CN220398459U - 一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备，包括：金属外壳和传感器组件，金属外壳具有封闭的一端，封闭的一端端面配置为感应面，金属外壳的外缘设置有第一台阶部和第二台阶部，第一台阶部上与感应面平行的面配置为密封面，第二台阶部上与感应面平行的面配置为定位面，传感器组件配置在金属外壳封闭的一端内，传感器组件包括一个罐型磁芯及缠绕在罐型磁芯上的线圈，罐型磁芯的开口部朝向感应面设置，罐型磁芯的外缘与所述金属外壳封闭的一端的内壁相接触。无需调整距离，安装方便，通用性较高；简化了位移传感器的内部构造，避免了多种材料组合在外壳内会出现共振或破损的问题，降低了生产成本。

Description

一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备

技术领域

本实用涉及了磁悬浮设备技术领域，具体的是一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备。

背景技术

位移传感器用于许多技术领域的测量工作，监控设备和器件或者用于工艺自动化。通常，传感器分为简单的开关传感器和连续距离传感器。第一种传感器也被称为接近开关，因为当金属物体靠近到一定距离时，他们会产生开关信号。然而，当物体接近时，第二种传感器传递与距离相关的信号，因此，这类传感器被用于测量距离和位置。

位移传感器是将被测量转换为线圈的自感或互感的变化来测量的装置。位移传感器必不可少地至少包括交流电源供电的线圈。当金属物体接近这个线圈时，产生两种基本效应。在金属中感应出涡流，该涡流阻碍原始励磁电流（楞次定律）并且在线圈中产生一个内部反馈。该效应主要发生在导电性良好的材料制造的物体中，不管它们是不是铁磁体。如果是铁磁体还发生另一个效应。当铁磁材料制造的物体接近线圈时，线圈的电感量变化，该变化也能用于检测所述的物体。

在半导体制造中，晶圆表面的洁净度会影响后续半导体工艺及产品的合格率，为了达到超洁净的需要，硅或其他半导体材料的晶圆必须在受控的超清洁气氛中处理，通常采用真空腔体进行一系列的处理工艺，如快速热处理工艺 (RTP) 进行退火处理等。再一方面，晶圆的处理均匀性很重要,为了产生均匀性,通常在处理晶圆时要围绕晶圆中心的垂直轴或z轴旋转晶圆。旋转还用于其他晶圆处理,例如化学气相沉积、热处理、离子注入掺杂和其他技术掺杂。为了满足半导体工艺制造中超洁净和处理均匀性等的严苛要求，半导体热处理设备最佳采用无接触旋转驱动的磁悬浮装置，磁悬浮装置包括磁悬浮定子，磁悬浮定子用于产生磁场以驱动磁悬浮转子旋转和悬浮，磁悬浮转子借由支撑柱及承载盘带动晶圆在封闭的腔体内旋转。由于磁悬浮装置所处的环境的真空环境，位移传感器也处于真空环境。通常位移传感器使用铁磁体磁芯，以便增加线圈的电感量。此外，线圈的电磁场可以被引导穿过磁芯，从而产生更大的测量和开关距离。因此，按照常规的位移传感器设计，外壳外缘具有紧配的螺纹。一方面，通过螺纹将位移传感器固定在支撑件上，但由于螺纹与支撑件的连接部分不可避免地存在间隙，影响真空腔体的密封性，进而影响晶圆的处理效果。另一方面，通过螺纹将位移传感器固定在支撑件上并调节与被测物之间的距离，然后再锁紧位移传感器，该种位移传感器的结构及定位方式在使用时每个位移传感器均需进行位置调整，操作较麻烦。

且位移传感器在制造过程中必须把用不同材料制成的多个元件组装起来。这里，不锈钢、铁氧体、铜线等材料，以及电子电路板必须互相结合并牢固固定在位移传感器外壳内。一方面，这些不同的元件通常通过一种浇注材料注塑到壳体中。尤其是在恶劣环境条件下，例如，污垢、粉尘、腐蚀介质、高压或真空、高低温、撞击应力或振动等，很难持久地密封传感器并保护其不受这些环境条件影响。在温度变化的情况下，还必须考虑这些材料的膨胀系数差异，可能会导致各个元件互相之间产生高的张力和相对运动，产生虚假的测量值和/或开关距离。变化的温度甚至可以使连接体断裂。在撞击应力或振动状态下，这些不同的材料可能会产生共振或破损。尤其是会危及线圈的焊盘和/或连接体。线圈的铁氧体磁芯也可能会破裂。由于这种结合不同材料的多部件设计存在许多有问题的区域，这些区域特别容易在恶劣环境下破裂，或者在其他方面失效。另一方面，由于位移传感器自身体积较小，将电子电路板集成在位移传感器内部，这对电子电路板的加工工艺要求非常高，且位移传感器内部结构较复杂，使得位移传感器的生产制造工艺也较为复杂，制造费用高。

实用新型内容

为了克服现有技术中的缺陷，本实用实施例提供了一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备，其用于解决以上问题中的至少一种。

