本實(shí)用新型涉及傳感器制造領(lǐng)域，尤其是一種小型化差動(dòng)變壓器式角度傳感器。

背景技術(shù)：

電位器式角度傳感器是目前普遍使用的角度傳感器，該類角度傳感器采用接觸式測(cè)量方式，其內(nèi)部設(shè)有電阻及與電阻連接的電刷觸頭，被測(cè)運(yùn)動(dòng)部件使得電刷觸頭發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得電阻的阻值發(fā)生變化，通過阻值變化量以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的角度測(cè)量。當(dāng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)較大時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中的電位器式角度傳感器電刷觸頭容易出現(xiàn)接觸不良，從而影響可靠性和測(cè)量精度。

為了解決上述技術(shù)問題，有必要開發(fā)出新的、具有非接觸式測(cè)量方式的角度傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種小型化差動(dòng)變壓器式角度傳感器，其能夠?qū)崿F(xiàn)-45°至+45°范圍內(nèi)的角度位移測(cè)量，其詳細(xì)技術(shù)方案如下：

一種小型化差動(dòng)變壓器式角度傳感器，其包括桶狀的定子外殼，所述定子外殼的內(nèi)壁上固定連接有線圈骨架，所述線圈骨架內(nèi)穿設(shè)有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸上固定套設(shè)有鐵芯；其中：所述轉(zhuǎn)軸的一端與設(shè)置在所述定子外殼左端的第一端蓋連接；另一端穿過設(shè)置在所述定子外殼右端的第二端蓋并延伸至所述定子外殼的外部；所述線圈骨架的內(nèi)壁上沿周向均勻排布有大小及形狀完全相同的第一凸齒、第二凸齒、第三凸齒及第四凸齒，所述第一凸齒、第二凸齒、第三凸齒及第四凸齒上繞設(shè)有初級(jí)線圈組及次級(jí)線圈組；所述鐵芯的外壁上沿周向?qū)ΨQ設(shè)置有第一凸起部及第二凸起部，所述第一凸起部及所述第二凸起部的中心角均為90°。

進(jìn)一步的，所述第一端蓋上設(shè)有第一軸承，所述第二端蓋上設(shè)有第二軸承，所述轉(zhuǎn)軸的一端穿設(shè)在所述第一軸承上，所述轉(zhuǎn)軸的另一端穿過所述第二軸承并延伸至所述定子外殼的外部。

進(jìn)一步的，所述定子外殼上穿設(shè)有出線孔。

進(jìn)一步的，所述初級(jí)線圈組及所述次級(jí)線圈組由絕緣漆包銅導(dǎo)線繞制而成。

進(jìn)一步的，所述初級(jí)線圈組包括沿周向依次串聯(lián)在所述第一凸齒、第二凸齒、第三凸齒及第四凸齒上的第一初級(jí)線圈、第二初級(jí)線圈、第三初級(jí)線圈及第四初級(jí)線圈，所述第一初級(jí)線圈、第二初級(jí)線圈、第三初級(jí)線圈及第四初級(jí)線圈的匝數(shù)均相等；所述次級(jí)線圈組包括沿周向依次串聯(lián)反接在所述第一凸齒、第二凸齒、第三凸齒及第四凸齒上的第一次級(jí)線圈、第二次級(jí)線圈、第三次級(jí)線圈及第四次級(jí)線圈，所述第一次級(jí)線圈、第二次級(jí)線圈、第三次級(jí)線圈及第四次級(jí)線圈的匝數(shù)均相等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：(1)實(shí)現(xiàn)-45～45°范圍內(nèi)的非接觸式角度測(cè)量，其抗振能力、測(cè)量精度得到顯著提升；(2)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、生產(chǎn)成本低。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的爆炸圖；

圖2為圖1中的線圈骨架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中的鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1中的初級(jí)線圈組及次級(jí)線圈組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為鐵芯的轉(zhuǎn)角為0°時(shí)，鐵芯與線圈骨架的位置關(guān)系圖；

圖6為鐵芯的轉(zhuǎn)角為+45°時(shí)，鐵芯與線圈骨架的位置關(guān)系圖；

圖7為鐵芯的轉(zhuǎn)角為-45°時(shí)，鐵芯與線圈骨架的位置關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)、能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1至圖4所示，在一個(gè)具體實(shí)施例中，本實(shí)用新型的小型化差動(dòng)變壓器式角度傳感器包括桶狀的定子外殼1，轉(zhuǎn)軸2、線圈骨架3及鐵芯4。

