CN115064327B - 基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，包括外壳、多圈电阻体、传动丝杆、电刷座、电刷、滚珠、压板、压簧和盖板，电刷座上设有电刷座通孔，电刷座通孔的孔径与螺旋槽的槽口宽度相同，螺旋槽的两侧槽壁与槽底之间的夹角大于90°，滚珠同时置于螺旋槽和电刷座通孔内，盖板安装在电刷座上并将电刷座通孔盖住，压簧置于电刷座通孔内且其一端与盖板接触，压板置于压簧的另一端与滚珠之间。本发明用滚珠传动结构替代传统插销传动结构，显著减小了传动摩擦力，所需力矩小，电位器寿命显著延长，并通过压簧和压板压住滚珠，使滚珠始终与螺旋槽接触并被精确限位，消除了回程间隙，显著减小了电位器的回程误差，提高了检测精度。

Description

基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器

技术领域

本发明涉及一种多圈角位移电位器，尤其涉及一种基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器。

背景技术

目前，旋转角度小于360°的角位移电位器一般采用基于导电塑料电阻膜的电阻体，即将圆环形且开环的导电塑料电阻膜设于基体上，电刷在导电塑料电阻膜上接触滑动，实现角度检测目的；该角位移电位器的旋转寿命可达100万周以上。但是，随着控制系统的不断发展，很多场合都需要使用角度大于360°的角位移电位器，这时，上述角位移电位器就无法满足使用要求，因此多圈角位移电位器应运而生。

传统多圈角位移电位器的电阻体采用线绕电阻体，线绕电阻体的精密合金丝绕制在漆包铜线上，再通过成型夹具成型为螺旋形，由于漆包铜线成型后回弹小，方便成型，因此，目前多圈角位移电位器采用线绕电阻体。

上述传统多圈角位移电位器的基本结构包括外壳、线绕电阻体、丝杆、电刷支架和电刷，线绕电阻体安装在外壳内，电刷支架安装在丝杆上，电刷安装在电刷支架上并能够在线绕电阻体的合金丝上接触滑动；其中，丝杆和电刷支架的连接结构如图1所示，电刷支架4通过插销3与丝杆1连接，丝杆1上设有螺旋形的丝杆槽2，丝杆槽2的两侧槽壁均与槽底相互垂直，插销3的一端置于丝杆槽2内，丝杆1旋转使插销3在丝杆槽2内移动，即插销3带动电刷支架做螺旋形运动。

上述传统多圈角位移电位器的缺陷在于：插销3与丝杆槽2之间为间隙配合结构，在传动过程中属于滑动摩擦，所以丝杆1和电刷支架4的使用寿命低，导致整个电位器的使用寿命低，并因为插销3与丝杆槽2之间的间隙配合导致回程误差较大，检测精度较低。

另外，上述传统多圈角位移电位器还存在以下缺陷：电刷与电阻体接触滑动时为金属间的摩擦，其使用寿命较低(寿命一般5～10万周)，由于金属与金属之间的磨损较快，因此这种采用线绕电阻体的多圈角位移电位器不管怎么改进，其寿命都很难再上一个台阶；同时，电阻体的合金丝在电刷滑动方向存在节距使得电阻体表面存在凹凸不平的特征，电刷在这样的表面上运动，使电刷的使用寿命也会降低；另外，电阻体的合金丝在电刷滑动方向存在节距会使相应的电位器存在分辨率，即输出信号为阶梯递增或递减，因此，其线性精度也很难提高。

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基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，包括外壳、多圈电阻体、传动丝杆、电刷座和电刷，所述多圈电阻体安装于所述外壳的内壁上，所述传动丝杆穿过所述多圈电阻体的通孔，所述传动丝杆上设有螺旋槽，所述电刷座安装在所述传动丝杆上并与所述螺旋槽配合，所述电刷安装在所述电刷座上并与所述多圈电阻体接触，所述基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器还包括滚珠、压板、压簧和盖板，所述电刷座上设有电刷座通孔，所述电刷座通孔的轴向与所述传动丝杆的轴向相互垂直，所述电刷座通孔的孔径与所述螺旋槽的槽口宽度相同，所述螺旋槽的两侧槽壁与槽底之间的夹角大于90°，所述滚珠同时置于所述螺旋槽和所述电刷座通孔内，所述盖板安装在所述电刷座上并将所述电刷座通孔盖住，所述压簧置于所述电刷座通孔内且其一端与所述盖板接触，所述压板置于所述压簧的另一端与所述滚珠之间。