本申请实施例公开了一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备，该位移传感器的金属外壳具有密封面和定位面，代替了传统外螺纹的外壳，提高了位移传感器的密封性能，尤其适应于半导体制程中的真空腔体内；且定位面的尺寸已预先设计好，位移传感器在定位时只需将密封面和定位面与预设位置相抵接，便可限定位移传感器的传感器组件与被测物之间的检测距离，该距离便是预先设计好的参考值误差允许范围内的值，避免了传统外螺纹的外壳在安装时需要调整与被测物之间距离，定位较麻烦的问题。本申请中的金属外壳具有良好的密封性能，通过密封面便可实现完全密封；且无需调整距离，只需将定位面固定好即可，安装方便，通用性较高；且外壳内只放置了一个传感器组件，无电子电路板，电信号的调节盒处理无需再位移传感器内部进行，简化了位移传感器的内部构造，避免了多种材料组合在外壳内会出现共振或破损的问题，且简化了位移传感器的生产制造工艺，降低了生产成本。

其中，本申请所述的位移传感器，包括：金属外壳和传感器组件，所述金属外壳具有封闭的一端，所述封闭的一端端面配置为感应面，所述金属外壳的外缘依次设置有第一台阶部和第二台阶部，所述第一台阶部上与所述感应面平行的面配置为密封面，所述第二台阶部上与所述感应面平行的面配置为定位面，所述感应面、所述密封面、所述定位面的外径依次增大，所述传感器组件配置在所述金属外壳封闭的一端内，所述传感器组件包括一个罐型磁芯及缠绕在所述罐型磁芯上的线圈，所述罐型磁芯的开口部朝向所述感应面设置，所述罐型磁芯的外缘与所述金属外壳封闭的一端的内壁相接触。

进一步的，所述第一台阶部上设有套设在所述金属外壳外缘的O型密封圈，所述O型密封圈在轴向方向上与所述密封面相接触，在径向方向上与所述金属外壳外壁相接触。

进一步的，所述第二台阶部上相对设有一个沿轴向延伸的螺纹间隙孔，每个所述螺纹间隙孔内对应穿设一个紧固件，以固定所述位移传感器。

进一步的，所述罐型磁芯包括磁芯基体、设置在所述磁芯基体内的一个磁芯柱，所述磁芯基体包括底座及设置在所述底座外缘上的环形侧壁，所述磁芯柱位于所述磁芯基体的中部，所述磁芯柱的外缘对应缠绕所述线圈。

进一步的，所述磁芯基体的环形侧壁上开设有至少一个第一凹槽，所述第一凹槽配置为线圈引线口；或，

所述磁芯基体的环形侧壁为封闭圆环，所述磁芯基体的底座设有至少一个出线孔，所述出线孔配置为线圈引线口；或，

所述磁芯柱中部设有沿轴向延伸的通孔（1207），所述通孔配置为线圈引线口。

进一步的，所述磁芯基体为一体成型或至少一个第一磁芯块与至少一个第二磁芯块拼接，所述磁芯柱为一体成型或多个第三磁芯块拼接，所述磁芯基体与所述磁芯柱一体成型或分别成型后连接。

进一步的，还包括设置在所述金属外壳内的定位件，所述定位件与所述磁芯基体的底部相抵接，所述定位件的材质为非磁性材料。

进一步的，所述磁芯柱中部设有沿轴向延伸的通孔，所述定位件自顶部依次设有外径逐渐增大且同轴线的第一定位部、第二定位部及第三定位部，所述第一定位部的轴向高度小于所述通孔的轴向高度，所述第一定位部嵌设在所述通孔内，以使所述第二定位部的顶端面与所述罐型磁芯的底部相抵接，所述第三定位部的顶端面与所述第一台阶部的底部相抵接，以沿轴向固定所述罐型磁芯。

进一步的，所述第二定位部的外缘设有至少一个第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第二定位部，所述第三定位部内设有至少一个第三凹槽，所述第三凹槽贯穿所述第三定位部，所述第二凹槽与所述第三凹槽相贯通，所述第二凹槽与所述第三凹槽配置为线圈引线口。

进一步的，还包括设置在所述金属外壳内的PCB转接板，所述PCB转接板位于所述定位件底部并与其固定连接，所述线圈自线圈引线口引出并与所述PCB转接板电连接，所述PCB转接板通过引出线将所述位移传感器检测的电信号输出。

进一步的，所述金属外壳远离所述传感器组件的一端具有开口，当所述传感器组件、所述定位件、所述PCB转接板安装好后，自所述开口向所述金属外壳内灌封环氧树脂以对所述位移传感器进行密封。

进一步的，所述金属外壳的材质为低导磁率金属，所述低导磁率金属为钛合金、不锈钢、全铜或全铝。

本申请还公开了一种位移传感器系统，包括上述的多个位移传感器及与所述位移传感器电连接的信号调节盒，所述位移传感器上穿出有线缆。

进一步的，所述信号调节盒顶部配置有多个传感器接口，每个所述位移传感器的线缆与所述传感器接口一一电连接，所述信号调节盒配置为对所述位移传感器输出的电信号进行调节处理。

本申请还公开了一种磁悬浮设备，包括磁悬浮电机，所述磁悬浮电机包括磁悬浮定子和磁悬浮转子，所述磁悬浮定子产生磁场以驱动所述磁悬浮转子旋转和悬浮，所述磁悬浮设备还包括上述的位移传感器系统。

进一步的，所述磁悬浮转子为环形转子，所述磁悬浮定子围绕所述磁悬浮转子设置，所述磁悬浮定子与所述磁悬浮转子之间配置有腔体，所述腔体上设有所述位移传感器的安装孔，所述安装孔配置为与所述位移传感器的外壳相匹配，所述密封面与所述安装孔内部相抵接，所述定位面与所述安装孔的外壁相抵接，通过紧固件将所述位移传感器固定在所述腔体上。