所述定子外殼1的左端設(shè)有第一端蓋5，所述第一端蓋5上設(shè)有第一軸承7。所述定子外殼1的右端設(shè)有第二端蓋6，所述第二端蓋6上設(shè)有第二軸承8。所述定子外殼1上還穿設(shè)有出線孔(未圖示)，供電源線穿過。

所述線圈骨架3固定連接在所述定子外殼1的內(nèi)壁上。所述轉(zhuǎn)軸2穿設(shè)在所述定子外殼1的內(nèi)部，其一端穿設(shè)在所述第一軸承7上，另一端穿過第二軸承8并延伸至所述定子外殼1的外部，用于連接被測(cè)運(yùn)動(dòng)部件(未圖示)。

所述鐵芯4固定套設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸2上，所述鐵芯4位于所述線圈骨架3的內(nèi)腔內(nèi)，并與所述線圈骨架3同軸。所述轉(zhuǎn)軸2能夠帶動(dòng)所述鐵芯4在所述線圈骨架3內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖2所示，所述線圈骨架3的內(nèi)壁上沿周向均勻排布有大小及形狀完全相同的四個(gè)凸齒，分別為第一凸齒31、第二凸齒32、第三凸齒33及第四凸齒34。

如圖3所示，所述鐵芯4的外壁上沿周向?qū)ΨQ設(shè)置有第一凸起部41及第二凸起部42。所述第一凸起部31及所述第二凸起部32的中心角均為90°。如圖5所示，初始位置(鐵芯4的轉(zhuǎn)角為0°)時(shí)，第一凸起部41正好同時(shí)覆蓋第一凸齒31及第二凸齒32的半個(gè)端面(朝向鐵芯4的端面)，第二凸起部42正好同時(shí)覆蓋第三凸齒33及第四凸齒34的半個(gè)端面(朝向鐵芯4的端面)。

本實(shí)用新型的小型化差動(dòng)變壓器式角度傳感器還包括有初級(jí)線圈組及次級(jí)線圈組。如圖4所示，所述初級(jí)線圈組包括沿周向依次串聯(lián)在所述第一凸齒31、第二凸齒32、第三凸齒33及第四凸齒34上的第一初級(jí)線圈P1、第二初級(jí)線圈P2、第三初級(jí)線圈P3及第四初級(jí)線圈P4，所述第一初級(jí)線圈P1、第二初級(jí)線圈P2、第三初級(jí)線圈P3及第四初級(jí)線圈P4的匝數(shù)均相等。所述次級(jí)線圈組包括沿周向依次串聯(lián)反接在所述第一凸齒31、第二凸齒32、第三凸齒33及第四凸齒34上的第一次級(jí)線圈S1、第二次級(jí)線圈S2、第三次級(jí)線圈S3及第四次級(jí)線圈S4，所述第一次級(jí)線圈S1、第二次級(jí)線圈S2、第三次級(jí)線圈S3及第四次級(jí)線圈S4的匝數(shù)均相等。

也就是說，所述第一凸齒31上繞設(shè)有所述第一初級(jí)線圈P1及所述第一次級(jí)線圈S1，所述第二凸齒32上繞設(shè)有所述第二初級(jí)線圈P2及所述第二次級(jí)線圈S2,所述第三凸齒33上繞設(shè)有所述第三初級(jí)線圈P3及所述第三次級(jí)線圈S3，所述第四凸齒34上繞設(shè)有所述第四初級(jí)線圈P4及所述第四次級(jí)線圈S4。

所述初級(jí)線圈組的繞線起始端與外部電源連接，以產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)。所述次級(jí)線圈的繞線起始端用于輸出感生電壓信號(hào)。所述初級(jí)線圈組及所述次級(jí)線圈組均由絕緣漆包銅導(dǎo)線繞制而成，其制作簡(jiǎn)單、表面絕緣性能好。

如圖5至圖7所示，本實(shí)用新型的工作原理：

當(dāng)初級(jí)線圈組與外部電源導(dǎo)通并獲得激勵(lì)電壓Usr時(shí)，第一初級(jí)線圈P1、第二初級(jí)線圈P2、第三初級(jí)線圈P3及第四初級(jí)線圈P4分別產(chǎn)生磁通Φ1、Φ2、Φ3及Φ4，其中Φ1與Φ3的方向一致，Φ2與Φ4的方向一致。

