CN220552466U - 一种测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种测量装置，包括：静子构件，其具有本体，所述本体上设置有第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组和第二线圈组中的线圈沿着本体的周向方向彼此间隔地设置，并且第一线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反，第二线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反；以及动子构件，其与所述静子构件同轴心地设置，并且所述动子构件对应于第一线圈组和第二线圈组沿周向方向设置有按预定顺序排列的多个永磁体，以在动子构件上形成N、S相间的磁极。本申请的测量装置结构简单、成本低廉、精度高且可靠性高。

Description

一种测量装置

技术领域

本申请涉及测量的技术领域，尤其涉及一种测量装置。

背景技术

随着电力电子技术、驱动技术、智能控制技术等的快速发展，作为控制系统元件之一的伺服电机在各行各业得到了广泛地应用。为了实现控制系统的高效性和准确性，通常需要在控制系统中设置相应的测量装置，用于测量伺服电机的转子部件的速度信息和位置信息，并向控制系统发送速度信息和位置信息的电信号。

目前，常用的位置检测的装置主要有光电编码器，测速发电机，旋转变压器。其中，光电编码器的检测精度较高，但在高温、冲击及恶劣的环境下很难适用。测速发电机的检测精度较低且成本高，适用范围较小。旋转变压器需要提供高频励磁输入电压且需要专用的解码芯片来分析输出信号，结构复杂。

公开于本申请背景部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请旨在提供一种测量装置，本申请的测量装置结构简单、成本低廉、精度高且可靠性高。

根据本申请的第一方面，本申请提供了一种测量装置，包括：静子构件，其具有本体，所述本体上设置有第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组和第二线圈组中的线圈沿着本体的周向方向彼此间隔地设置，并且第一线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反，第二线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反；以及动子构件，其与所述静子构件同轴心地设置，并且所述动子构件对应于第一线圈组和第二线圈组沿周向方向设置有按预定顺序排列的多个永磁体，以在动子构件上形成N、S相间的磁极。

根据本申请的示例性实施方案，所述本体设置为圆环形并在所述本体的内侧面上设置有至少两个线圈安装柱，所述动子构件设置在所述静子构件的内部。

根据本申请的示例性实施方案，所述本体的内侧面上设置有12个线圈安装柱，并且所述第一线圈组和第二线圈组各包括6个线圈；每两个线圈安装柱之间具有安装槽，以使得第一线圈组和第二线圈组中的线圈通过相应的安装槽缠绕在线圈安装柱上。

根据本申请的示例性实施方案，所述线圈安装柱的端部设置有突出部，所述突出部位于线圈安装柱的两侧并向所述安装槽内延伸。

根据本申请的示例性实施方案，所述动子构件设置为圆环形并在其外侧面上设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的径向方向。

根据本申请的示例性实施方案，所述动子构件设置为圆环形并在其内部设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的径向方向。

根据本申请的示例性实施方案，所述动子构件设置为圆环形并在其内部设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的周向方向。

根据本申请的示例性实施方案，所述永磁体沿着所述动子构件的中心轴线的方向倾斜地设置。

根据本申请的示例性实施方案，所述本体设置为圆环形并在所述本体的外侧面上设置有至少两个线圈安装柱，所述动子构件设置在所述静子构件的外部。

根据本申请的示例性实施方案，所述本体的外侧面上设置有12个线圈安装柱，并且所述第一线圈组和第二线圈组各包括6个线圈；每两个线圈安装柱之间具有安装槽，以使得第一线圈组和第二线圈组中的线圈通过相应的安装槽缠绕在线圈安装柱上。

根据本申请的示例性实施方案，所述线圈安装柱的端部设置有突出部，所述突出部位于线圈安装柱的两侧并向所述安装槽内延伸。

根据本申请的示例性实施方案，所述动子构件设置为圆环形并在其内侧面上设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的径向方向。

根据本申请的示例性实施方案，所述动子构件与伺服电机的转子部件同轴心地连接；所述静子构件设置于伺服电机的定子部件。

根据本申请的第二方面，本申请提供了一种测量装置，包括：静子构件，其具有本体，所述本体上设置有第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组和第二线圈组中的线圈沿着本体的周向方向彼此间隔地设置，并且第一线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反，第二线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反；以及动子构件，其与所述静子构件同轴心地设置，并且所述动子构件对应于第一线圈组和第二线圈组沿周向方向设置有一个永磁体，所述永磁体的N、S磁极彼此间隔的设置，以在动子构件上形成N、S相间的磁极。