进一步的，所述磁悬浮设备还包括控制器，所述信号调节盒上配置有至少一个控制器接口，所述控制器通过所述控制器接口与所述信号调节盒电连接，所述信号调节盒将处理后的电信号传输至所述控制器。

本实用的有益效果如下：

1、该位移传感器的金属外壳具有密封面和定位面，代替了传统外螺纹的外壳，提高了位移传感器的密封性能，尤其适应于半导体制程中的真空腔体内；且定位面的尺寸已预先设计好，位移传感器在定位时只需将密封面和定位面与预设位置相抵接，便可限定位移传感器的传感器组件与被测物之间的检测距离，该距离便是预先设计好的参考值误差允许范围内的值，避免了传统外螺纹的外壳在安装时需要调整与被测物之间距离，定位较麻烦的问题。本申请中的金属外壳具有良好的密封性能，通过密封面便可实现完全密封；且无需调整距离，只需将定位面固定好即可，安装方便，通用性较高；且外壳内只放置了一个传感器组件，无电子电路板，电信号的调节盒处理无需再位移传感器内部进行，简化了位移传感器的内部构造，避免了多种材料组合在外壳内会出现共振或破损的问题，且简化了位移传感器的生产制造工艺，降低了生产成本。

2、通过设置PCB转接板使得线圈引线与线缆均电连接至PCB转接板上便可实现电信号的传输，避免了将线圈引线拉至金属外壳外部与线缆连接在一起再放入金属外壳内，连接较为方便。

为让本实用的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是本实用的一些实施例，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是现有技术中电感式接近开关的结构示意图；

图2是本实用实施例中位移传感器的结构示意图；

图3是本实用实施例中位移传感器一种实施例的剖面示意图；

图4是本实用实施例中位移传感器的左视图；

图5是实用实施例中位移传感器另一种实施例的剖面示意图；

图6是本实用实施例中定位件的结构示意图；

图7是本实用实施例中定位件的俯视图；

图8是本实用实施例中传感器组件的结构示意图；

图9是本实用实施例中磁芯基体一种实施例的结构示意图；

图10是本实用实施例中磁芯基体另一种实施例的结构示意图；

图11是本实用实施例中磁芯基体的线圈引线孔设置在底部的结构示意图；

图12是本实用实施例中传感器组件的主视图；

图13是图12中沿B-B处的剖面示意图；

图14是本实用实施例中腔体上设置位移传感器的剖面示意图；

图15是图14中C处的放大示意图；

图16是本实用实施例中磁悬浮电机与位移传感器装配的结构示意图；

图17是本实用实施例中磁悬浮设备的结构示意图。

以上附图的附图标记：10、位移传感器；11、金属外壳；110、感应面；111、第一台阶部；1110、密封面；1111、O型密封圈；112、第二台阶部；1120、定位面；1121、螺纹间隙孔；113、开口；

12、传感器组件；120、罐型磁芯；1200、磁芯基体；1201、磁芯柱；1202、第一凹槽；1203、出线孔；1204、第一磁芯块；1205、第二磁芯块；1206、第三磁芯块；1207、通孔；121、线圈；

13、定位件；130、第一定位部；131、第二定位部；1310、第二凹槽；132、第三定位部；1320、第三凹槽；

14、PCB转接板；15、线缆；16、信号调节盒；160、传感器接口；17、磁悬浮定子；18、磁悬浮转子；19、腔体；190、安装孔；20、控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用实施例中的附图，对本实用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实用一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用中的实施例，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，都属于本实用保护的范围。

在本实用的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“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的限制。本实用的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“设有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本公开中的附图并不是严格按实际比例绘制，各个结构的具体地尺寸和数量可根据实际需要进行确定。本公开中所描述的附图仅是示意图。

如图1，现有技术中的位移传感器，外壳外缘具有紧配的螺纹，通过螺纹将位移传感器固定在支撑件上，外螺纹与支撑件之间不可避免的存在间隙，密封效果较差，不适应于半导体制程中的真空腔体环境；其次通过螺纹将位移传感器固定在支撑件上并调节与被测物之间的距离，然后再锁紧位移传感器，该种位移传感器的结构及定位方式在使用时每个位移传感器均需进行位置调整，操作较麻烦；且位移传感器在制造过程中必须把用不同材料制成的多个元件组装起来。这里，不锈钢、铁氧体、铜线等材料，以及电子电路板必须互相结合并牢固固定在位移传感器外壳内。一方面，这些不同的元件通常通过一种浇注材料注塑到壳体中。尤其是在恶劣环境条件下，例如，污垢、粉尘、腐蚀介质、高压或真空、高低温、撞击应力或振动等，很难持久地密封传感器并保护其不受这些环境条件影响。在温度变化的情况下，还必须考虑这些材料的膨胀系数差异，可能会导致各个元件互相之间产生高的张力和相对运动，产生虚假的测量值和/或开关距离。变化的温度甚至可以使连接体断裂。在撞击应力或振动状态下，这些不同的材料可能会产生共振或破损。尤其是会危及线圈的焊盘和/或连接体。线圈的铁氧体磁芯也可能会破裂。由于这种结合不同材料的多部件设计存在许多有问题的区域，这些区域特别容易在恶劣环境下破裂，或者在其他方面失效。另一方面，由于位移传感器自身体积较小，将电子电路板集成在位移传感器内部，这对电子电路板的加工工艺要求非常高，且位移传感器内部结构较复杂，使得位移传感器的生产制造工艺也较为复杂，制造费用高 。

