CN113327733A - 一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器，包括：第一端盖和第二端盖分别固定于壳体的两端，并且第一通孔与第二通孔对应；丝杠轴上设有螺纹部，其一端伸入第一通孔，另一端伸入第二通孔；滑块的中心设有一螺纹孔，螺纹孔与螺纹部适配，以使滑块可沿着丝杠轴的轴线移动，磁钢设置于滑块上，跟随滑块移动，检测线路板用于检测磁钢移动所产生的磁场强度变化；对导向轴，对称设置于丝杠轴的两侧，用于在滑块移动时对其进行导向。有益效果：除了实现非接触电位器的多圈化以外，同时该结构还具备体积小，前后限位功能的优点。

Description

一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器

技术领域

本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器。

背景技术

多圈电位器是一种常见的角位移传感器，广泛应用于自动化控制系统中对大于一圈的角度位置信号进行反馈，传统多圈电位器是绕线电阻型的，由于绕线电阻和电刷在运动过程中存在磨损，导致该类多圈电位器寿命较短。

近年来，各类非接触技术被应用于电位器领域，其中基于霍尔原理的非接触电位器由于元器件集成化高和性价比高而大量替代了传统电位器,但是霍尔传感芯片通常只能检测360°之内也就是单圈的角度变化，如果要实现多圈角度测量通常有两个方法：(1)一个方法是采用多级齿轮传动及两个芯片分别检测角度和圈数，不但产品的结构复杂，体积较大，而且齿轮外形和装配的累积误差也可能对产品的检测准确性造成影响，需要在算法上进行更多的处理；(2)另一个方法是通过电池来记忆转过的圈数，这种方式虽然结构简单，但如果断电时间太长导致电池电量耗尽则会丢失圈数的信息。

以上两种方案还有一种共同的特点，当圈数达到设置的最大值后继续增加会回到最小值，传统的绕线电阻多圈电位器则无法转到机械角度以外，当正向或反向转动到极限位置后就只能反转了，因此以上两种方案的多圈非接触电位器还无法完全的替代绕线电阻多圈电位器。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器。

具体技术方案如下：

本发明包括一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器，包括壳体、第一端盖、第二端盖、丝杠轴、滑块、磁钢和检测线路板，还包括：

一第一通孔，设置于所述第一端盖的中心；

一第二通孔，设置于所述第二端盖的中心；

所述第一端盖和所述第二端盖分别固定于所述壳体的两端，并且所述第一通孔与所述第二通孔对应；

所述丝杠轴上设有螺纹部，所述丝杠轴设置于所述壳体内，其一端伸入所述第一通孔，另一端伸入所述第二通孔；

所述滑块的中心设有一螺纹孔，所述螺纹孔与所述螺纹部适配，以使所述滑块可沿着所述丝杠轴的轴线移动，所述磁钢设置于所述滑块上，跟随所述滑块移动，所述检测线路板用于检测所述磁钢移动所产生的磁场强度变化；

一对导向轴，对称设置于所述丝杠轴的两侧，并与所述丝杠轴保持一预设距离，且所述的一对导向轴的两端分别固定于所述第一端盖和所述第二端盖上，用于在所述滑块移动时对其进行导向。

优选的，所述第一端盖和所述第二端盖上分别设有一对固定孔，所述第一端盖上的所述一对固定孔对称设置于所述第一通孔的两侧，所述第二端盖上的所述一对固定孔对称设置于所述第二通孔的两侧，用于对所述的一对导向轴进行限位。

优选的，所述滑块设置于所述丝杠轴与所述第一端盖之间，且所述螺纹孔与所述第一通孔对应设置，以使丝杠轴贯穿所述螺纹孔后伸入所述第一通孔内固定。

优选的，所述滑块还包括一对第三通孔，对称设置于所述螺纹孔的两侧。

优选的，所述滑块对应所述检测线路板的一面设有一凹槽，所述凹槽的形状及尺寸与所述磁钢适配，用于固定所述磁钢。

优选的，所述检测线路板包括一霍尔元件和一导线，所述导线用于连接外部设备，用于将所述霍尔元件检测到的所述磁场强度变化传送给所述外部设备。

优选的，所述壳体内设有一卡槽，用于将所述检测线路板固定于所述丝杠轴的上方，且所述检测线路板具有所述霍尔元件的一面朝向所述丝杠轴。

优选的，所述壳体的两端分别设置有复数个螺钉装配孔，所述第一端盖和所述第二端盖分别通过复数个螺钉固定于所述壳体的两侧。

优选的，所述第二端盖背向所述丝杠轴的一面设有一延伸部，所述延伸部为中空结构，且与所述第二通孔相互连通，所述丝杠轴远离所述螺纹部的一端贯穿所述第二通孔，并伸入所述延伸部内与一检测转角部件连接，并与所述检测转角部件同步旋转。

