CN115598370A - 一种变磁通式转速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变磁通式转速传感器，包括触发轮、磁轭组件、测量线圈和永磁体，触发轮由待测转动源驱动转动，磁轭组件包括主磁轭组件和辅助磁轭组件，永磁体、主磁轭组件与触发轮组合构成主磁回路，永磁体与辅助磁轭组件组合构成辅助磁回路，主磁回路和辅助磁回路都为闭合磁路，主磁回路通过主磁轭组件与触发轮的齿部之间构成的气隙，主磁回路与辅助磁回路并联分流所述永磁体施加的磁场，测量线圈绕制在辅助磁回路上。本发明采用主磁回路与辅助磁回路的并联结构，形成差动互补效应，辅助磁回路中的磁通波动量大，测量线圈中的磁通变化率大，提高低转速时的输出电压，拓展转速采集范围，为多余度测量提供更灵活的设计选择。

Description

一种变磁通式转速传感器

技术领域

本发明涉及转速传感器技术领域，尤其涉及一种变磁通式转速传感器。

背景技术

变磁通式转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速，属于非接触式转速测量仪器。变磁通式转速传感器有很好的抗干扰性能，常用于发动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。传统的闭磁路变磁通式转速传感器的原理图如图1所示，其主要由触发轮、磁轭组件、线圈、永磁体组成，触发轮、磁轭组件与永磁体组合构成一个闭合磁路，线圈环绕在磁轭组件上，磁轭组件与触发轮之间有留有气隙，触发轮绕自身轴线转动时不与磁轭组件相撞，触发轮与被测转动物体连接以随被测转动物体一起转动，触发轮转动时周期性改变气隙大小以使磁回路的磁阻发生改变，从而导致通过测量线圈的磁通量发生改变，在测量线圈上产生感应电动势，进而在测量线圈中产生交流信号，检测测量线圈中的交流信号则能得出触发轮的转速。

测量线圈的输出电压与磁通变化率相关，简化公式为U=-N·dΦ/dt，N为测量线圈匝数，dΦ为测量线圈中的磁通变化量，磁通变化率dΦ/dt会随触发轮转速的升高而升高，从而输出电压随触发轮转速增大而增大，并且输出频率与转速成正比。反之，转速越低输出电压越低，上位测量系统会有最低要求的电压值，输出电压若不能超过这个电压值就不可测量，换言之，输出电压过小的转速为不可测量，即，传统的变磁通式转速传感器的转速采集范围有限，低转速的输出电压过小而超出可测量范围，应用范围有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种变磁通式转速传感器，解决目前技术中的变磁通式转速传感器在低转速时的输出电压过低，转速采集范围有限的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是 ：

一种变磁通式转速传感器，包括触发轮、磁轭组件、测量线圈和永磁体，触发轮由待测转动源驱动转动，所述磁轭组件包括主磁轭组件和辅助磁轭组件，所述永磁体、主磁轭组件与触发轮组合构成主磁回路，所述永磁体与辅助磁轭组件组合构成辅助磁回路，所述主磁回路和辅助磁回路都为闭合磁路，所述主磁回路通过主磁轭组件与触发轮的齿部之间构成的气隙，所述主磁回路与辅助磁回路并联分流所述永磁体施加的磁场，所述测量线圈绕制在辅助磁回路上。本发明所述的变磁通式转速传感器采用主磁回路与辅助磁回路的并联结构，当触发轮转动导致主磁回路中的磁通发生改变时，辅助磁回路中的磁通也会发生改变，由于永磁体的激励能力是一定的，当主磁回路中的磁通增加时，辅助磁回路中的磁通就会减小，反之，当主磁回路中的磁通减小时，辅助磁回路中的磁通就会增大，主磁回路与辅助磁回路形成差动互补效应，这样能够增大主磁回路中的磁通波动量，同样的辅助磁回路中的磁通波动量也会增大，也就是增大了测量线圈输出电压公式中的dΦ，从而能增大测量线圈中的磁通变化率，在转速不提高的情况下有效增大输出电压，从而能够提高低转速时的输出电压，拓展转速采集范围，满足应用需求。

进一步的，所述测量线圈绕制在磁轭组件上仅属于辅助磁回路而不属于主磁回路的部位上，能保障最优的磁通波动量，有效增大输出电压。

进一步的，所述辅助磁回路中包括有固定不变的气隙，构成稳定的磁回路，确保能够在主磁回路中的磁通发生波动时，辅助磁回路中的磁通能进行相应的波动，确保主磁回路与辅助磁回路形成差动互补效应以增大磁通波动量。