为了解决上述问题，本实用提供了一种位移传感器、位移传感器系统及磁悬浮设备，该位移传感器的金属外壳具有密封面和定位面，代替了传统外螺纹的外壳，提高了位移传感器的密封性能，尤其适应于半导体制程中的真空腔体内；且定位面的尺寸已预先设计好，位移传感器在定位时只需将密封面和定位面与预设位置相抵接，便可限定位移传感器的传感器组件与被测物之间的检测距离，该距离便是预先设计好的参考值误差允许范围内的值，避免了传统外螺纹的外壳在安装时需要调整与被测物之间距离，定位较麻烦的问题。本申请中的金属外壳具有良好的密封性能，通过密封面便可实现完全密封；且无需调整距离，只需将定位面固定好即可，安装方便，通用性较高；且外壳内只放置了一个传感器组件，无电子电路板，电信号的调节盒处理无需再位移传感器内部进行，简化了位移传感器的内部构造，避免了多种材料组合在外壳内会出现共振或破损的问题，且简化了位移传感器的生产制造工艺，降低了生产成本。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用方案，下面参考附图2-16和具体实施方式对本实用作进一步的详细说明。

图1是现有技术中电感式接近开关的结构示意图；图2是本实用实施例中位移传感器的结构示意图；图3是本实用实施例中位移传感器一种实施例的剖面示意图；图4是本实用实施例中位移传感器的左视图；图5是实用实施例中位移传感器另一种实施例的剖面示意图；图6是本实用实施例中定位件的结构示意图；图7是本实用实施例中定位件的俯视图；图8是本实用实施例中传感器组件的结构示意图；图9是本实用实施例中磁芯基体一种实施例的结构示意图；图10是本实用实施例中磁芯基体另一种实施例的结构示意图；图11是本实用实施例中磁芯基体的线圈引线孔设置在底部的结构示意图；图12是本实用实施例中传感器组件的主视图；图13是图12中沿B-B处的剖面示意图；图14是本实用实施例中腔体上设置位移传感器的剖面示意图；图15是图14中C处的放大示意图；图16是本实用实施例中磁悬浮电机与位移传感器装配的结构示意图；图17是本实用实施例中磁悬浮设备的结构示意图。

根据本实用实施例，本实用提出了一种位移传感器, 用于测量金属物体的距离和位置，包括：金属外壳11和传感器组件12，金属外壳11具有封闭的一端，封闭的一端使得位移传感器内部能够保持较好的洁净度，避免金属外壳内部的传感器组件受到污染，影响检测精度。封闭的一端端面配置为感应面110，金属外壳11的外缘依次设置有第一台阶部111和第二台阶部112，第一台阶部111上与感应面110平行的面配置为密封面1110，第二台阶部112上与感应面110平行的面配置为定位面1120，感应面110、密封面1110、定位面1120的外径依次增大，传感器组件12配置在金属外壳11封闭的一端内，传感器组件12包括一个罐型磁芯120及缠绕在罐型磁芯120上的线圈121，罐型磁芯120的开口113部朝向感应面110设置，所述罐型磁芯120的外缘与所述金属外壳11封闭的一端的内壁相接触。

具体的，在本实施例中，参考图2和图3，位移传感器10包括：金属外壳11和传感器组件12。金属外壳11为半封闭壳体。金属外壳11具有封闭的一端。封闭的一端端面配置为感应面110。金属外壳11的外缘自感应面110起依次设置有第一台阶部111和第二台阶部112。第一台阶部111的外径小于第二台阶部112的外径。第一台阶部111上与感应面110平行的面配置为密封面1110，密封面1110起到密封作用。第二台阶部112上与感应面110平行的面配置为定位面1120，定位面1120用于将位移传感器10进行固定。感应面110、密封面1110、定位面1120的外径依次增大。传感器组件12配置在金属外壳11封闭的一端内。传感器组件12包括一个罐型磁芯120及缠绕在罐型磁芯120上的线圈121。罐型磁芯120沿轴向方向的一端为开口部，另一端为密封部。罐型磁芯120的开口部朝向感应面110设置，以使线圈121朝向感应面110，从而使线圈121与被测物之间能够形成闭合的磁回路，检测被测物与感应面110之间的距离信号和位置信号。罐型磁芯120在轴向方向上与感应面110内壁相接触，在径向方向上与金属外壳11内壁相接触，从而实现在两个方向上的定位，限定罐型磁芯120在金属外壳11内的位置，保证检测精度。本申请中的金属外壳11无需调整距离，只需将密封面1110与定位面1120固定好即可，安装方便，通用性较高；且外壳内只放置了一个传感器组件12，无电子电路板，电信号的调节盒处理无需再位移传感器10内部进行，简化了位移传感器10的内部构造，避免了多种材料组合在外壳内会出现共振或破损的问题，且简化了位移传感器10的生产制造工艺，降低了生产成本。

具体的，在本实施例中，参见图2，第一台阶部111上设有套设在金属外壳11外缘的O型密封圈1111，但不局限于此，与O型密封圈1111作用相同的其他密封件也可用于此。O型密封圈1111在轴向方向上与密封面1110相接触，在径向方向上与金属外壳11外壁相接触，以保证位移传感器10与其安装面之间的密封性，避免位移传感器10的检测精度受到影响。

