CN214951107U - 一种高精度角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高精度角位移传感器，包括外壳、内壳、永磁合金组件以及底座组件；外壳顶端设置有双轴承组件，永磁合金组件贯通外壳的顶端并伸入至内壳内，永磁合金组件通过双轴承组件与外壳转动连接；内壳设置在外壳内，且内壳外壁紧贴外壳内壁，外壳的底端和内壳的底端均相通；底座组件设置于外壳的底端，底座组件的顶端伸入至内壳内，且与永磁合金组件之间存在间隙。本申请解决了现有技术中，转轴无法长期有效稳定地转动，无法有效对永磁合金产生的内磁场进行聚磁的作用，实现了有效提高整个传感器系统测量精度的目的。

Description

一种高精度角位移传感器

技术领域

本申请涉及磁敏传感器技术领域，尤其涉及一种高精度角位移传感器。

背景技术

角度测量装置广泛应用于航空、航天及各武器装备系统的电机控制、姿态控制等场所，目前，角度测量通常采用旋转变压器和差动电容来实现。旋转变压器工作原理是采用正弦波激励信号激励初级绕组，次级绕组产生两路电磁感应差分输出信号(正弦信号和余弦信号)，其对加工精度要求极高，同时由于其多绕组的复杂结构，具有体积和重量较大的缺点。差动电容式角度传感器采用旋转差动电容，通过改变极板面积的原理将角度变化量转换成电容的变化量，由于使用空气介质，具有较差的温度性能，同时由于其整体结构的特点，抗冲击能力和精度比较差，而且现有的角度传感器其转轴穿过壳体转动，由于转轴与壳体只有一处接触，因而仅采用一个轴承对其进行轴向固定，转轴长期转动之后容易出现径向偏动，进而使得永磁合金位置偏移，出现测量误差，转轴出现径向偏动之后，转轴与轴承之间的摩擦力显著增大，影响整个传感器系统测量的精度，另外，现有的角度传感器仅将永磁合金和磁敏式传感器放置在壳体内，可以起到对外部干扰磁场屏磁的作用，但无法有效对永磁合金产生的内磁场进行聚磁的作用。

综上，现有技术中，角度测量装置大多使用旋转变压器实现，存在体积、重量较大和结构复杂的缺点，而且转轴无法长期有效稳定地转动，无法有效对永磁合金产生的内磁场进行聚磁的作用，因而无法保证整个传感器系统测量的精度。

实用新型内容

本申请通过提供一种高精度角位移传感器，解决了现有技术中存在体积、重量较大和结构复杂的缺点，而且转轴无法长期有效稳定地转动，无法有效对永磁合金产生的内磁场进行聚磁的作用，有效提高了整个传感器系统测量的精度。

本申请提供的高精度角位移传感器，包括外壳、内壳、永磁合金组件、底座组件和双轴承组件，所述双轴承组件设置于所述外壳的顶端，所述永磁合金组件贯通所述外壳的顶端并伸入至所述内壳内，所述永磁合金组件通过所述双轴承组件与所述外壳转动连接；所述内壳设置在所述外壳内，所述外壳的底端和所述内壳的底端均相通；所述底座组件设置于所述外壳的底端，所述底座组件的顶端伸入至所述内壳内，且与所述永磁合金组件之间存在间隙。

在一种可能的实现方式中，所述永磁合金组件包括转轴和永磁合金；所述永磁合金固定连接于所述转轴的底端；所述转轴贯通所述外壳的顶端并伸入至所述内壳内，所述转轴通过所述双轴承组件与所述外壳转动连接。

在一种可能的实现方式中，所述双轴承组件包括上轴承和下轴承，所述上轴承、所述下轴承嵌装于所述外壳的顶端，所述转轴通过所述上轴承、所述下轴承与所述外壳的顶端轴接。

在一种可能的实现方式中，所述底座组件包括底座、印刷线路板、双路磁敏式传感器以及信号处理电路；所述双路磁敏式传感器和所述信号处理电路均设置于所述印刷线路板的顶面，所述印刷线路板固定连接于所述底座的顶端，且伸入至所述内壳内部，所述底座的侧面固定连接在所述外壳的底端内壁。