优选的，所述第一端盖和所述第二端盖朝向所述壳体内部的一面各设有一凸起结构，所述第一通孔设置于所述第一端盖的所述凸起结构上，所述第二通孔设置于所述第二端盖的所述凸起结构上。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器，将丝杠轴的旋转运动转化为滑块和磁钢的直线运动，通过检测线路板的霍尔元件检测磁钢的磁场强度变化来计算出丝杠轴的实际转动角度，除了实现非接触电位器的多圈化以外，同时该结构还具备体积小，前后限位功能的优点。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例中的多圈非接触电位器的爆炸结构图；

图2为本发明实施例中的多圈非接触电位器的剖面结构图；

图3为本发明实施例中的多圈非接触电位器的磁感应部分的原理图；

图4为本发明实施例中的多圈非接触电位器的电气原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器，如图1和2所示，包括壳体7、第一端盖1、第二端盖6、丝杠轴4、滑块2、磁钢3和检测线路板8，还包括：

第一通孔1a，设置于第一端盖1的中心；

第二通孔6a，设置于第二端盖6的中心；

第一端盖1和第二端盖6分别固定于壳体7的两端，并且第一通孔1a与第二通孔6a对应；

丝杠轴4上设有螺纹部4a，丝杠轴4设置于壳体7内，其一端伸入第一通孔1a，另一端伸入第二通孔6a；

滑块2的中心设有一螺纹孔2a，螺纹孔2a与螺纹部4a适配，以使滑块可沿着丝杠轴4的轴线移动，磁钢3设置于滑块2上，跟随滑块2移动，检测线路板8用于检测磁钢3移动所产生的磁场强度变化；

一对导向轴5，对称设置于丝杠轴4的两侧，并与丝杠轴4保持一预设距离，且的一对导向轴5的两端分别固定于第一端盖1和第二端盖6上，用于在滑块2移动时对其进行导向。

具体地，丝杠轴4是带有螺纹部的轴型零件，丝杠轴4远离螺纹部的一端伸入第二端盖6的第二通孔6a中，丝杠轴4的另一端伸入第一端盖1的第一通孔1a中，通过第二端盖6和第一端盖1的两端支承，丝杠轴4可以绕着第一通孔1a和第二通孔6a旋转，同时由于第二端盖6和第一端盖1在其两端限制，丝杠轴4在轴向无法移动。

具体地，滑块2中心的螺纹孔2a与丝杠轴4的螺纹部4a配合，以使丝杠轴4的旋转可以带动滑块2沿着丝杠轴4的轴线移动。滑块2沿着丝杠轴4的轴线方向移动到极限位置时，将受到第一端盖1和第二端盖6的限制而无法在该方向上继续移动，只能往反方向退回。滑块2所能移动的极限位置之间的距离即机械行程，可以按需要转化成丝杠轴4的旋转圈数。假设滑块2的机械行程为L，丝杠轴4螺距为P，则丝杠轴4的旋转圈数为L/P。只需要调整滑块2的机械行程L和丝杠轴4的螺距P，即可获得不同圈数的多圈非接触电位器。

具体地，丝杠轴4的两侧各设有一个导向轴，一对导向轴5的两端分别通过第一端盖1和第二端盖6进行固定，以保证导向轴5无法轴向移动。滑块2两侧的导向轴5用于对滑块2进行导向，以保证滑块2在移动时不会发生圆周方向的旋转，从而确保检测的精度。

进一步地，检测线路板8包括霍尔元件8a和导线8b，霍尔元件8a用于检测滑块2上的磁钢3的磁场强度，磁钢3可跟随滑块2移动，磁钢3移动到不同位置时所检测到的磁场强度也不同，导线8b用于连接外部设备，用于将霍尔元件8a检测到的磁场强度变化传送给外部设备。

