一一对应地置于多个固定滑槽41内，固定滑轨9为圆环形且为导电体，图3中还示出了固定环4上的安装孔44；转动环11上靠近固定环4的一侧表面设有多个（本实施例为四个）同圆心且不同直径的圆环形的转动滑槽（图中未示），每个所述转动滑槽的槽底中部设有一个或多个转动滑槽通孔（图中未示），多个（本实施例为四个）同圆心且不同直径的转动滑轨（图中未示）分别一一对应地置于多个所述转动滑槽内，所述转动滑轨为圆环形且为导电体；每一个固定滑轨9与对应的所述转动滑轨之间相互靠近且合围形成圆环形的滚动空间并在该滚动空间内放置多个滚珠10，滚珠10能够同时与对应的固定滑轨9和所述转动滑轨导电接触。上述转动环11的结构与固定环4的结构一致，所以没有在图中示出，但结合图3的固定环4的结构很容易理解。

为了便于将固定滑轨9和转动滑轨的电信号引出，固定滑轨9包括固定滑轨本体91和固定导电柱92，一个或多个（图中为两个）固定导电柱92与对应的一个固定滑轨本体91连接并穿过对应的固定滑槽通孔43且作为固定环4上的电信号传输输出端；所述转动滑轨包转动滑轨本体（图中未示）和转动导电柱（图中未示），一个或多个（本实施例为两个）转动导电柱与对应的一个所述转动滑轨本体连接并穿过对应的所述转动滑槽通孔且作为所述转动环上的电信号传输输入端。上述转动滑轨的结构与固定滑轨9的结构一致，所以没有在图中示出，但结合图4的固定滑轨9的结构很容易理解。

为了实现四路电信号传输并实现双余度信号输出，固定滑轨9、所述固定滑槽41、所述转动滑轨、所述转动滑槽均为四个，固定集电环8和转动集电环12均为两个且对称分布；一个固定滑轨9上的固定导电柱92、一个固定滑槽41上的固定滑槽通孔43、一个所述转动滑轨上的所述转动导电柱、一个所述转动滑槽上的所述转动滑槽通孔均为两个且对称分布。

为了对滚珠10实现更好的限位并增大滚珠10与固定滑轨本体91和转动滑轨本体之间的接触面积，固定滑槽41的径向截面、固定滑轨本体91的径向截面、所述转动滑槽的径向截面、所述转动滑轨本体的径向截面均为半圆形。

如图1-图4所示，工作时，待检测旋转角度的部件（图中未示）与转轴5的外端连接并驱动转轴5旋转，转轴5带动转动环11、转动盖板13和电路板17同步旋转，电路板上的磁敏电阻（图中未示，是常规结构）与磁钢18之间发生相对位移，磁敏电阻的阻值发生变化，电路板17上的磁性编码芯片（图中未示，是常规结构）解析产生的变化电信号依次通过传输导线16、转动集电环12、转动导电柱、转动滑轨本体、滚珠10、固定滑轨本体91、固定导电柱92、固定集电环8、输出导线2传输给外部设备，从而实现转轴5和待检测旋转角度部件的旋转角度的检测。由于导磁的金属外壳未与磁钢18的磁场发生相对位移，因此没有干扰磁场的产生，保证了检测精度。

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 (9)

1.一种无涡流效应的磁敏角位移传感器，包括外壳、转轴、电路板和磁钢，所述转轴穿过所述外壳上的通孔并通过第一圆环形轴承与所述外壳连接，所述转轴两端中的外端置于所述外壳外，所述转轴两端中的内端置于所述外壳内，所述电路板和所述磁钢均置于所述外壳内，所述外壳为金属外壳，其特征在于：所述磁敏角位移传感器还包括安装于所述外壳内的滑动导电环，所述滑动导电环包括绝缘的固定环和绝缘的转动环，所述转动环能够相对于所述固定环转动并传输电信号，所述固定环固定安装在所述外壳内，所述电路板与所述转动环连接，所述磁钢固定安装在所述外壳内；所述滑动导电环还包括传输导线和输出导线，所述固定环通过自身通孔套装在所述转轴外且所述转轴能够相对于所述固定环自由旋转，所述转动环通过自身通孔套装在所述转轴外且固定连接，多条所述传输导线的两端分别与所述电路板和所述转动环上的电信号传输输入端连接，多条所述输出导线的一端分别与所述固定环上的电信号传输输出端连接。