在一种可能的实现方式中，所述上轴承的两侧和所述下轴承的两侧均设置有卡簧，所述卡簧卡接在所述转轴外侧。

在一种可能的实现方式中，所述底座组件还包括有多个外引脚，多个所述外引脚贯通所述底座并焊接在所述印刷线路板的底面。

在一种可能的实现方式中，所述永磁合金与所述双路磁敏式传感器上下对应设置，所述永磁合金与所述双路磁敏式传感器之间存在间隙。

在一种可能的实现方式中，所述外壳的顶端固定连接有法兰，所述法兰上环形阵列贯通有多个槽形口。

在一种可能的实现方式中，所述内壳的外壁紧贴所述外壳的内壁，所述外壳的材质为铝，所述内壳的材质为薄膜合金，所述上轴承、所述下轴承均为陶瓷轴承。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请通过设置外壳和内壳，并将永磁合金组件和底座组件均伸入到内壳内部，不仅可以对外部干扰磁场起到屏磁的作用，而且可以有效对永磁合金产生的内磁场进行聚磁的作用，通过设置双轴承组件，将双轴承组件与永磁合金组件转动连接，避免转轴长期转动之后出现沿径向的偏动，进而有效减小转轴与轴承之间的摩擦力，提高了整个传感器系统的精度，又避免了整个旋转系统对于永磁合金产生的磁场起到干扰的可能，整体结构简单，有效解决了现有技术中角位移传感器存在体积、重量较大和结构复杂的缺点，同时有效解决了转轴无法长期有效稳定地转动，无法有效对永磁合金产生的内磁场进行聚磁的作用，进而最终实现了有效提高整个传感器系统测量精度的目的。

附图说明

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

图1为本申请实施例提供的高精度角位移传感器的主视图；

图2为图1中的俯视图；

图3为图2中A-A方向的剖视图；

图4为本申请实施例提供的上轴承、下轴承另外一种安装方式的剖视图；

图5为本申请实施例提供的底座的俯视图。

附图标记：1-外壳；11-法兰；111-槽形口；12-支撑板；2-内壳；3-永磁合金组件；31-转轴；32-永磁合金；4-底座组件；41-底座；42-印刷线路板；43-双路磁敏式传感器；44-外引脚；5-双轴承组件；51-上轴承；52-下轴承；6-卡簧。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

参照图1-3，本申请实施例提供的一种高精度角位移传感器，包括外壳1、内壳2、永磁合金组件3以及底座组件4；外壳1顶端设置有双轴承组件5，永磁合金组件3贯通外壳1的顶端并伸入至内壳2内，永磁合金组件3通过双轴承组件5与外壳1转动连接；内壳2设置在外壳1内，且内壳2外壁紧贴外壳1内壁，外壳1的底端和内壳2的底端均相通；底座组件4设置于外壳1的底端，底座组件4的顶端伸入至内壳2内，且与永磁合金组件3之间存在间隙，本申请实施例通过外壳1将整体结构与外界隔离，通过将永磁合金组件3和底座组件4设置在内壳2内，实现不仅可以对外部干扰磁场起到屏磁的作用，而且可以有效对永磁合金32产生的内磁场进行聚磁的作用。

参照图3，永磁合金组件3包括转轴31、永磁合金32；永磁合金32固定连接于转轴31的底端；转轴31贯通外壳1的顶端并伸入至内壳2内，转轴31通过双轴承组件5与外壳1转动连接，永磁合金32伸入至内壳2内部，通过转轴31的转动带动永磁合金32同步转动。

参照图3，双轴承组件5包括上轴承51、下轴承52，上轴承51、下轴承52嵌装在外壳1的顶端，转轴31通过上轴承51、下轴承52与外壳1的顶端轴接，本申请实施例采用双轴承的设计，避免转轴31长期转动之后出现沿径向的偏动，进而有效减小转轴31与轴承之间的摩擦力，实现了转轴31长期有效稳定地转动，提高了整个传感器系统的精度，又避免了整个旋转系统对于永磁合金32产生的磁场起到干扰的可能。

参照图3、5，底座组件4包括底座41、印刷线路板42、双路磁敏式传感器43以及信号处理电路；双路磁敏式传感器43、信号处理电路均设置于印刷线路板42的顶面，印刷线路板42固定连接于底座41的顶端，且伸入至内壳2内部，底座41的侧面固定连接在外壳1的底端内壁，本申请实施例中采用一体化结构设计，永磁合金32和磁敏式传感器不再分置，将与转轴31连接的永磁合金32、磁敏式传感器和信号处理电路置于同一壳体内，实现其机械部分与电路部分有机结合，印刷线路板42和永磁合金32均在内壳2中，且印刷线路板42焊接在底座41上，底座41与外壳1激光焊一体，另外信号处理电路中选用高精度元器件，还包括采用高精度的角度测量装置，具体采用高精度、低漂移、耐高温仪表运算放大器，使磁敏式传感器的微弱模拟信号充分放大，保证了输出信号的精度要求，使其测量精度、线性度、寿命与抗干扰能力相比之前的角位移传感器得到提高，本申请实施例采用差分式的信号处理电路的设计，提供了差分信号输出，提高了传感器信号精度。经测试，具有平均角度测量误差小于0.05°，线性度小于0.5％的特点。

参照图3，上轴承51的两侧、下轴承52的两侧均设置有卡簧6，卡簧6卡接在转轴31外侧，通过卡簧6将上轴承51、下轴承52轴向固定，保证转轴31转动的稳定性。

参照图3、5，底座组件4还包括有多个外引脚44，多个外引脚44贯通底座41并焊接在印刷线路板42的底面，本申请实施例外引脚44为直插式引脚，保证了不再需要多余的连接线，保证了磁敏式角位移传感器小体积、重量轻、使用简单的要求，整体重量≤40g。

