CN115060924B - 一种基于磁屏蔽的转速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁屏蔽的转速传感器，涉及转速传感器技术领域，包括：软磁屏蔽构件包括磁芯构件和屏蔽构件；磁芯构件和屏蔽构件连接；磁芯构件所在的平面与屏蔽构件的相交线和磁芯构件构成U型；U型相对的两侧分别对应磁芯构件和屏蔽构件；线圈从磁芯构件和屏蔽构件之间穿过并缠绕在磁芯构件的外周面上；软磁屏蔽构件的开口的一侧对着目标设备的齿轮；软磁屏蔽构件的另一侧设置有永久磁铁；目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由永久磁铁在软磁屏蔽构件中建立的磁场；磁场使线圈感应出周期性感应电压。本发明能够提高产品输出电压，降低外部干扰响应，从而提高信噪比。

Description

一种基于磁屏蔽的转速传感器

技术领域

本发明涉及转速传感器技术领域，特别是涉及一种基于磁屏蔽的转速传感器。

背景技术

图1是一个传统典型的变磁通式转速传感器结构及应用场景的剖面示意图。图1中所示的永久磁铁呈圆柱形，T型软磁芯（截面为“T”形）左侧有一个圆盘状结构，用于收集左端永久磁铁的磁场，并通过中部细端引向右侧的目标设备的齿轮，当右侧的被测目标设备的齿轮旋转时，齿轮的齿顶和齿槽会顺序经过变磁通式转速传感器的T型软磁芯细端部，能引起T型软磁芯的磁通发生变化，从而使绕在T型软磁芯外面的线圈感应出交流信号。检测这个交流信号则能得出目标设备的齿轮的转速。

对于任何传感器而言，信噪比通常是一个衡量性能的重要指标，通常是越大越好。图1所示的磁转速传感器的线圈外部，在功能上呈开放状态，外部的电磁干扰能在线圈中同样感受出有害噪声信号，从而降低有效信号的可检测性。对于抗电磁干扰，通常的作法是在外部环绕一圈高导电率的屏蔽结构，但由于传感器自身输出的信号也是交变信号，这种方法同样也会衰减有用信号，对于提高信噪比帮助不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于磁屏蔽的转速传感器，能够提高产品输出电压，降低外部干扰响应，从而提高信噪比。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于磁屏蔽的转速传感器，包括：软磁屏蔽构件、线圈、和永久磁铁；

所述软磁屏蔽构件包括磁芯构件和屏蔽构件；所述磁芯构件和所述屏蔽构件连接；所述磁芯构件所在的平面与所述屏蔽构件的相交线和所述磁芯构件构成U型；所述U型相对的两侧分别对应所述磁芯构件和所述屏蔽构件；所述线圈从所述磁芯构件和所述屏蔽构件之间穿过并缠绕在所述磁芯构件的外周面上；

所述软磁屏蔽构件的开口的一侧对着目标设备的齿轮；所述软磁屏蔽构件的另一侧设置有所述永久磁铁；

所述目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过所述目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由所述永久磁铁在所述软磁屏蔽构件中建立的磁场；所述磁场使所述线圈感应出周期性感应电压。

可选地，所述磁芯构件的横截面为矩形。

可选地，所述磁芯构件的横截面为圆形。

可选地，所述软磁屏蔽构件通过所述磁芯构件的任一纵截面均为E型。

可选地，所述磁芯构件的纵截面为T型；所述磁芯构件的一端为柱状磁芯；所述磁芯构件的另一端为圆盘状磁芯；所述线圈缠绕在所述柱状磁芯上；所述屏蔽构件，为环状结构，套设在所述线圈外侧，且与所述圆盘状磁芯的边缘连接。