本申请的测量装置通过动子构件上的N、S磁极彼此间隔设置的永磁体提供励磁的磁场，并且通过动子构件的转动使得静子构件上的第一线圈组和第二线圈组能够输出预定波形，以得到伺服电机的转子的速度信息和位置信息，具有结构简单、成本低廉、精度高且可靠性高的特点。

本申请的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方案中进行详细陈述，这些附图和实施方案共同用于解释本申请的特定原理。

附图说明

图1为根据本申请实施方案的测量装置的结构示意图。

图2为根据本申请实施方案的测量装置的静子构件的结构示意图。

图3为根据本申请实施方案的测量装置的静子构件的另一结构示意图。

图4为根据本申请实施方案的测量装置的动子构件的结构示意图。

图5A至图5C为根据本申请的另一示例性实施方案的测量装置的动子构件的结构示意图。

图6为根据本申请实施方案的测量装置的动子构件上的永磁体倾斜地设置的示意图。

图7为根据本申请另一示例性实施方案的测量装置的结构示意图。

图8为根据本申请实施方案的测量装置的第一线圈组和第二线圈组输出的预定波形的示意图。

附图标记说明：

100：静子构件

110：本体 120：线圈

130：线圈安装柱 131：突出部

140：安装槽

200：动子构件

210：永磁体

A1A2：第一线圈组 B1B2：第二线圈组。

应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本申请的基本原理进行说明。本申请所公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本申请的相同或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本申请的各个实施方案，这些实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本申请将与示例性的实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本申请限制为这些示例性的实施方案。相反，本申请旨在不但覆盖这些示例性的实施方案，而且覆盖可以被包括在本申请的精神和由所附权利要求所限定的范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

下面结合图1至图7对本申请实施方案的测量装置进行说明。

图1为根据本申请实施方案的测量装置的结构示意图。图2为根据本申请实施方案的测量装置的静子构件的结构示意图。图3为根据本申请实施方案的测量装置的静子构件的另一结构示意图。图4为根据本申请实施方案的测量装置的动子构件的结构示意图。

如图1至图4所示，本申请实施方案的测量装置包括：静子构件100和动子构件200。

静子构件100具有本体110，本体110上设置有第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2。第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120沿着本体110的周向方向彼此间隔地设置，并且第一线圈组A1A2中的每相邻的两个线圈120缠绕的方向相反，第二线圈组B1B2中的每相邻的两个线圈120缠绕的方向相反。

动子构件200与静子构件100同轴心地设置，并且动子构件200对应于第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2沿周向方向设置有按预定顺序排列的多个永磁体210，以在动子构件200上形成N、S相间的磁极。

其中，静子构件100和动子构件200均为导磁材料，并可以采用软磁材料片(例如，软磁合金片、硅钢片等)叠压而成。动子构件200也可以采用导磁材料(例如，软磁材料、电工纯铁、钢等)直接加工而成。

永磁体210可以为静子构件100提供励磁的磁场。将多个永磁体210按预定顺序排列而形成的N、S相间的磁极，可以在动子构件200的周围形成预定方向的磁场，从而当动子构件200相对于静子构件100转动时，第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120能够在磁场的作用下产生预定的电信号。