参照图3，永磁合金32与双路磁敏式传感器43上下对应设置，永磁合金32与双路磁敏式传感器43之间存在间隙，本申请实施例双路磁敏式传感器43的设计中将两个磁敏式传感器沿永磁合金32轴心线对称设置，并保证永磁合金32向下的投影面积不小于双路磁敏式传感器43的面积。

参照图1-2，外壳1的顶端固定连接有法兰11，法兰11上环形阵列贯通有多个槽形口111，槽形口111的设计在实际安装时更加方便灵活。

参照图3，外壳1的材质为铝，内壳2的材质为薄膜合金，上轴承51、下轴承52均为陶瓷轴承。

本申请实施例提供的一种高精度角位移传感器的工作原理：

现场安装时将法兰11对准接口，将螺栓通过槽形口111进行固定，同时将转轴31与待测量装置固定连接在一起，处于下方的直插式外引脚44直接插入匹配的插孔中实现对印刷线路板42的快速通电，之后通过待测量装置驱动转轴31转动，转轴31通过上轴承51、下轴承52实现长期有效稳定的转动，进而带动永磁合金32同步转动，通过永磁合金32与双磁敏式传感器的上下对应设置，进而准确测出带测量装置的角位移。

参照图4，本申请实施例中上轴承51、下轴承52的另外一种安装方式，下轴承52的安装可以根据转轴31的长度以及外壳1的空间，选择性安装在外壳1内部，即外壳1内固定连接有支撑板12，支撑板12处于内壳2顶端的外部，下轴承52嵌装在支撑板12内，转轴31贯通支撑板12并与下轴承52轴接，此种设计适合于转轴31较长的情况，此种设计中上轴承51依旧嵌装在外壳1顶端，此时，通过上轴承51、下轴承52可以对较长的转轴31的两端起到稳定支撑，进一步保证转轴31长期有效稳定的转动。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种高精度角位移传感器，其特征在于，包括外壳(1)、内壳(2)、永磁合金组件(3)、底座组件(4)以及双轴承组件(5)；

所述双轴承组件(5)设置于所述外壳(1)的顶端，所述永磁合金组件(3)贯通所述外壳(1)的顶端并伸入至所述内壳(2)内，所述永磁合金组件(3)通过所述双轴承组件(5)与所述外壳(1)转动连接；

所述内壳(2)设置在所述外壳(1)内，所述外壳(1)的底端和所述内壳(2)的底端均相通；

所述底座组件(4)设置于所述外壳(1)的底端，所述底座组件(4)的顶端伸入至所述内壳(2)内，且与所述永磁合金组件(3)之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述永磁合金组件(3)包括转轴(31)和永磁合金(32)；

所述永磁合金(32)固定连接于所述转轴(31)的底端；

所述转轴(31)贯通所述外壳(1)的顶端并伸入至所述内壳(2)内，所述转轴(31)通过所述双轴承组件(5)与所述外壳(1)转动连接。

3.根据权利要求2所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述双轴承组件(5)包括上轴承(51)和下轴承(52)；

所述上轴承(51)、所述下轴承(52)嵌装于所述外壳(1)的顶端，所述转轴(31)通过所述上轴承(51)、所述下轴承(52)与所述外壳(1)的顶端轴接。

4.根据权利要求2所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述底座组件(4)包括底座(41)、印刷线路板(42)、双路磁敏式传感器(43)以及信号处理电路；

所述双路磁敏式传感器(43)和所述信号处理电路均设置于所述印刷线路板(42)的顶面，所述印刷线路板(42)固定连接于所述底座(41)的顶端，且伸入至所述内壳(2)内部，所述底座(41)的侧面固定连接在所述外壳(1)的底端内壁。

5.根据权利要求3所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述上轴承(51)的两侧和所述下轴承(52)的两侧均设置有卡簧(6)，所述卡簧(6)卡接在所述转轴(31)外侧。

6.根据权利要求4所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述底座组件(4)还包括有多个外引脚(44)，多个所述外引脚(44)贯通所述底座(41)并焊接在所述印刷线路板(42)的底面。

7.根据权利要求4所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述永磁合金(32)与所述双路磁敏式传感器(43)上下对应设置，所述永磁合金(32)与所述双路磁敏式传感器(43)之间存在间隙。

8.根据权利要求1所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述外壳(1)的顶端固定连接有法兰(11)，所述法兰(11)上环形阵列贯通有多个槽形口(111)。

9.根据权利要求3所述的高精度角位移传感器，其特征在于，所述内壳(2)的外壁紧贴所述外壳(1)的内壁，所述外壳(1)的材质为铝，所述内壳(2)的材质为薄膜合金，所述上轴承(51)和所述下轴承(52)均为陶瓷轴承。

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