进一步的，所述辅助磁回路并联设置有若干路，每路辅助磁回路上分别设置有测量线圈，可实现多余度测量。

进一步的，所述永磁体并联设置有若干个，在有限的空间里通过增加永磁体来增大激励能力，进而有效提高输出电压。

进一步的，所述磁轭组件包括转轴、环形件以及径向件，所述转轴与触发轮连接以同步转动，所述环形件环绕在转轴的周向外围，并且环形件与触发轮的齿部之间构成气隙，所述永磁体设置在转轴与环形件之间，转轴与环形件之间设置用于传导磁场的径向件，所述环形件与转轴作为主磁轭组件并与永磁体和触发轮组合构成主磁回路，所述环形件、转轴以及径向件作为辅助磁轭组件并与永磁体组合构成辅助磁回路，所述测量线圈绕制在径向件上。结构简单、紧凑，能有效减小变磁通式转速传感器的体积，转轴和环形件为多功能复用的部件，既作为主磁轭组件也作为辅助磁轭组件，并且不妨碍主磁回路与辅助磁回路两者各自正常的起到所需的功能，能够有效增大主磁回路中的磁通波动量，也就是增大测量线圈中的磁通变化量，进而有效增大输出电压。

进一步的，所述径向件沿着转轴的周向间隔设置有若干个，每个径向件上分别绕制有测量线圈，在保障结构紧凑的情况下进行多余度测量。

进一步的，所述永磁体沿着转轴的周向间隔设置有若干个，在有限的空间里通过增加永磁体来增大激励能力，进而有效提高输出电压，并且使得转轴与环形件上在整个周向上具有均匀分布的磁场，有利于保障输出电压稳定。

进一步的，所述永磁体的磁极方向沿着转轴的径向，结构简单、紧凑，永磁体的磁极端处的磁场最强，永磁体的两磁极分别朝向于转轴和环形件，有利于大部分的磁力线都进入到转轴和环形件中进行传导，减少漏磁，使得永磁体产生的磁场能最大限度的被利用，保障输出电压。

进一步的，所述径向件和永磁体分别处于转轴轴向上的不同位置；或者，所述径向件和永磁体处于转轴轴向上的相同位置。

进一步的，所述径向件和永磁体处于转轴轴向上的相同位置，所述径向件和永磁体分别设置有若干个，并且径向件和永磁体两者沿着转轴的周向交替间隔分布，提高结构紧凑性，减小变磁通式转速传感器的体积，满足小型化的需求。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的变磁通式转速传感器采用主磁回路与辅助磁回路的并联结构，形成差动互补效应，辅助磁回路中的磁通波动量大，从而测量线圈中的磁通变化率大，在转速不提高的情况下有效增大输出电压，能够提高低转速时的输出电压，拓展转速采集范围，满足应用需求。

附图说明

图1为现有的闭磁路变磁通式转速传感器的示意图；

图2为本发明的变磁通式转速传感器的原理示意图；

图3为现有的闭磁路变磁通式转速传感器的输出电压信号图形；

图4为本发明的变磁通式转速传感器的输出电压信号图形；

图5为本发明的变磁通式转速传感器的另一种示意图；

图6为图5所示变磁通式转速传感器的输出电压信号图形；

图7为本发明实施例一的变磁通式转速传感器的纵向剖面结构示意图；

图8为本发明实施例一的变磁通式转速传感器的外形结构示意图；

图9为本发明实施例一的变磁通式转速传感器中永磁体分布示意图；

图10为本发明实施例一的变磁通式转速传感器中径向件分布示意图；

图11为本发明实施例二的变磁通式转速传感器的横向剖面结构示意图；

图12为图11所示变磁通式转速传感器的纵向剖面结构示意图；

图13为图11所示变磁通式转速传感器另一方向的纵向剖面结构示意图。

图中：

触发轮1、磁轭组件2、测量线圈3、永磁体4、主磁回路5、辅助磁回路6、转轴21、环形件22、径向件23。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。

本发明实施例公开的一种变磁通式转速传感器，增加辅助磁回路，与主磁回路之间形成差动互补效应，增大测量线圈中的磁通变化率，有效提高低转速的输出电压，拓宽转速采集范围，使得变磁通式转速传感器的应用更加广泛。

实施例一

如图2所示，一种变磁通式转速传感器，主要包括触发轮1、磁轭组件2、测量线圈3和永磁体4，所述触发轮1由待测转动源驱动转动，所述磁轭组件2包括主磁轭组件和辅助磁轭组件，所述永磁体4、主磁轭组件与触发轮1组合构成主磁回路5，所述永磁体4与辅助磁轭组件组合构成辅助磁回路6，所述主磁回路和辅助磁回路都为闭合磁路，所述主磁回路通过主磁轭组件与触发轮1的齿部之间构成的气隙，所述主磁回路与辅助磁回路并联分流所述永磁体4施加的磁场，所述测量线圈3绕制在辅助磁回路6上。