第一线圈组A1A2中的每相邻的两个线圈120缠绕的方向相反，第二线圈组B1B2中的每相邻的两个线圈120缠绕的方向相反。具体地，如图3所示，在本申请的示例性实施方案中，第一线圈组A1A2中包括6个线圈，依次为线圈120a1、线圈120a2、线圈120a3、线圈120a4、线圈120a5和线圈120a6。其中，线圈120a1与线圈120a2缠绕的方向相反，线圈120a2与线圈120a3缠绕的方向相反，线圈120a3与线圈120a4缠绕的方向相反，线圈120a4与线圈120a5缠绕的方向相反，线圈120a5与线圈120a6缠绕的方向相反，线圈120a6与线圈120a1缠绕的方向相反。第二线圈组B1B2中包括6个线圈，依次为线圈120b1、线圈120b2、线圈120b3、线圈120b4、线圈120b5和线圈120b6。其中，线圈120b1与线圈120b2缠绕的方向相反，线圈120b2与线圈120b3缠绕的方向相反，线圈120b3与线圈120b4缠绕的方向相反，线圈120b4与线圈120b5缠绕的方向相反，线圈120b5与线圈120b6缠绕的方向相反，线圈120b6与线圈120b1缠绕的方向相反。配合图1和图4所示，动子构件200对应于第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2设置有6个N、S磁极相间的永磁体210。根据永磁体210对应于每个线圈120的角度关系，当永磁体210的其中一个N极对应于线圈120a1时，永磁体210的与该N相邻的S极分别对应于与线圈120a1相邻的线圈120a2和线圈120a6，因此，使线圈120a2和线圈120a6缠绕的方向分别与线圈120a1缠绕的方向相反，从而可以使得线圈120a1、线圈120a2和线圈120a6在磁场的作用下产生的电信号的方向相同。也就是说，使第一线圈组A1A2中的每相邻的两个线圈120缠绕的方向相反，可以使得第一线圈组A1A2中的每相邻的两个线圈120在磁场的作用下产生的电信号的方向相同，从而起到叠加以增强第一线圈组A1A2的电信号的作用。同理，使第二线圈组B1B2中的每相邻的两个线圈120缠绕的方向相反，可以使得第二线圈组B1B2中的每相邻的两个线圈120在磁场的作用下产生的电信号的方向相同，从而起到叠加以增强第二线圈组B1B2的电信号的作用。如此，第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2可以输出预定波形(如图8所示)，并进一步地得到动子构件200相对于静子构件100的速度信息和位置信息。

根据本申请的示例性实施方案，动子构件200可以与伺服电机的转子部件同轴心地连接，静子构件100可以设置于伺服电机的定子部件。当伺服电机的转子部件相对于伺服电机的定子部件转动时，动子构件200可以相对于静子构件100同轴心的转动，从而工作人员可以根据第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2输出的预定波形(如图8所示)，得到伺服电机的转子部件的速度信息和位置信息，进而实现控制系统的高效性和准确性。

根据本申请的示例性实施方案，如图1所示，动子构件200可以设置在静子构件100的内部。例如，在对轴转动的伺服电机中，转子部件设置在定子部件的内部。在这种情况下，动子构件200可以同轴心地连接至伺服电机的旋转轴上，静子构件100与动子构件200同轴心地可以安装至伺服电机的机壳或端盖上。进一步地，当动子构件200设置在静子构件100的内部时，作为一种优选的实施方案，本体110可以设置为圆环形(即，本体110的内边缘和本体110的外边缘的截面均设置为圆形)。但在其他的实施方案中，本体110的外边缘的截面可以根据实际需要设置为其他的形状，例如，方形。

根据本申请的示例性实施方案，如图1至图3所示，本体110的内侧面上设置有至少两个线圈安装柱130。第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中各包括至少一个线圈120。具体地，在本申请的示例性实施方案中，本体110的内侧面上设置有12个线圈安装柱130，12个线圈安装柱130均匀地设置在本体110的内侧面，并从本体110的内侧面沿着本体110的径向方向向内延伸。每两个线圈安装柱130之间具有安装槽140，以使得第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120通过相应的安装槽140缠绕在线圈安装柱130上。

进一步地，第一线圈组A1A2中的6个线圈(即，线圈120a1、线圈120a2、线圈120a3、线圈120a4、线圈120a5和线圈120a6)分别通过相应的安装槽140缠绕在12个线圈安装柱130的彼此间隔的其中6个上，第二线圈组B1B2中的6个线圈(即，线圈120b1、线圈120b2、线圈120b3、线圈120b4、线圈120b5和线圈120b6)分别通过相应的安装槽140缠绕在12个线圈安装柱130的彼此间隔另外6个上，以使得第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120沿着本体110的周向方向彼此间隔地设置。