具体的，在本实施例中，第二台阶部112上相对设有一个沿轴向延伸的螺纹间隙孔1121。每个螺纹间隙孔1121内对应穿设一个紧固件，以将位移传感器10通过定位面1120固定在安装面上，保证位移传感器10在使用过程中位置不会发生改变，且该定位面1120至被测物检测面之间的轴向距离是预设值，通过将定位面1120定位好，位移传感器10至被测物之间的检测距离便已固定，该距离便是预先设计好的参考值误差允许范围内的值，避免了传统外螺纹的外壳在安装时需要调整与被测物之间距离，定位较麻烦的问题。

具体的，在本实施例中，参见图5、图8、图12和图13，罐型磁芯120包括磁芯基体1200、设置在磁芯基体1200内的一个磁芯柱1201。磁芯基体1200和磁芯柱1201均为导磁材质，如铁氧体。磁芯基体1200包括底座及设置在底座外缘上的环形侧壁，即磁芯基体1200呈一端具有开口113，一端为封闭体。磁芯柱1201位于磁芯基体1200的中部。磁芯柱1201的外缘对应缠绕线圈121。磁芯柱1201的高度小于或等于磁芯基体1200的高度。当磁芯柱1201的高度小于磁芯基体1200的高度时，罐型磁芯120放置在金属外壳11内通过磁芯基体1200与外壳感应面的内壁相抵接，以实现罐型磁芯120的轴向定位，此时，磁芯柱1201与外壳感应面之间具有间隙。当磁芯柱1201的高度等于磁芯基体1200的高度时，罐型磁芯120放置在金属外壳11内时，磁芯基体1200与磁芯柱1201同时外壳感应面的内壁相抵接，以实现罐型磁芯120的轴向定位。

需要说明的是，磁芯柱1201的个数不做限定。上述实施例中记载磁芯柱1201的个数为1个，且位于磁芯基体1200的中部，当然，磁芯柱1201的个数可以为2个、3个等，当检测面面积较大，需要检测的点位较多时，本领域技术人员根据实际需要和使用场景确定磁芯柱1201的个数，以保证检测效果和精度。

进一步的，参考图9，在一个实施例中，磁芯基体1200的环形侧壁上开设有至少一个第一凹槽1202。第一凹槽1202配置为线圈121引线口。本领域技术人员可根据实际需要确定第一凹槽1202的个数，第一凹槽1202的个数可以为1个、2个。当第一凹槽1202的个数为1个时，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口均自一个第一凹槽1202内穿过，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口引出线方向相同。当第一凹槽1202的个数为2个时，线圈121内侧的引线口自一个第一凹槽1202内穿过，外侧的引线口自另一个第一凹槽1202内穿过，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口引出线方向相反。

在另一个实施例中，参考图10和图11，磁芯基体1200的环形侧壁为封闭圆环。磁芯基体1200的底座设有至少一个出线孔1203，出线孔1203配置为线圈121引线口。本领域技术人员可根据实际需要确定出线孔1203的个数，出线孔1203的个数可以为1个、2个。当出线孔1203的个数为1个时，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口均自一个出线孔1203内穿过，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口引出线方向相同。当出线孔1203的个数为2个时，线圈121内侧的引线口自一个出线孔1203内穿过，外侧的引线口自另一个出线孔1203内穿过，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口引出线方向相反。

在另一个实施例中，磁芯柱中部设有沿轴向延伸的通孔1207，通孔配置为线圈引线口，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口均自通孔1207内穿出。

需要说明的是，线圈121内侧的引线口和外侧的引线口引出线方向相同或相反是本领域技术人员根据实际需求及位移传感器10内部构造及空间设置，对位移传感器10自身检测精度及效果基本无影响。

具体的，在本实施例中，参考图8和图9，磁芯基体1200可以为一体成型。或者，磁芯基体1200包括至少一个第一磁芯块1204与至少一个第二磁芯块1205，至少一个第一磁芯块1204与至少一个第二磁芯块1205拼接在一起以构成磁芯基体1200。其中，第一磁芯块1204上具有线圈引线口，第二磁芯块1205上不具有线圈引线口。磁芯柱1201可以为一体成型。或者，磁芯柱1201包括多个第三磁芯块1206，多个第三磁芯块1206拼接在一起以构成磁芯柱1201。进一步的，磁芯基体1200与磁芯柱1201可以为一体成型。或者，磁芯基体1200与磁芯柱1201分别成型后再连接在一起。一体成型相较于拼接成型加工工艺更加简单，生产成本较低，因此优选一体成型方式加工磁芯基体1200和磁芯柱1201。

具体的，在本实施例中，参考图5和图6，位移传感器10还包括设置在金属外壳11内的定位件13。定位件13的外部结构与尺寸与金属外壳11的内部结构和尺寸相匹配。定位件13与磁芯基体1200的底部相抵接，以对传感器组件12进行定位。定位件13需避免影响传感器组件12的磁场，因此定位件13的材质需为非磁性材料。非磁性材料可以为非金属或者工程塑料，具体可以为铝、陶瓷等，包括但不局限于此。