作为优选的实施方式，如图1所示，第一端盖1和第二端盖6上分别设有一对固定孔，第一端盖1上的一对固定孔1b对称设置于第一通孔1a的两侧，第二端盖6上的一对固定孔6b对称设置于第二通孔6a的两侧，用于对的一对导向轴5进行限位。本实施例中的两个导向轴5为两端带有细轴肩的轴型零件，两根导向轴5两端的细轴肩分别插入第一端盖1的一对固定孔1b内和第二端盖6的一对固定孔6b内，以保证导向轴5无法轴向移动。

作为优选的实施方式，如图2所示，滑块2设置于丝杠轴4与第一端盖1之间，且螺纹孔2a与第一通孔1a对应设置，以使丝杠轴4贯穿螺纹孔2a后伸入第一通孔1a内固定。

作为优选的实施方式，如图1所示，滑块2还包括一对第三通孔2b，对称设置于螺纹孔2a的两侧。第三通孔2b为导向小孔，分别套设在两根导向轴5上，以保证滑块2在移动时不会发生圆周方向的旋转。

作为优选的实施方式，如图1所示，滑块2对应检测线路板8的一面设有一凹槽2c，凹槽2c的形状及尺寸与磁钢3适配，用于固定磁钢3。壳体7内设有一卡槽，用于将检测线路板8固定于丝杠轴4的上方，且检测线路板8具有霍尔元件8a的一面朝向丝杠轴4。

本实施例中的磁钢3为方形，检测线路板8安装于壳体7内部上方的卡槽内，检测线路板8上焊有包括霍尔元件8a在内的电子元件。如图3所示，霍尔元件8a处在磁钢3所产生的磁场范围内，并同时检测Y方向和Z方向磁场强度的变化，随着滑块2带动磁钢3移动，霍尔元件8a检测到的Y、Z方向磁场强度不断变化，通过对数据的处理，将磁场强度的变化以模拟量(0～5V、0～10V、4～20mA等)或数字量(SER、SSI、SPI等)的形式由导线8b传送到外部设备。

作为优选的实施方式，如图1所示，壳体7的两端分别设置有复数个螺钉装配孔7a，第一端盖1和第二端盖6分别通过复数个螺钉9固定于壳体7的两侧。壳体7为方筒形零件，两端各有四个螺孔。第一端盖1和第二端盖6均是中心有通孔的方形零件，且均带有四个和壳体7螺孔位置相对应的通孔，第一端盖1和第二端盖6各利用四颗螺钉9固定在壳体7的两侧，形成一个完整的腔体。需要说明的是，第一端盖1和第二端盖6采用螺钉固定于壳体7上仅为一种较优的实施例，还可以通过其他的方式进行固定，例如通过铆钉、卡扣等方式固定。

作为优选的实施方式，如图1所示，第二端盖6背向丝杠轴4的一面设有一延伸部6c，延伸部6c为中空结构，且与第二通孔6a相互连通，丝杠轴4远离螺纹部4a的一端贯穿第二通孔6b，并伸入延伸部6c内与检测转角部件连接，并与检测转角部件同步旋转。

作为优选的实施方式，如图1所示，第一端盖1和第二端盖6朝向壳体7内部的一面各设有一凸起结构，第一通孔1a设置于第一端盖1的凸起结构上，第二通孔6a设置于第二端盖6的凸起结构上。第一端盖1和第二端盖6上均有凸起结构，确保第一端盖1、第二端盖6分别装配到壳体7的两端后，第一端盖1和第二端盖6的中心孔保持同心。

作为优选的实施方式，本发明实施例中的多圈非接触电位器的电气原理如图4所示，电气部分主要分为四个部分，即输入电源处理单元10、传感器电源单元11、传感单元12和信号处理单元13。输入电源处理单元10包括磁珠FB1、二极管D1和TVS管D2，磁珠FB1的作用是抑制输入电源的高频噪声和尖峰干扰；二极管D1的作用是提供反接保护；TVS管D2的作用是抑制电源端的瞬态高压，对后级的元器件进行保护。传感器电源单元11的核心元件是U1，即LM317LIPK电源集成模块，该模块可为后级的传感单元提供稳定可调的工作电压，并起抑制纹波、过流保护的作用。R5、R6和R7为U1的电压调节反馈电阻。C1为U1的输入端的滤波电容，用于改善输入电源的平滑性。C2为U1的输出端的滤波电容，用于改善输出信号的平滑性。传感单元12的核心元件是U2(即霍尔元件8a)为MLX90365，该元件的作用是检测磁场强度的变化，并将该变化以基础的0～5V电压输送出去。C5为U2的输出端滤波电容，用于改善输出信号的平滑性。R1为U2的输出负载电阻，用于调节回路电流。信号处理单元13的核心元件是U3，即OPA172运算放大器，该元件的作用是将U2输出的0～5V电压信号放大至实际需要的电压信号，如0～10V等。R2和R3为U3的放大反馈电阻。C3为U3的输入端的滤波电容，用于改善输入电源的平滑性。R4为U3的输出负载电阻，用于调节回路电流。经过该单元处理后的信号最终被传送到外部设备。该单元并不仅限于以上设计，可以根据实际需求改用电流转换模块以输出电流信号，或用模数转换模块转换成数字量信号进行输出，也可以取消本单元直接输出U1部分的基础的0～5V电压。