进一步地，在本申请的示例性实施方案中，线圈安装柱130的端部设置有突出部131。突出部131位于线圈安装柱130的两侧并向安装槽140内延伸，以用于防止第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120脱离线圈安装柱130，从而使得缠绕在线圈安装柱130上的线圈120更加稳固。同时，突出部131能够增大线圈120中的磁通量，从而增强第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120产生的电信号，提高了本申请的测量装置的测量精度和可靠性。此外，突出部131也能减小齿斜波，使输出信号更易检测。

根据本申请的示例性实施方案，如图1和图4所示，动子构件200设置为圆环形。其中，动子构件200的尺寸与静子构件100的尺寸相对应，以使得动子构件200能够在静子构件100的内部转动。作为一种优选的实施方案，动子构件200在其外侧面上设置有6个永磁体210，并且永磁体210的磁极沿着动子构件200的径向方向。其中，永磁体210的材料可以是稀土永磁材料，例如钕铁硼、衫钴等，也可以是普通的永磁材料，例如铁氧体、铝镍钴等。

具体地，如图4所示，永磁体210可以设置为与动子构件200的外边缘相适应的弧形结构，以更好地贴合在动子构件200的外侧面。进一步地，6个永磁体210可以均匀地设置在动子构件200的外侧面。

进一步地，根据本申请的另一示例性实施方案，如图5A和图5B所示，动子构件200在其内部设置有6个永磁体210。作为一种选择，如图5A所示，永磁体210的截面可以是长矩形并沿着动子构件200的周向方向设置，以使得永磁体210的磁极沿着动子构件200的径向方向。作为另一种选择，如图5B所示，永磁体210的截面也可以是长矩形并沿着动子构件200的径向方向设置，以使得永磁体210的磁极沿着动子构件200的周向方向。应当清楚的是，永磁体210的截面的形状和其布置的方向包括但不限于上述的方式，只要能够在动子构件200的周围形成预定方向的磁场即可。

值得注意的是，在上述的示例性实施方案中，动子构件200上的永磁体210的数目均设置为6个，但应当清楚的是，永磁体210的数目可以设置为2-100个中的不同数目。其中，动子构件200上的永磁体210的数目越多，本申请的测量装置的精度越高。工作人员可以根据实际需要选择性地设置永磁体210的数目。

根据本申请的示例性实施方案，如图6所示，永磁体210沿着动子构件200的中心轴线的方向倾斜地设置，以减少齿谐波和磁势谐波。此外，在本申请的另一示例性实施方案中，也可以使线圈安装柱130沿着本体110的径向方向倾斜地向内延伸，以使得第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120倾斜地设置在本体110的周向方向上。

根据本申请的另一示例性实施方案，如图7所示，动子构件200可以设置在静子构件100的外部。例如，在对轴不转动的伺服电机中，转子部件设置在定子部件的外部。在这种情况下，动子构件200可以同轴心地连接至伺服电机的转动部件，而静子构件100可以安装至伺服电机的轴上。

具体地，静子构件100和动子构件200均设置为圆环形。其中，动子构件200的尺寸与静子构件100的尺寸相对应，以使得动子构件200能够在静子构件100的外部转动。

进一步地，动子构件200的内侧面上设置有6个永磁体210，永磁体210的磁极沿着动子构件200的径向方向。

进一步地，本体110的外侧面上设置有12个线圈安装柱130。12个线圈安装柱130可以均匀地设置在本体110的外侧面并从本体110的外侧面沿着本体110的径向方向向外延伸。每两个线圈安装柱130之间具有安装槽140。第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2各包括6个线圈120。第一线圈组A1A2中的6个线圈120通过相应的安装槽140缠绕在12个线圈安装柱130的彼此间隔的其中6个上，第二线圈组B1B2中的6个线圈120通过相应的安装槽140缠绕在12个线圈安装柱130的彼此间隔另外6个上，以使得第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120沿着本体110的周向方向彼此间隔地设置。

进一步地，线圈安装柱130的端部设置有突出部131，突出部131位于线圈安装柱130的两侧并向安装槽140内延伸。

根据本申请的另一示例性实施方案，如图5C所示，动子构件200对应于第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2沿周向方向设置有一个永磁体210。永磁体210的N、S磁极彼此间隔的设置，以在动子构件200上形成N、S相间的磁极。通过这样的实施方案，也能够实现本申请的功能。