闭合磁路是指相对封闭的供磁场传导的环形传导路径，闭合磁路不代表物理结构上是完全闭合的环形，不代表构成磁回路的各部件在物理上必须相互接触，闭合磁路是可以包括有气隙的，例如在主磁回路中，主磁轭组件与触发轮的齿部之间必存在气隙，气隙为小间隙，由于气隙的存在，主磁轭件才不会对触发轮的转动造成干涉，并且能够减少漏磁，能够最大限度的利用永磁体产生的磁场，保障输出电压，更重要的是，触发轮转动时，触发轮的齿顶和齿槽顺次通过时就会改变主磁轭组件与触发轮之间的气隙大小，从而改变主磁回路的磁阻，导致通过测量线圈的磁通量发生改变，在测量线圈上产生感应电动势，进而在测量线圈中产生交流信号，检测测量线圈中的交流信号则能得出触发轮的转速，由于本实施例中设置了与主磁回路并联关系的辅助磁回路，主磁回路与辅助磁回路并联分流所述永磁体4施加的磁场，换言之，永磁体4施加的磁场会分流成两部分，一部分沿着主磁回路传导，还有一部分沿着辅助磁回路传导，永磁体的激励能力是一定的，当主磁回路中的磁通增加时，辅助磁回路中的磁通就会减小，反之，当主磁回路中的磁通减小时，辅助磁回路中的磁通就会增大，由于主磁回路与辅助磁回路的并联分流关系，会形成差动互补效应，从而会导致主磁回路中的磁通波动量增大，同样的，辅助磁回路中的磁通波动量也会增大，并且相对于图1中所示的传统的闭磁路变磁通式转速传感器中主磁回路中磁通波动量也是更大的，从而使得设置在辅助磁回路6上的测量线圈3中的磁通变化量较大，最终使得测量线圈3的输出电压增大，能够提高低转速时的输出电压，拓展转速采集范围，满足应用需求。

磁轭组件2由软磁材料制成，其本身不产生磁场，但能改变磁场分布以约束磁力线沿着磁轭组件2构成的磁路进行传输，永磁体的磁极端处的磁场最强，如图2所示，所述磁轭组件2与永磁体4的磁极端衔接，有利于永磁体4产生的磁场充分进入到磁轭组件2中以沿着磁轭组件2传导，减少漏磁，提高永磁体4产生的磁场的利用充分率，提高输出电压，具体的，永磁体4采用柱状磁钢，磁轭组件2则与永磁体4两端的磁极端衔接，磁轭组件2与永磁体4的磁极端可以是直接接触，也可以是保持有间隙，图2中位于永磁体4右侧的则是主磁轭组件，测量线圈3绕制在主磁轭组件上，主磁轭组件延伸至与触发轮1的齿部相邻，并且主磁轭组件与触发轮1的齿部之间预留出气隙，主磁回路5通过主磁轭组件与触发轮1的齿部之间构成的气隙，从而触发轮1转动时就能改变气隙大小，也就是改变主磁回路5的磁阻，使得通过主磁回路5的磁通量发生波动，进而导致辅助磁回路6的磁通量也发生波动，在图2所示的原理图中，主磁轭组件延伸至触发轮1直径方向的两侧，从而主磁回路从触发轮1的直径方向穿过整个触发轮1，主磁回路包含了两个主磁轭组件与触发轮1的齿部之间构成的气隙；图2中位于永磁体4左侧的三个部件则是辅助磁轭组件，辅助磁轭组件与永磁体4组合构成辅助磁回路6，辅助磁回路6不通过触发轮1，辅助磁回路6中包括有固定不变的气隙，辅助磁回路6中的磁阻不会发生改变，而是在主磁回路中的磁通增加时，辅助磁回路中的磁通就减小，反之，在主磁回路中的磁通减小时，辅助磁回路中的磁通就会增大，换言之，主磁回路5的磁通量发生波动会导致辅助磁回路6中磁通量发生波动，主磁回路5与辅助磁回路6形成差动互补效应，使得辅助磁回路6中的磁通波动量有效增大，也就是导致设置在辅助磁回路6上的测量线圈的磁通量变化增大，能够增大测量线圈的输出电压，满足测量采集需求，拓展转速采集范围。