通过上述技术方案，在以上电路中，由于霍尔元件8a检测到的由磁钢3直线移动所产生的磁场变化并不是完全线性的，通过对输出信号进行多点校正后可以大幅度提高其线性度。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器，将丝杠轴的旋转运动转化为滑块和磁钢的直线运动，通过检测线路板的霍尔元件检测磁钢的磁场强度变化来计算出丝杠轴的实际转动角度，除了实现非接触电位器的多圈化以外，同时该结构还具备体积小，前后限位功能的优点。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于丝杠原理的多圈非接触电位器，其特征在于，包括壳体、第一端盖、第二端盖、丝杠轴、滑块、磁钢和检测线路板，还包括：

一第一通孔，设置于所述第一端盖的中心；

一第二通孔，设置于所述第二端盖的中心；

所述第一端盖和所述第二端盖分别固定于所述壳体的两端，并且所述第一通孔与所述第二通孔对应；

所述丝杠轴上设有螺纹部，所述丝杠轴设置于所述壳体内，其一端伸入所述第一通孔，另一端伸入所述第二通孔；

所述滑块的中心设有一螺纹孔，所述螺纹孔与所述螺纹部适配，以使所述滑块可沿着所述丝杠轴的轴线移动，所述磁钢设置于所述滑块上，跟随所述滑块移动，所述检测线路板用于检测所述磁钢移动所产生的磁场强度变化；

一对导向轴，对称设置于所述丝杠轴的两侧，并与所述丝杠轴保持一预设距离，且所述的一对导向轴的两端分别固定于所述第一端盖和所述第二端盖上，用于在所述滑块移动时对其进行导向。

2.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述第一端盖和所述第二端盖上分别设有一对固定孔，所述第一端盖上的所述一对固定孔对称设置于所述第一通孔的两侧，所述第二端盖上的所述一对固定孔对称设置于所述第二通孔的两侧，用于对所述的一对导向轴进行限位。

3.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述滑块设置于所述丝杠轴与所述第一端盖之间，且所述螺纹孔与所述第一通孔对应设置，以使丝杠轴贯穿所述螺纹孔后伸入所述第一通孔内固定。

4.根据权利要求3所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述滑块还包括一对第三通孔，对称设置于所述螺纹孔的两侧。

5.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述滑块对应所述检测线路板的一面设有一凹槽，所述凹槽的形状及尺寸与所述磁钢适配，用于固定所述磁钢。

6.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述检测线路板包括一霍尔元件和一导线，所述导线用于连接外部设备，用于将所述霍尔元件检测到的所述磁场强度变化传送给所述外部设备。

7.根据权利要求6所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述壳体内设有一卡槽，用于将所述检测线路板固定于所述丝杠轴的上方，且所述检测线路板具有所述霍尔元件的一面朝向所述丝杠轴。

8.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述壳体的两端分别设置有复数个螺钉装配孔，所述第一端盖和所述第二端盖分别通过复数个螺钉固定于所述壳体的两侧。

9.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述第二端盖背向所述丝杠轴的一面设有一延伸部，所述延伸部为中空结构，且与所述第二通孔相互连通，所述丝杠轴远离所述螺纹部的一端贯穿所述第二通孔，并伸入所述延伸部内与一检测转角部件连接，并与所述检测转角部件同步旋转。

10.根据权利要求1所述的多圈非接触电位器，其特征在于，所述第一端盖和所述第二端盖朝向所述壳体内部的一面各设有一凸起结构，所述第一通孔设置于所述第一端盖的所述凸起结构上，所述第二通孔设置于所述第二端盖的所述凸起结构上。

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