作为优选，为了实现更好的传动效果，所述滚珠的一半置于所述螺旋槽内且另一半置于所述电刷座通孔内。

作为优选，为了提高电位器的使用寿命和检测精度，所述多圈电阻体包括电阻体基带、导电塑料电阻膜、电极和中温固化胶膜，所述导电塑料电阻膜设于所述电阻体基带上，两个所述电极设于所述电阻体基带上并分别位于所述导电塑料电阻膜的两端，所述电阻体基带呈螺旋形，所述中温固化胶膜包覆于整个所述电阻体基带外形成圆筒状，所述电刷与所述导电塑料电阻膜接触。

作为优选，为了便于加工，所述电阻体基带为聚酰亚胺薄膜。

作为优选，为了便于安装多圈电阻体，所述外壳的两端内壁分别安装有第一固定座和第二固定座，所述多圈电阻体的中温固化胶膜的两端分别向外延伸并与所述第一固定座和所述第二固定座连接。

本发明的有益效果在于：

本发明用滚珠传动结构替代传统插销传动结构，传动摩擦由传统的滑动摩擦变为滚动摩擦，显著减小了传动摩擦力，所需力矩小，电位器寿命显著延长，并通过压簧和压板压住滚珠，使滚珠在滚动过程中始终与传动丝杆的螺旋槽接触并被精确限位，消除了回程间隙，显著减小了电位器的回程误差，提高了检测精度；通过采用基于导电塑料电阻膜的多圈电阻体，使用时电刷在导电塑料电阻膜表面接触滑动，其使用寿命可达100万周以上，显著提高了多圈电阻体、电刷以及电位器的使用寿命，同时，由于导电塑料电阻膜的表面是连续无间隔的，其分辨率理论上为零，还可以进行高精度线性修刻，所以其线性精度可达到0.1％，远远高于传统线绕电阻体的线性精度。

附图说明

图1是采用线绕电阻体的传统多圈角位移电位器的丝杆与电刷支架的局剖主视结构示意图；

图2是本发明所述基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器的主视剖视结构示意图；

图3是本发明所述基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器的主视剖视结构示意图中的A-A剖视放大图；

图4是本发明所述基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器的传动丝杆和电刷座的相关结构的主视剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图2-图4所示，本发明所述基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器包括外壳16、多圈电阻体、传动丝杆24、电刷座10、电刷15、滚珠14、压板13、压簧12和盖板11，所述多圈电阻体(图中未标记，包括下文中的导电塑料电阻膜18和中温固化胶膜17)安装于外壳16的内壁上，传动丝杆24穿过所述多圈电阻体的通孔，传动丝杆24上设有螺旋槽19，电刷座10安装在传动丝杆24上并与螺旋槽19配合，电刷15安装在电刷座10上并与所述多圈电阻体接触，电刷座10上设有电刷座通孔(图中未标记)，所述电刷座通孔的轴向与传动丝杆24的轴向相互垂直(即所述电刷座通孔的轴向为传动丝杆24的径向)，所述电刷座通孔的孔径与螺旋槽19的槽口宽度相同，螺旋槽19的两侧槽壁与槽底之间的夹角大于90°，具体角度以能够与滚珠14紧密接触且接触面积尽量大为宜，滚珠14同时置于螺旋槽19和所述电刷座通孔内，盖板11通过第一螺钉25安装在电刷座10上并将所述电刷座通孔盖住，压簧12置于所述电刷座通孔内且其一端与盖板11接触，压板13置于压簧12的另一端与滚珠14之间。