图1中所示的传统的闭磁路变磁通式转速传感器的输出电压随时间的变化如图3所示，电压峰峰值（正向电压峰值与反向电压峰值的差值）为4.1V；图2所示的本实施例的变磁通式转速传感器的输出电压随时间的变化如图4所示，电压峰峰值为4.8V，可见在设置与主磁回路并联分流的辅助磁回路时，利用差动互补效应能够有效增大辅助磁回路上的磁通波动量，将测量线圈设置在辅助磁回路上也能相对于现有技术有效提高输出电压，提高量达到17%；图5为另一种变磁通式转速传感器，其包含有两路并联的辅助磁回路6，每路辅助磁回路6上分别设置有测量线圈3，这个实例展示了双余度实施的可行性，由于采用了两个辅助磁回路，主磁路的磁通变化量被差动互补到了两个辅助磁回路中，这个量会被分配于两个辅助磁回路中，从图6中可见两路输出的电压峰峰值为2.36V，大约为图2中仅采用一路辅助磁回路的实施例的输出电压的一半，这个结果也验证了差动互补机理的正确性，图6中是将其中一路电压信号进行了反相位变化，避免两路信号在图上重合，便于观察。

图7所示的变磁通式转速传感器的结构为基于图2的原理示意图的一种实施结构，所述磁轭组件2具体包括转轴21、环形件22以及径向件23，所述转轴21与触发轮1连接以与其同步转动，所述转轴21与触发轮1同轴心，所述环形件22环绕在转轴21的周向外围，并且环形件22与触发轮1的齿部之间构成气隙，所述环形件22相对于转轴21和触发轮1为静置不动的部件，可通过轴承以及一些连接部件实现环形件22与转轴21的装配连接（图中未示出，例如在环形件22的轴向端侧设置端板，转轴21通过轴承连接在端板即可），所述触发轮1的齿部可以是触发轮1周向外围的齿部，也可以是触发轮1转动轴向端面上的齿部，可根据具体需要进行设置，最重要是环形件22与触发轮1的齿部之间的气隙，该气隙为小间隙，减小漏磁的同时能在触发轮1转动时改变气隙大小以改变主磁回路5的磁阻，进而使得通过测量线圈3的磁通量发生波动，使得测量线圈3能够产生输出电压，所述环形件22面对触发轮1齿部的部位设置有凸起结构，该凸起结构可以是单齿结构，即单独的一个凸起，确保触发轮1转动时由于齿顶齿槽顺次通过能够改变气隙大小以改变主磁回路的磁阻，在本实施中，如图8所示，凸起结构为与触发轮1的齿部相同角间距和相同齿数的齿部，即，环形件22上设置有与触发轮1匹配的齿圈结构，为了便于制造及装配，所述环形件22可分体为齿圈件和筒体件，两者分别加工再进行组合，齿圈件与触发轮1相配合以构成气隙，筒体件则环绕在转轴21的周向外围；

所述永磁体4设置在转轴21与环形件22之间，所述永磁体4为柱状磁钢，其长度方向的两端即为磁极端，所述永磁体4的磁极方向沿着转轴21的径向，即，所述永磁体4的一端磁极正对转轴21，另一端磁极正对环形件22内壁，有利于最大限度的利用永磁体4产生的磁场，所述径向件23设置在转轴21与环形件22之间以传导磁场，所述环形件22与转轴21作为主磁轭组件并与永磁体4和触发轮1组合构成主磁回路5，该主磁回路5通过触发轮1的半径区域，主磁回路5中仅包含单个由环形件22与触发轮1的齿部构成的气隙，所述环形件22、转轴21以及径向件23作为辅助磁轭组件并与永磁体4组合构成辅助磁回路6，所述测量线圈3绕制在径向件23上，环形件22与转轴21既作为主磁轭组件也作为辅助磁轭组件，起到多功能的作用，能够有效的提高结构紧凑性，减小器件体积，满足小型化发展的需求，由于环形件22与转轴21是复用的部件，主磁回路5和辅助磁回路6都会从环形件22和转轴21通过，从而主磁回路5与辅助磁回路6两者除了永磁体外还有重合的部位，主磁回路5与辅助磁回路6两者重合的部位由于磁通波动叠加的影响会导致总的磁通波动量较低，因此，所述测量线圈3需要绕制在磁轭组件上仅属于辅助磁回路而不属于主磁回路的部位上，确保通过测量线圈3的磁通量变化率为最优，进而有效增大输出电压，在本实施例中，径向件23仅为辅助磁回路6通过，因此具体将测量线圈3绕制在径向件23上。

在本实施例中，如图7所示，所述径向件23和永磁体4分别处于转轴21轴向上的不同位置，具体的，所述永磁体4设置在靠近转轴21轴向端侧的位置，而径向件23设置在靠近转轴21轴向中部的位置；