可选地，所述柱状磁芯和所述永久磁铁均采用圆柱形结构；所述永久磁铁与所述柱状磁芯同心设置；所述柱状磁芯与所述圆盘状磁芯同心设置。

可选地，所述永久磁铁的端面与所述圆盘状磁芯的端面连接。

可选地，所述磁芯构件和所述屏蔽构件均由软磁材料制作；所述软磁材料包括电磁纯铁、铁镍软磁合金、硅钢片、铁钴钒软磁合金和铁铝系软磁合金。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种基于磁屏蔽的转速传感器，包括：软磁屏蔽构件、线圈和永久磁铁；软磁屏蔽构件包括磁芯构件和屏蔽构件；磁芯构件和屏蔽构件连接；磁芯构件所在的平面与屏蔽构件的相交线和磁芯构件构成U型；U型相对的两侧分别对应磁芯构件和屏蔽构件；线圈从磁芯构件和屏蔽构件之间穿过并缠绕在磁芯构件的外周面上；软磁屏蔽构件的开口的一侧对着目标设备的齿轮；软磁屏蔽构件的另一侧设置有永久磁铁；目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由永久磁铁在软磁屏蔽构件中建立的磁场；磁场使线圈感应出周期性感应电压。本发明通过软磁屏蔽构件对外部电磁干扰进行阻挡，降低了干扰信号，而且软磁屏蔽构件能够将永久磁铁的磁场引向目标设备的齿轮，加强磁场波动，提高线圈的电压输出，实现了提高转速传感器的信噪比的目标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为常规变磁通转速传感器结构原理图；

图2为本发明实施例一提供的基于磁屏蔽的转速传感器结构示意图；

图3为两个并排放置的常规磁转速传感器的仿真模型的平面图；

图4为常规磁转速传感器的受到电磁干扰的效果图；

图5为两个并排放置的基于磁屏蔽的转速传感器的仿真模型的平面图；

图6为本发明提供的基于磁屏蔽的转速传感器受到电磁干扰的效果图；

图7为常规变磁通转速传感器的仿真模型的平面图；

图8为常规变磁通转速传感器的仿真模型模拟的感应电信号曲线；

图9为基于磁屏蔽的转速传感器的仿真模型的平面图；

图10为基于磁屏蔽的转速传感器的仿真模型模拟的感应电信号曲线；

图11为本发明实施例二提供的基于磁屏蔽的转速传感器的结构示意图；

图12为本发明实施例三提供的基于磁屏蔽的转速传感器的结构示意图。

符号说明：

1-屏蔽构件，2-磁芯构件，3-线圈，4-永久磁铁。

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做出创造性劳动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。

本发明的目的是提供一种基于磁屏蔽的转速传感器，能够提高产品输出电压，降低外部干扰响应，从而提高信噪比。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图2所示，本发明中实施例一提供的一种基于磁屏蔽的转速传感器，包括：软磁屏蔽构件、线圈3和永久磁铁4；目标设备的齿轮为圆盘状结构，在目标设备的齿轮所在的周面上均布有锯齿，所述目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过所述目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由所述永久磁铁4在所述软磁屏蔽构件中建立的磁场；所述磁场使所述线圈3感应出周期性感应电压。周期性感应电压从所述线圈3的引出线输出。

所述软磁屏蔽构件包括磁芯构件2和屏蔽构件1；所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1连接；所述磁芯构件2的纵截面的形状为T形；所述磁芯构件2包括第一磁芯和第二磁芯；所述磁芯构件2的一端为柱状磁芯；所述磁芯构件2的另一端为圆盘状磁芯；所述圆盘状磁芯为第一磁芯；所述柱状磁芯为第二磁芯；所述柱状磁芯与所述圆盘状磁芯垂直相接；所述软磁屏蔽构件通过所述磁芯构件2的任一纵截面的形状均为E形。所述屏蔽构件1与所述圆盘状磁芯垂直相接且所述屏蔽构件1的延伸方向与所述柱状磁芯的延伸方向相同；所述屏蔽构件1，为环状结构，套设在所述线圈3外侧，且与所述圆盘状磁芯的边缘连接。所述线圈3从所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1之间穿过并缠绕在所述磁芯构件2的外周面上；具体地，所述柱状磁芯和所述永久磁铁4均采用圆柱形结构；所述永久磁铁4与所述柱状磁芯同心设置；所述柱状磁芯与所述圆盘状磁芯同心设置。所述永久磁铁4的端面与所述圆盘状磁芯的端面连接。所述软磁屏蔽构件的开口的一侧对着目标设备的齿轮；所述软磁屏蔽构件的另一侧设置有所述永久磁铁4。

在实际应用中，图2是在图1所示的常规结构上增加了一个屏蔽构件1，该屏蔽构件1为软磁屏蔽环；其材料与T型软磁芯的材料均为导磁率高且矫顽力低的软磁材料，常用的软磁材料包括电磁纯铁、铁镍软磁合金、硅钢片、铁钴钒软磁合金和铁铝系软磁合金软磁屏蔽环环绕在线圈3的外部，与T型软磁芯一起，构成一个剖面呈“E”形的软磁芯组合件。T型软磁芯为磁芯构件2；该软磁屏蔽构件只在右侧有开放区域，而右侧正好是测量目标设备的齿轮，通常目标设备的齿轮由导磁率高且矫顽力低的软磁材料制作，这样线圈3就处于一个由软磁材料构成的近似封闭的空间内，能有效阻挡外部电磁干扰。同时，由于软磁屏蔽环也能将永久磁铁的磁场引向目标设备的齿轮，从而能加强T型软磁芯内的磁场波动，提高线圈的电压输出。这样就提高了有用信号，并降低了干扰信号，从两个方向提高产品的信噪比。