如图2-图4所示，本发明还公开了以下多种更加具体的优化结构：

为了实现更好的传动效果，滚珠14的一半置于螺旋槽19内且另一半置于所述电刷座通孔内。

为了提高电位器的使用寿命和检测精度，所述多圈电阻体包括电阻体基带(图中不可视)、导电塑料电阻膜18、电极(图中不可视)和中温固化胶膜17，导电塑料电阻膜18设于所述电阻体基带上，两个所述电极设于所述电阻体基带上并分别位于导电塑料电阻膜18的两端，所述电阻体基带呈螺旋形，中温固化胶膜17包覆于整个所述电阻体基带外形成圆筒状，电刷15与导电塑料电阻膜18接触。

为了便于加工，所述电阻体基带为聚酰亚胺薄膜。

为了便于安装多圈电阻体，外壳16的两端内壁分别安装有第一固定座7和第二固定座20，所述多圈电阻体的中温固化胶膜17的两端分别向外延伸并与第一固定座7和第二固定座20连接。

图2中还示出了引线5、外壳盖板6、第一支座8、第一轴承9、第二支座21、第二轴承22和第三轴承23，引线5与多圈电阻体连接，外壳盖板6与外壳16的开口端连接，传动丝杆24通过第一支座8、第一轴承9、第二支座21和第二轴承22安装在外壳16内，传动丝杆24同时通过第三轴承23与外壳16连接，图3还示出了用于安装电刷15的第二螺钉26，这些结构均为常规适应性结构，在此不再赘述。

如图2-图4所示，使用时，将传动丝杆24与被检测设备的旋转件(图中未示)连接，旋转件带动传动丝杆24旋转，传动丝杆24上的螺旋槽19跟随同步旋转，螺旋槽19推动滚珠14做螺旋形运动，滚珠14通过电刷座通孔推动电刷座10和电刷15同步运动，电刷15在螺旋形的导电塑料电阻膜18上接触滑动，电刷15获得变化的电信号并通过引线1传输到外部的处理器，实现被检测设备旋转件的角位移检测的目的。

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)

1.一种基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，包括外壳、多圈电阻体、传动丝杆、电刷座和电刷，所述多圈电阻体安装于所述外壳的内壁上，所述传动丝杆穿过所述多圈电阻体的通孔，所述传动丝杆上设有螺旋槽，所述电刷座安装在所述传动丝杆上并与所述螺旋槽配合，所述电刷安装在所述电刷座上并与所述多圈电阻体接触，其特征在于：所述基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器还包括滚珠、压板、压簧和盖板，所述电刷座上设有电刷座通孔，所述电刷座通孔的轴向与所述传动丝杆的轴向相互垂直，所述电刷座通孔的孔径与所述螺旋槽的槽口宽度相同，所述螺旋槽的两侧槽壁与槽底之间的夹角大于90°，所述滚珠同时置于所述螺旋槽和所述电刷座通孔内，所述盖板安装在所述电刷座上并将所述电刷座通孔盖住，所述压簧置于所述电刷座通孔内且其一端与所述盖板接触，所述压板置于所述压簧的另一端与所述滚珠之间。

2.根据权利要求1所述的基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，其特征在于：所述滚珠的一半置于所述螺旋槽内且另一半置于所述电刷座通孔内。

3.根据权利要求1或2所述的基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，其特征在于：所述多圈电阻体包括电阻体基带、导电塑料电阻膜、电极和中温固化胶膜，所述导电塑料电阻膜设于所述电阻体基带上，两个所述电极设于所述电阻体基带上并分别位于所述导电塑料电阻膜的两端，所述电阻体基带呈螺旋形，所述中温固化胶膜包覆于整个所述电阻体基带外形成圆筒状，所述电刷与所述导电塑料电阻膜接触。

4.根据权利要求3所述的基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，其特征在于：所述电阻体基带为聚酰亚胺薄膜。

5.根据权利要求3所述的基于滚动摩擦的高寿命高精度多圈角位移电位器，其特征在于：所述外壳的两端内壁分别安装有第一固定座和第二固定座，所述多圈电阻体的中温固化胶膜的两端分别向外延伸并与所述第一固定座和所述第二固定座连接。

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