當(dāng)與轉(zhuǎn)軸2連接的被測(cè)運(yùn)動(dòng)部件(未圖示)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鐵芯4在線圈骨架3內(nèi)產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起第一次級(jí)線圈S1、第二次級(jí)線圈S2、第三次級(jí)線圈S3及第四次級(jí)線圈S4中的感生電勢(shì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，最終使得次級(jí)線圈組輸出的差動(dòng)輸出電壓Usc發(fā)生相應(yīng)變化。

本實(shí)施例中，由于所述第一次級(jí)線圈S1、第二次級(jí)線圈S2、第三次級(jí)線圈S3及第四次級(jí)線圈S4依次串聯(lián)反接，所以第一次級(jí)線圈S1與第三線圈S3產(chǎn)生的感生電勢(shì)的方向一致，第二次級(jí)線圈S2與所述第四次級(jí)線圈S4產(chǎn)生的感生電勢(shì)的方向一致。差動(dòng)輸出電壓Usc即為所述第一次級(jí)線圈S1與所述第三次級(jí)線圈S3的感生電勢(shì)之和減去于所述第二次級(jí)線圈S2與所述第四次級(jí)線圈S4的感生電勢(shì)之和。

下面以鐵芯4的轉(zhuǎn)角為0°、+45°及-45°為例，進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的工作原理，具體如下：

如圖5所示，當(dāng)鐵芯4的轉(zhuǎn)角為0°(初始位置)時(shí)，所述第一凸起部41覆蓋第一凸齒31及第二凸齒32的端面，所述第二凸起部42覆蓋第三凸齒33及第四凸齒34的端面，并且：第一凸齒31、第二凸齒32、第三凸齒33及第四凸齒34被覆蓋的端面的面積相等(均為一半端面被覆蓋)。此時(shí)，磁通量Φ1、Φ2、Φ3及Φ4的大小相等，第一次級(jí)線圈S1、第二次級(jí)線圈S2、第三次級(jí)線圈S3及第四次級(jí)線圈S4的產(chǎn)生感生電勢(shì)的大小也相等。對(duì)應(yīng)的，次級(jí)線圈組輸出的差動(dòng)輸出電壓Usc為零。

如圖6所示，當(dāng)鐵芯4的轉(zhuǎn)角為+45°(順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))時(shí)，所述第一凸齒31及第三凸齒33的端面完全暴露，所述第二凸齒32及第四凸齒34的端面分別被第一凸起部41及第二凸起部42完全覆蓋。此時(shí)，磁通量Φ1及Φ3達(dá)到最大值，第一次級(jí)線圈S1及第三次級(jí)線圈S3的感生電勢(shì)達(dá)到最大值；磁通量Φ2及Φ4達(dá)到最小值，第二次級(jí)線圈S2及第四次級(jí)線圈S4的感生電勢(shì)達(dá)到最小值。對(duì)應(yīng)的，次級(jí)線圈組輸出的差動(dòng)輸出電壓Usc達(dá)到正向最大值。

如圖7所示，當(dāng)鐵芯4的轉(zhuǎn)角為-45°(逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))時(shí)，所述第一凸齒31及第三凸齒33的端面分別被第一凸起部41及第二凸起部42完全覆蓋，所述第二凸齒32及第四凸齒34的端面完全暴露。此時(shí)，磁通量Φ1及Φ3達(dá)到最小值，第一次級(jí)線圈S1及第三次級(jí)線圈S3的感生電勢(shì)達(dá)到最小值；磁通量Φ2及Φ4達(dá)到最大值，第二次級(jí)線圈S2及第四次級(jí)線圈S4的感生電勢(shì)達(dá)到最大值。對(duì)應(yīng)的，次級(jí)線圈組輸出的差動(dòng)輸出電壓Usc達(dá)到反向最大值。

當(dāng)然，當(dāng)鐵芯4的轉(zhuǎn)角為-45～45°之間的其他角度時(shí)，差動(dòng)輸出電壓Usc也會(huì)取得相應(yīng)的輸出值，由于差動(dòng)輸出電壓Usc與鐵芯4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度成線性關(guān)系，所以可以根據(jù)差動(dòng)電壓鐵芯4的值計(jì)算出鐵芯4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的大小及方向。可見，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)-45°至+45°范圍內(nèi)的精確角度測(cè)量。

上文對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，實(shí)施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本實(shí)用新型的真實(shí)精神和范圍的前提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定的，而不是由實(shí)施例中的上述描述來限定的。