如图3所示，设定两个并排放置的常规磁转速传感器的仿真模型中的其中一个受到外部传导电流干扰，该干扰在另一个常规磁转速传感器中被感应到，得到的效果图如图4所示；从图4中可以看到一个峰峰值为426mV的交流噪声信号。

如图5所示，设定两个并排放置的基于磁屏蔽的转速传感器的仿真模型中的其中一个受到外部传导电流干扰，该电流干扰强度与图3中的电流干扰的强度相同，该干扰在另一个基于磁屏蔽的转速传感器中被感应到，得到的效果图如图6所示；从图6中可以看到一个峰峰值为201mV的交流噪声信号。

将图4和图6进行对比可以看出，基于磁屏蔽的转速传感器对相同干扰的响应降低到了原来的一半。

图7为常规变磁通转速传感器的仿真模型的平面图，图8为该模型模拟的感应电信号曲线，从曲线上可看出输出信号的峰峰为6.7V。图9为基于磁屏蔽的转速传感器的仿真模型的平面图，该模型相比于图7中的模型，仅增加了软磁屏蔽环，而其它条件一样，图10是该模型模拟的感应电信号曲线，从曲线上可看出信号的峰峰为8.8V。

将图8和图10进行对比可以看出，基于磁屏蔽的转速传感器的模型的输出电压提升了31%。

实施例二

本发明实施例二提供的一种基于磁屏蔽的转速传感器，包括：软磁屏蔽构件、线圈3和永久磁铁4；目标设备的齿轮为圆盘状结构，在目标设备的齿轮所在的周面上均布有锯齿，所述目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过所述目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由所述永久磁铁4在所述软磁屏蔽构件中建立的磁场；所述磁场使所述线圈3感应出周期性感应电压。周期性感应电压从所述线圈3的引出线输出。

如图11所示，根据对效果需求及场景应用的不同，软磁屏蔽环可以为一个不完整的环状。所述软磁屏蔽构件包括磁芯构件2和屏蔽构件1；所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1连接；所述软磁屏蔽构件通过所述磁芯构件2的纵截面的形状中至少有一个形状为E形；所述E形中间对应的是磁芯构件2；所述E形两侧对应的是所述屏蔽构件1；所述屏蔽构件1包括第一屏蔽构件和第二屏蔽构件；所述磁芯构件2为T型结构，包括第一磁芯构件和第二磁芯构件；所述第一磁芯构件与所述第二磁芯构件垂直相交；所述第一屏蔽构件与所述第一磁芯构件的一端垂直连接；所述第二屏蔽构件与所述第一磁芯构件的另一端垂直连接；所述第一屏蔽构件、所述第二屏蔽构件和所述第二磁芯构件的延伸方向相同。所述线圈3从所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1之间穿过并缠绕在所述磁芯构件2的外周面上；具体地，所述磁芯构件2的横截面的形状包括两种，第一种为矩形；第二种为圆形。所述软磁屏蔽构件的第二磁芯构件的端面对着目标设备的齿轮；所述软磁屏蔽构件的另一侧设置有所述永久磁铁4。在实际应用中，所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1均由导磁率高且矫顽力低的软磁材料制作。常用的软磁材料包括电磁纯铁、铁镍软磁合金、硅钢片、铁钴钒软磁合金和铁铝系软磁合金

屏蔽构件的设置能阻挡外部电磁干扰。同时，由于软磁屏蔽环也能将永久磁铁的磁场引向目标设备的齿轮，从而能加强T型软磁芯内的磁场波动，在一定程度上提高线圈的电压输出。这样就提高了有用信号，并在一定程度上降低了干扰信号，从两个方向提高产品的信噪比。

实施例三

本发明中实施例三提供的一种基于磁屏蔽的转速传感器，包括：软磁屏蔽构件、线圈3和永久磁铁4；目标设备的齿轮为圆盘状结构，在目标设备的齿轮所在的周面上均布有锯齿，所述目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过所述目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由所述永久磁铁4在所述软磁屏蔽构件中建立的磁场；所述磁场使所述线圈3感应出周期性感应电压。周期性感应电压从所述线圈3的引出线输出。