所述径向件23具体为长度方向沿着转轴21径向的柱状件，测量线圈3绕制在径向件23的外围，则测量线圈3的轴向也是沿着转轴21径向，径向件23可固定在环形件22的内壁上而与转轴21保持间隙，如图10所示，所述径向件23沿着转轴21的周向均匀间隔设置有四个，每个径向件23上分别绕制有测量线圈3，可实现多余度测量；

如图9所示，所述永磁体4沿着转轴21的周向间隔设置有四个，可以在有限的空间里通过增加永磁体来增大激励能力，进而有效提高输出电压，这些永磁体4呈并联关系，由于主磁回路5与辅助磁回路6为并联分流关系，换言之，主磁回路5与辅助磁回路6共用这些永磁体4，能够有效增大主磁回路5与辅助磁回路6中的磁通量，从而能提高磁通波动量，进而提高输出电压。

实施例二

如图11至图13所示，与实施例一的不同点在于，所述径向件23和永磁体4处于转轴21轴向上的相同位置，所述径向件23和永磁体4分别设置有两个，并且径向件23和永磁体4两者沿着转轴21的周向交替间隔分布，径向件23与相邻的永磁体4之间呈90度，从而两个径向件23分布在直径方向上，两个永磁体4分布在另一直径方向上，采用此种方式能有效提高结构紧凑性，结构设计灵活，减小变磁通式转速传感器在转轴21轴向上的尺寸，缩小变磁通式转速传感器的整体体积，满足小型化发展的需求 。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种变磁通式转速传感器，其特征在于，包括触发轮（1）、磁轭组件（2）、测量线圈（3）和永磁体（4），所述触发轮（1）由待测转动源驱动转动，所述磁轭组件（2）包括主磁轭组件和辅助磁轭组件，所述永磁体（4）、主磁轭组件与触发轮（1）组合构成主磁回路（5），所述永磁体（4）与辅助磁轭组件组合构成辅助磁回路（6），所述主磁回路和辅助磁回路都为闭合磁路，所述主磁回路通过主磁轭组件与触发轮（1）的齿部之间构成的气隙，所述主磁回路与辅助磁回路并联分流所述永磁体（4）施加的磁场，所述测量线圈（3）绕制在辅助磁回路（6）上。

2.根据权利要求1所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述测量线圈（3）绕制在磁轭组件上仅属于辅助磁回路（6）而不属于主磁回路（5）的部位上。

3.根据权利要求1所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述辅助磁回路中包括有固定不变的气隙。

4.根据权利要求1所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述辅助磁回路（6）并联设置有若干路，每路辅助磁回路（6）上分别设置有测量线圈（3）。

5.根据权利要求1至4任一项所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述磁轭组件包括转轴（21）、环形件（22）以及径向件（23），所述转轴（21）与触发轮（1）连接以同步转动，所述环形件（22）环绕在转轴（21）的周向外围，并且环形件（22）与触发轮（1）的齿部之间构成气隙，所述永磁体（4）设置在转轴（21）与环形件（22）之间，转轴（21）与环形件（22）之间设置用于传导磁场的径向件（23），所述环形件（22）与转轴（21）作为主磁轭组件并与永磁体（4）和触发轮（1）组合构成主磁回路（5），所述环形件（22）、转轴（21）以及径向件（23）作为辅助磁轭组件并与永磁体（4）组合构成辅助磁回路（6），所述测量线圈（3）绕制在径向件（23）上。

6.根据权利要求5所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述径向件（23）沿着转轴（21）的周向间隔设置有若干个，每个径向件（23）上分别绕制有测量线圈（3）。

7.根据权利要求5所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述永磁体（4）沿着转轴（21）的周向间隔设置有若干个。

8.根据权利要求5所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述永磁体（4）的磁极方向沿着转轴（21）的径向。

9.根据权利要求5所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述径向件（23）和永磁体（4）分别处于转轴（21）轴向上的不同位置；或者，所述径向件（23）和永磁体（4）处于转轴（21）轴向上的相同位置。

10.根据权利要求5所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述径向件（23）和永磁体（4）处于转轴（21）轴向上的相同位置，所述径向件（23）和永磁体（4）分别设置有若干个，并且径向件（23）和永磁体（4）两者沿着转轴（21）的周向交替间隔分布。

11.根据权利要求5所述的变磁通式转速传感器，其特征在于，所述环形件（22）面对触发轮（1）齿部的部位设置有凸起结构，所述凸起结构为与触发轮（1）的齿部相同角间距和相同齿数的齿部。

Images