进一步的，磁芯柱1201中部设有沿轴向延伸的通孔1207。定位件13自顶部依次设有外径逐渐增大且同轴线的第一定位部130、第二定位部131及第三定位部132。第一定位部130的轴向高度小于通孔1207的轴向高度。第一定位部130嵌设在通孔1207内，以使第二定位部131的顶端面与罐型磁芯120的底部相抵接，实现第一次定位。此时，第三定位部132的顶端面与第一台阶部111的底部相抵接，以沿轴向固定罐型磁芯120，实现第二次定位。在定位件13与外壳尺寸相匹配时，第一次定位于第二次定位是同时实现的。

此外，本领域技术人员也可在将传感器组件12与定位件13装入外壳内前，先将传感器组件12与定位件13组装在一起。现将第一定位部130插入磁芯柱1201的通孔1207内，直至第二定位部131的顶端面与磁芯基体1200的底部相抵接，便实现了传感器组件12与定位件13的装配。然后再将传感器组件12和定位件13装入金属外壳11内，直至第三定位部132顶端面与第一台阶部111的底部相抵接，便实现了传感器组件12与定位件13的定位。此时，磁芯基体1200与金属外壳11感应面110内壁之间有可能相接触，也有可能不接触，取决于第二定位部131相对于第三定位部132的高度。需要说明的是，磁芯基体1200与金属外壳11感应面110内壁之间是否有间隙对位移传感器10的检测精度和效果基本无影响，因此本领域技术人员可根据实际需求确定磁芯基体1200与金属外壳11感应面110内壁之间的间隙有无。

进一步的，第二定位部131的外缘设有至少一个第二凹槽1310。第二凹槽1310朝第二定位部131的中心延伸并贯穿第二定位部131。第二凹槽1310的形状大致呈椭圆形。第三定位部132与第二定位部131相连接的部分为通孔1207。第三定位部132自第二定位部131的外缘处设有至少一个第三凹槽1320。第三凹槽1320朝远离第三定位部132的中心方向延伸并贯穿第三定位部132。第二凹槽1310与第三凹槽1320相贯通，且俯视图呈椭圆形。或者，第三凹槽1320朝第三定位部132的中心方向延伸并贯穿第三定位部132。第二凹槽1310与第三凹槽1320相贯通，且俯视图呈半椭圆形。第二凹槽1310与第三凹槽1320配置为线圈121引线口，线圈121自磁芯基体1200上的线圈121引线口引出后穿设在第二凹槽1310和第三凹槽1320的线圈121引线口内，并自第三凹槽1320穿出。本实施例中对第二凹槽1310与第三凹槽1320的形状不做限定，本领域技术人员可根据实际需要确定合适的线圈121引线口形状，只需满足能作为线圈121引线口的功能即可。

需要说明的是，在金属外壳11内放置定位件13对传感器组件12进行定位，定位件13的机械强度相对于直接灌封环氧树脂机械强度更高，且可根据实际需求可选是否在磁芯基体1200与外壳感应面110之间预留间隙，便于控制，但定位件13的生产成本相较于环氧树脂较高。若不放置定位件13，可在传感器组件12放置在金属外壳11内预设位置后，直接灌封环氧树脂，以将传感器组件12定位住。本领域技术人员可根据实际需求和生产成本选择对传感器组件12的定位方式。

具体的，在本实施例中，参考图5，位移传感器10还包括设置在金属外壳11内的PCB转接板14。PCB转接板14只作为一个电路转接载体，而不具有对电信号进行调节处理的功能。PCB转接板14位于定位件13底部。PCB转接板14与定位件13通过紧固件固定连接。线圈121自磁芯基体1200的线圈121引线口引出至定位件13的第二凹槽1310与第三凹槽1320内，并自第三凹槽1320内引出至PCB转接板14，通过焊接在PCB转接板14一侧上与PCB转接板14电连接。PCB转接板14的另一侧焊接有线缆15，线缆15以将位移传感器10检测输出的电信号输出至外部调节处理电路板上，从而对电信号进行调节处理，以将模拟信号量转换成数字信号量。在本实施例中，设置PCB转接板14更方便于连接线圈121引出线与线缆15，直接在金属外壳11内将两者焊接在PCB转接板14上即可。若无PCB转接板14，需将线圈121引出线拉至金属外壳11外部与线缆15焊接在一起后，再放在金属外壳11内，该种接线方式相对于有PCB转接板14较为麻烦，但生产成本低。本领域技术人员可根据实际需求和生产成本确定是否在金属外壳11内放置PCB转接板14。

具体的，在本实施例中，金属外壳11远离传感器组件12的一端具有开口113。金属外壳11呈半封闭。金属外壳11的材质为低导磁率金属或不导磁率金属。低导磁率金属可以为钛合金、不锈钢、全铜或全铝，包括但不限于此。金属外壳11相对于现有非金属外壳11更具抗机械力、抗撞击能力强，不易被损坏。当传感器组件12、定位件13、PCB转接板14安装好后，自开口113向金属外壳11内灌封环氧树脂以对位移传感器10进行密封，从而将传感器组件12、定位件13、PCB转接板14的位置定位好。

本申请还公开了一种位移传感器系统，参考图16，包括上述的多个位移传感器10及与位移传感器10电连接的信号调节盒16。位移传感器10包括多个径向位移传感器和多个轴向位移传感器。径向位移传感器和轴向位移传感器的数量相同，且一个径向位移传感器与一个轴向位移传感器组成一组，配置在腔体19上预设位置。每个位移传感器10上穿出有线缆15。线缆15可配置为双绞屏蔽线。