所述软磁屏蔽构件包括磁芯构件2和屏蔽构件1；所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1连接；连接的方式有两种，其中一种为粘接；另外一种为一体化方式。所述磁芯构件2所在的平面与所述屏蔽构件1的相交线和所述磁芯构件2构成U型；所述U型相对的两侧分别对应所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1；所述线圈3从所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1之间穿过并缠绕在所述磁芯构件2的外周面上；具体地，所述磁芯构件2的横截面的形状包括两种，第一种为矩形；第二种为圆形。所述软磁屏蔽构件的开口的一侧对着目标设备的齿轮；所述软磁屏蔽构件的另一侧设置有所述永久磁铁4。

在实际应用中，根据对效果需求及场景应用的不同，软磁屏蔽环可以为一个不完整的环状。如图12所示，所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1连接；所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1连接在一起后为U型结构；具体的，磁芯构件2包括第一磁芯和第二磁芯；所述第二磁芯与所述第一磁芯的一端垂直相接；所述屏蔽构件1与所述第一磁芯的另一端垂直相接；所述屏蔽构件1与所述第二磁芯的延伸方向相同。所述磁芯构件2和所述屏蔽构件1均由导磁率高且矫顽力低的软磁材料制作。常用的软磁材料包括电磁纯铁、铁镍软磁合金、硅钢片、铁钴钒软磁合金和铁铝系软磁合金

屏蔽构件的设置能阻挡外部电磁干扰。同时，由于软磁屏蔽环也能将永久磁铁的磁场引向目标设备的齿轮，从而能加强T型软磁芯内的磁场波动，在一定程度上提高线圈的电压输出。这样就提高了有用信号，并在一定程度上降低了干扰信号，从两个方向提高产品的信噪比。

本发明提供的一种基于磁屏蔽的转速传感器的优势如下所述：

本发明相比常规的变磁通式转速传感器，在线圈外部，增加了一个软磁屏蔽环，与常规的变磁通式转速传感器中的T型软磁芯连接在一起，共同构成一个比常规的变磁通式转速传感器相对封闭的磁屏蔽空间将线圈保护起来，使线圈对外部电磁干扰的响应降低，同时还能提升线圈的感应输出电压，从而提高了输出信号的信噪比。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，包括：软磁屏蔽构件、线圈和永久磁铁；

所述软磁屏蔽构件包括磁芯构件和屏蔽构件；所述磁芯构件和所述屏蔽构件连接；所述磁芯构件包括第一磁芯和第二磁芯；所述第二磁芯与所述第一磁芯的一端垂直相接；所述屏蔽构件与所述第一磁芯的另一端垂直相接；所述屏蔽构件与所述第二磁芯的延伸方向相同；所述磁芯构件所在的平面与所述屏蔽构件的相交线和所述磁芯构件构成U型；所述U型相对的两侧分别对应所述磁芯构件和所述屏蔽构件；所述线圈从所述磁芯构件和所述屏蔽构件之间穿过并缠绕在所述磁芯构件的外周面上；

所述软磁屏蔽构件的开口的一侧对着目标设备的齿轮；所述软磁屏蔽构件的另一侧设置有所述永久磁铁；

所述目标设备的齿轮受外部驱动而转动；通过所述目标设备的齿轮的锯齿的转动，周期性地扰动由所述永久磁铁在所述软磁屏蔽构件中建立的磁场；所述磁场使所述线圈感应出周期性感应电压。

2.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述磁芯构件的横截面为矩形。

3.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述磁芯构件的横截面为圆形。

4.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述软磁屏蔽构件通过所述磁芯构件的任一纵截面均为E型。

5.根据权利要求4所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述磁芯构件的纵截面为T型；所述磁芯构件的一端为柱状磁芯；所述磁芯构件的另一端为圆盘状磁芯；所述线圈缠绕在所述柱状磁芯上；所述屏蔽构件，为环状结构，套设在所述线圈外侧，且与所述圆盘状磁芯的边缘连接。

6.根据权利要求5所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述柱状磁芯和所述永久磁铁均采用圆柱形结构；所述永久磁铁与所述柱状磁芯同心设置；所述柱状磁芯与所述圆盘状磁芯同心设置。

7.根据权利要求6所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述永久磁铁的端面与所述圆盘状磁芯的端面连接。

8.根据权利要求1所述的基于磁屏蔽的转速传感器，其特征在于，所述磁芯构件和所述屏蔽构件均由软磁材料制作；所述软磁材料包括电磁纯铁、铁镍软磁合金、硅钢片、铁钴钒软磁合金和铁铝系软磁合金。

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