下面结合附图，对本申请实施方案的测量装置的操作进行说明。

首先，将动子构件200与伺服电机的转子部件同轴心地连接。静子构件100设置于伺服电机的定子部件，如静止的轴上，并且静子构件100与动子构件200同轴心。

当伺服电机工作时，动子构件200随着伺服电机的转子部件同轴心地转动，使得动子构件200上的永磁体210随之转动，从而使得动子构件200周围的磁场根据动子构件200的转动速度和转动位置而产生变化。变化的磁场使得通过第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2中的线圈120的磁通量产生变化，从而使得线圈120产生预定的电信号，进而使得第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2输出预定波形(如图8所示)。

本申请的测量装置可以电连接至控制系统。工作人员可以通过控制系统设定相应的程序来对第一线圈组A1A2和第二线圈组B1B2输出的预定波形进行对比和计算，从而得到动子构件200相对于静子构件100的速度信息和位置信息，进而得到转子部件相对与定子部件的速度信息和位置信息，即转子部件的速度信息和位置信息。同时，本申请的测量装置可以将所述的速度信息和位置信息实时地反馈给控制系统，从而控制系统可以根据所述的速度信息和位置信息进一步地控制转子部件的转动，以实现控制系统的高效性和准确性。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“内部”、“外部”、“内侧面”、“外侧面”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方案的特征。

前面对本申请具体示例性的实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本申请限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本申请的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本申请的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本申请的范围由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (14)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

静子构件，其具有本体，所述本体上设置有第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组和第二线圈组中的线圈沿着本体的周向方向彼此间隔地设置，并且第一线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反，第二线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反；以及

动子构件，其与所述静子构件同轴心地设置，并且所述动子构件对应于第一线圈组和第二线圈组沿周向方向设置有按预定顺序排列的多个永磁体，以在动子构件上形成N、S相间的磁极。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述本体设置为圆环形并在所述本体的内侧面上设置有至少两个线圈安装柱，所述动子构件设置在所述静子构件的内部。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述本体的内侧面上设置有12个线圈安装柱，并且所述第一线圈组和第二线圈组各包括6个线圈；

每两个线圈安装柱之间具有安装槽，以使得第一线圈组和第二线圈组中的线圈通过相应的安装槽缠绕在线圈安装柱上。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述线圈安装柱的端部设置有突出部，所述突出部位于线圈安装柱的两侧并向所述安装槽内延伸。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述动子构件设置为圆环形并在其外侧面上设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的径向方向。

6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述动子构件设置为圆环形并在其内部设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的径向方向。

7.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述动子构件设置为圆环形并在其内部设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的周向方向。

8.根据权利要求5-7中任意一项权利要求所述的测量装置，其特征在于，所述永磁体沿着所述动子构件的中心轴线的方向倾斜地设置。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述本体设置为圆环形并在所述本体的外侧面上设置有至少两个线圈安装柱，所述动子构件设置在所述静子构件的外部。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述本体的外侧面上设置有12个线圈安装柱，并且所述第一线圈组和第二线圈组各包括6个线圈；

每两个线圈安装柱之间具有安装槽，以使得第一线圈组和第二线圈组中的线圈通过相应的安装槽缠绕在线圈安装柱上。

11.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述线圈安装柱的端部设置有突出部，所述突出部位于线圈安装柱的两侧并向所述安装槽内延伸。

12.根据权利要求11所述的测量装置，其特征在于，所述动子构件设置为圆环形并在其内侧面上设置有6个永磁体，所述永磁体的磁极沿着所述动子构件的径向方向。

13.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述动子构件与伺服电机的转子部件同轴心地连接；

所述静子构件设置于伺服电机的定子部件。

14.一种测量装置，其特征在于，包括：

静子构件，其具有本体，所述本体上设置有第一线圈组和第二线圈组，所述第一线圈组和第二线圈组中的线圈沿着本体的周向方向彼此间隔地设置，并且第一线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反，第二线圈组中的每相邻的两个线圈缠绕的方向相反；以及

动子构件，其与所述静子构件同轴心地设置，并且所述动子构件对应于第一线圈组和第二线圈组沿周向方向设置有一个永磁体，所述永磁体的N、S磁极彼此间隔的设置，以在动子构件上形成N、S相间的磁极。