进一步的，信号调节盒16顶部配置有多个传感器接口160。多个传感器接口160可以配置为公头或母头。传感器接口160包括多个轴向位移传感器接口160、多个径向位移传感器接口160。每个径向位移传感器的线缆15与径向位移传感器接口160一一电连接。每个轴向位移传感器的线缆15与轴向位移传感器接口160一一电连接。传感器接口160用于接收传感器单元输出的信号，并将信号传递至信号处理电路，在此阶段传输的信号为模拟信号。盒体的内部设有信号调理电路板。传感器接口160与信号调理电路板电连接。信号调理电路板上配置有轴向位移调节模块、径向位移调节模块。轴向位移调节模块与多个轴向位移传感器接口160对应连接，用于对轴向位移传感器接口160接收的轴向位移信号的模拟量进行调节处理，转换成数字信号。径向位移调节模块与多个径向位移传感器接口160对应连接，用于对径向位移传感器接口160接收的径向位移信号的模拟量进行调节处理，转换成数字信号。具体为：传感器接口160通过公头或母头与信号调理电路板上的母头或公头电连接。信号调节盒16配置为对位移传感器10输出的电信号进行调节处理。

本申请还公开了一种磁悬浮设备，参考图14、图15和图16，包括磁悬浮定子17和磁悬浮转子18。磁悬浮定子17产生磁场以驱动磁悬浮转子18旋转和悬浮。磁悬浮设备还包括上述的位移传感器10系统。进一步的，磁悬浮转子18为环形转子。磁悬浮定子17围绕磁悬浮转子18设置。或者，磁悬浮转子18围绕磁悬浮定子17设置。以下实施例均基于磁悬浮定子17围绕磁悬浮转子18设置的结构进行展开，在此结构下，磁悬浮定子17内嵌设有腔体19，以承载磁悬浮转子18。具体来说，腔体19呈圆环状。腔体19外侧壁配置有磁悬浮定子17，腔体19内部凹槽放置有磁悬浮转子18，磁悬浮转子18远离磁悬浮定子17的另一侧为腔体19内侧壁。腔体19的内侧壁下方沿周向间隔设有多个径向位移传感器安装孔190，每个径向位移传感器安装孔190对应安装一个径向位移传感器。腔体19的底部沿周向间隔设有多个轴向位移传感器安装孔190，每个轴向位移传感器安装孔190对应安装有轴向位移传感器。径向位移传感器安装孔190与轴向位移传感器安装孔190配置为与位移传感器10的外壳相匹配，即具有分别与第一台阶部111和第二台阶部112相匹配的两个台阶部。径向位移传感器的密封面1110通过O型密封圈1111与径向位移传感器安装孔190相对应的台阶部内壁相抵接，轴向位移传感器的密封面1110通过O型密封圈1111与轴向位移传感器安装孔190相对应的台阶部内壁相抵接，以保证径向位移传感器和轴向位移传感器与腔体19之间的密封性。径向位移传感器的定位面1120与径向位移传感器安装孔190相对应的台阶部外壁相抵接，并通过紧固件将径向位移传感器固定在腔体19侧壁上，径向位移传感器的感应面110与腔体19的内壁基本相平齐。轴向位移传感器的定位面1120与轴向位移传感器安装孔190相对应的台阶部外壁相抵接，并通过紧固件将轴向位移传感器固定在腔体19侧壁上，轴向位移传感器的感应面110与腔体19的底部端面基本相平齐。此外，对于轴向位移传感器，若磁悬浮转子18在腔体19内的悬浮高度距腔体19底部的轴向高度较高时，为了保证轴向位移传感器感应面110至磁悬浮转子18底部的距离处于轴向位移传感器的检测范围之内，保证轴向位移传感器的检测精度，轴向位移传感器的感应面110可配置为高于腔体19底部端面，即轴向位移传感器的传感器组件12部分位于腔体19内，这样便可缩小轴向位移传感器感应面110至磁悬浮转子18底部的距离，从而保证检测精度。径向位移传感器和轴向位移传感器的外壳可配置为标准件，即可根据腔体19的厚度预先设计好金属外壳11每个部分的长度，以使在将径向位移传感器和轴向位移传感器固定在腔体19上时，径向位移传感器和轴向位移传感器的感应面110与磁悬浮转子18之间的距离处于参考值误差允许范围内，而无需一点点调整径向位移传感器和轴向位移传感器在腔体19上的位置，使感应面110与磁悬浮转子18之间的距离在参考值误差允许范围内，相较于现有外螺纹的外壳，安装较为方便。

具体的，在本实施例中，参照图17，磁悬浮设备还包括控制器20。信号调节盒16上配置有至少一个控制器20接口。控制器20通过控制器20接口与信号调节盒16电连接。控制器20接口用于将信号调节盒16处理后的信号通过线缆传输至控制器20，即信号处理电路将接收的模拟信号转换成数字信号，并传输至控制器20接口，数字信号作为反馈量，磁悬浮设备的控制器20根据磁悬浮转子18的位置数据计算得到控制指令，并传输至功率放大器后，产生悬浮及旋转控制电流，提供相应方向和大小的主动悬浮力，实现磁悬浮转子18位置的实时、精确闭环控制。

本实用中应用了具体实施例对本实用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实用的技术方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用的思想，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实用的限制。

Claims (16)