2.根据权利要求1所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述滑动导电环还包括固定集电环、转动集电环、圆环形且绝缘的固定盖板和圆环形且绝缘的转动盖板，所述固定集电环安装在所述固定盖板上，所述固定盖板与所述固定环连接，所述固定环上的电信号传输输出端通过多条信号线与所述固定集电环的电信号输入端连接，所述固定集电环的电信号输出端通过安装在所述固定集电环上的连线座与多条所述输出导线连接，所述转动集电环安装在所述转动盖板上，所述转动盖板与所述转动环连接，所述转动环上的电信号传输输入端通过多条信号线与所述转动集电环的电信号输出端连接，所述转动集电环的电信号输入端通过安装在所述转动集电环上的连线座与多条所述传输导线连接。

3.根据权利要求2所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述电路板通过连接柱与所述转动盖板连接。

4.根据权利要求2所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述滑动导电环还包括安装座，所述安装座安装在所述外壳内并通过螺栓与所述固定环和所述固定盖板连接，所述安装座上设有圆形安装内腔，所述圆形安装内腔的腔底中心位置设有安装座通孔，所述转动环上靠近边缘的部分通过平面轴承安装在所述圆形安装内腔内，所述转动盖板置于所述安装座通孔内。

5.根据权利要求2所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述固定环和所述固定盖板分别通过第二圆环形轴承与所述转轴连接。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述固定环上靠近所述转动环的一侧表面设有多个同圆心且不同直径的圆环形的固定滑槽，每个所述固定滑槽的槽底中部设有一个或多个固定滑槽通孔，多个同圆心且不同直径的固定滑轨分别一一对应地置于多个所述固定滑槽内，所述固定滑轨为圆环形且为导电体；所述转动环上靠近所述固定环的一侧表面设有多个同圆心且不同直径的圆环形的转动滑槽，每个所述转动滑槽的槽底中部设有一个或多个转动滑槽通孔，多个同圆心且不同直径的转动滑轨分别一一对应地置于多个所述转动滑槽内，所述转动滑轨为圆环形且为导电体；每一个所述固定滑轨与对应的所述转动滑轨之间相互靠近且合围形成圆环形的滚动空间并在该滚动空间内放置多个滚珠，所述滚珠能够同时与对应的所述固定滑轨和所述转动滑轨导电接触。

7.根据权利要求6所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述固定滑轨包括固定滑轨本体和固定导电柱，一个或多个固定导电柱与对应的一个所述固定滑轨本体连接并穿过对应的所述固定滑槽通孔且作为所述固定环上的电信号传输输出端；所述转动滑轨包转动滑轨本体和转动导电柱，一个或多个转动导电柱与对应的一个所述转动滑轨本体连接并穿过对应的所述转动滑槽通孔且作为所述转动环上的电信号传输输入端。

8.根据权利要求7所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述固定滑轨、所述固定滑槽、所述转动滑轨、所述转动滑槽均为四个，所述固定集电环和所述转动集电环均为两个且对称分布；一个所述固定滑轨上的所述固定导电柱、一个所述固定滑槽上的所述固定滑槽通孔、一个所述转动滑轨上的所述转动导电柱、一个所述转动滑槽上的所述转动滑槽通孔均为两个且对称分布。

9.根据权利要求7所述的无涡流效应的磁敏角位移传感器，其特征在于：所述固定滑槽的径向截面、所述固定滑轨本体的径向截面、所述转动滑槽的径向截面、所述转动滑轨本体的径向截面均为半圆形。

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