1.一种位移传感器，用于测量金属物体的距离和位置，其特征在于，包括：金属外壳（11）和一个传感器组件（12），所述金属外壳具有封闭的一端，所述封闭的一端端面配置为感应面（110），所述金属外壳的外缘依次设置有第一台阶部（111）和第二台阶部（112），所述第一台阶部上与所述感应面平行的面配置为密封面（1110），所述第二台阶部上与所述感应面平行的面配置为定位面（1120），所述感应面、所述密封面、所述定位面的外径依次增大，所述传感器组件配置在所述金属外壳封闭的一端内，所述传感器组件包括一个罐型磁芯（120）及缠绕在所述罐型磁芯上的线圈（121），所述罐型磁芯的开口部朝向所述感应面设置，所述罐型磁芯的外缘与所述金属外壳封闭的一端的内壁相接触。

2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述第一台阶部上设有套设在所述金属外壳外缘的O型密封圈（1111），所述O型密封圈在轴向方向上与所述密封面相接触，在径向方向上与所述金属外壳外壁相接触。

3.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，所述第二台阶部上相对设有一个沿轴向延伸的螺纹间隙孔（1121），每个所述螺纹间隙孔内对应穿设一个紧固件，以固定所述位移传感器。

4.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述罐型磁芯包括磁芯基体（1200）、设置在所述磁芯基体内的一个磁芯柱（1201），所述磁芯基体包括底座及设置在所述底座外缘上的环形侧壁，所述磁芯柱位于所述环形侧壁内且设置在所述底座的中部，所述磁芯柱的外缘对应缠绕所述线圈。

5.根据权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，所述磁芯基体的环形侧壁上开设有至少一个第一凹槽（1202），所述第一凹槽配置为线圈引线口；或，

所述磁芯基体的环形侧壁为封闭圆环，所述磁芯基体的底座设有至少一个出线孔（1203），所述出线孔配置为线圈引线口；或，

所述磁芯柱中部设有沿轴向延伸的通孔（1207），所述通孔配置为线圈引线口。

6.根据权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，所述磁芯基体为一体成型或至少一个第一磁芯块与至少一个第二磁芯块拼接，所述磁芯柱为一体成型或多个第三磁芯块拼接，所述磁芯基体与所述磁芯柱一体成型或分别成型后连接。

7.根据权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，还包括设置在所述金属外壳内的定位件（13），所述定位件与所述磁芯基体的底部相抵接，所述定位件的材质为非磁性材料。

8.根据权利要求7所述的位移传感器，其特征在于，所述磁芯柱中部设有沿轴向延伸的通孔（1207），所述定位件自顶部依次设有外径逐渐增大且同轴线的第一定位部（130）、第二定位部（131）及第三定位部（132），所述第一定位部的轴向高度小于所述通孔的轴向高度，所述第一定位部嵌设在所述通孔内，以使所述第二定位部的顶端面与所述罐型磁芯的底部相抵接，所述第三定位部的顶端面与所述第一台阶部的底部相抵接，以沿轴向固定所述罐型磁芯。

9.根据权利要求8所述的位移传感器，其特征在于，所述第二定位部的外缘设有至少一个第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第二定位部，所述第三定位部内设有至少一个第三凹槽，所述第三凹槽贯穿所述第三定位部，所述第二凹槽与所述第三凹槽相贯通，所述第二凹槽与所述第三凹槽配置为线圈引线口。

10.根据权利要求7所述的位移传感器，其特征在于，还包括设置在所述金属外壳内的PCB转接板（14），所述PCB转接板位于所述定位件底部并与其固定连接，所述线圈自线圈引线口引出并与所述PCB转接板电连接，所述PCB转接板通过线缆（15）将所述位移传感器检测的电信号输出。

11.根据权利要求10所述的位移传感器，其特征在于，所述金属外壳远离所述传感器组件的一端具有开口，所述传感器组件、所述定位件、所述PCB转接板与所述金属外壳之间的间隙内填充有环氧树脂。

12.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述金属外壳的材质为低导磁率金属，所述低导磁率金属为钛合金、不锈钢。

13.一种位移传感器系统，其特征在于，包括多个权利要求1-12任一项所述的位移传感器及与所述位移传感器电连接的信号调节盒（16），所述信号调节盒配置为对所述位移传感器输出的电信号进行调节处理。

14.一种磁悬浮设备，包括磁悬浮电机，所述磁悬浮电机包括磁悬浮定子和磁悬浮转子，所述磁悬浮定子产生磁场以驱动所述磁悬浮转子旋转和悬浮，其特征在于，所述磁悬浮设备还包括权利要求13所述的位移传感器系统。

15.根据权利要求14所述的磁悬浮设备，其特征在于，所述磁悬浮转子为环形转子，所述磁悬浮定子围绕所述磁悬浮转子设置，所述磁悬浮定子与所述磁悬浮转子之间配置有腔体（19），所述腔体上设有安装孔，所述安装孔配置为与所述位移传感器的外壳相匹配，所述密封面与所述安装孔内部相抵接，所述定位面与所述安装孔的外壁相抵接，并通过紧固件将所述位移传感器固定在所述腔体上。

16.根据权利要求14所述的磁悬浮设备，其特征在于，所述磁悬浮设备还包括控制器（20），所述信号调节盒上配置有至少一个控制器接口，所述控制器通过所述控制器接口与所述信号调节盒电连接，所述信号调节盒将处理后的电信号传输至所述控制器。