一種線圈都制作在定子上的分離式感應同步器的制造方法
【專利說明】
所屬技術領域
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[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術領域，是基于電磁感應原理進行設計的空間相對位置測量傳感器。
【背景技術】
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[0002]目前，利用電磁原理制造的角度傳感器在各種儀器和設備上有著幾十年的廣泛的應用，感應同步器就是這類部件的典型代表。
[0003]感應同步器以電磁感應原理為設計基本根據(jù)，通過激磁電路對激磁線圈輸入變化電流，使得感應線圈輸出感應電壓，感應電壓大小取決于激磁電流的變化、軟磁材料的空間分布、線圈形狀和激磁線圈與感應線圈的相對位置。對感應電壓進行采樣和計算，即可得到空間相對位置的測量數(shù)據(jù)。
[0004]分離式角度測量感應同步器分為兩個部件，一個部件安裝在轉動軸上，簡稱為轉子，另一個部件安裝在軸座上，簡稱為定子，兩個部件之間有很小的間隙(一般是零點幾毫米)，兩個部件的相對面簡稱工作面。
[0005]感應同步器的轉子相對于定子轉動多圈時，需要通過導電滑環(huán)將激磁信號傳送到轉子上的激磁線圈上，或者利用環(huán)形變壓器將正弦變化的激磁信號傳到轉子的激磁線圈上，前者需要配置導電滑環(huán)，后者，需要配置環(huán)形變壓器，除了正弦變化的激磁信號，其它波形的激磁信號在通過變壓器傳送過程中將產生形狀變化，給后續(xù)信號處理帶來難度。
[0006]如果設備上已經具有同軸的導電滑環(huán)，可分出幾環(huán)用于激磁信號的傳送，否則，必須增加附件，用于信號傳送，為了省掉導電滑環(huán)或者環(huán)形變壓器，研制出新型的圓盤形感應同步器，雖然同等條件下，由于感應信號的減弱會影響編碼的分辨力和精度，但是，由于整體簡化而提高了可靠性，在某些應用場合中具有一定的優(yōu)勢。
[0007]為了在360°內獲得高分辨力的絕對編碼，通常具有兩套角度測量部件，一套得到小區(qū)間內的高分辨力的編碼，稱為精編碼，稱激磁電流為精激磁電流，感應線圈為精感應線圈，其它類推，轉子與定子相對空間位置的角度值取值變化時，輸出的兩路精感應電壓信號的幅值也不同，對這兩路精感應電壓信號的電壓進行采樣并轉換，得到兩個自變量是空間角度值的周期性數(shù)值函數(shù)，在360°內有N個周期，這兩個周期函數(shù)相位差是四分之一個周期。利用得到的兩個函數(shù)的一對函數(shù)值的比值，通過反正切函數(shù)，可以得到一個數(shù)值(精編碼)，得到這個數(shù)值對應N個空間角度值。另一套得到360°區(qū)間內的較低分辨力的編碼，稱為粗編碼，稱激磁電流為粗激磁電流，感應線圈為粗感應線圈，其它類推。同理得到兩個自變量是空間角度值的周期數(shù)值函數(shù)，在360°內有M個周期，這兩個周期函數(shù)相位差是四分之一個周期，利用得到的兩個函數(shù)的一對函數(shù)值的比值，通過反正切函數(shù)，可以得到一個數(shù)值(粗編碼)，它對應M個空間角度值，選擇M = I的設計較多。利用精編碼和粗編碼進行判斷，可以確定精編碼得到的N個角度值中的哪一個對應當前空間角位置，完成360°區(qū)間內的高分辨力的絕對編碼。
【發(fā)明內容】
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[0008]為了省掉導電滑環(huán)或者環(huán)形變壓器，發(fā)明了一種線圈都制作在定子上的分離式感應同步器，本
【發(fā)明內容】
是:
[0009]基于用軟磁材料體的位置變化改變感應電壓幅值的設計出發(fā)點，將激磁線圈和感應線圈都制作在感應同步器的定子上；此種新型感應同步器包括定子和轉子，參看圖1，其特征為:在定子上包括精編碼環(huán)形線圈部件和粗編碼線圈部件；所述精編碼環(huán)形線圈部件包括由精激磁線圈和精感應線圈組成的精線圈組，精線圈組數(shù)可選大于等于4的偶數(shù)，精線圈組環(huán)形排列；每組內精激磁線圈和精感應線圈環(huán)形相間排列，每組內的相鄰線圈相對于圓心的夾角為360° /2N, N為精編碼在360°內的周期數(shù),線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個軟磁材料的環(huán)形圈上，軟磁材料的環(huán)形圈固定在抗磁材料的環(huán)形墊圈上，環(huán)形墊圈固定在定子基體上；所有精激磁線圈串連后輸入同一個精激磁信號；奇數(shù)序號的精線圈組內的精感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第一路精感應信號，偶數(shù)序號的精線圈組內的精感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第二路精感應信號；粗編碼線圈部件包括由粗激磁線圈和粗感應線圈組成的粗線圈組，粗線圈組數(shù)可選大于等于4的偶數(shù)，粗線圈組環(huán)形排列；每組內有粗激磁線圈和粗感應線圈，自圓心沿半徑向外相間排列；線圈磁芯橫斷面的形狀是一段阿基米德螺線的形狀，每組線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個軟磁材料的扇形基座上，軟磁材料的扇形基座固定在抗磁材料的扇形墊片上，扇形墊片固定在定子基體上；所有粗激磁線圈串連后輸入同一個粗激磁信號；奇數(shù)序號的粗線圈組內的粗感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第一路粗感應信號，偶數(shù)序號的粗線圈組內的粗感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第二路粗感應信號；在轉子基體上裝有用抗磁材料制作的環(huán)形圓盤，環(huán)形圓盤上嵌有用軟磁材料制作的N個長方體細長小塊(簡稱導磁塊)和一個阿基米德螺線形細條(簡稱導磁條);N個導磁塊環(huán)形均勻分布，導磁塊的一個面和導磁條的一個平面處于轉子的工作平面上；精激磁線圈、精感應線圈和N個導磁塊組成產生精感應信號的部件；粗激磁線圈、粗感應線圈和一個導磁條組成產生粗感應信號的部件。
[0010]有益效果:研制出的新型圓盤形感應同步器省掉導電滑環(huán)或者環(huán)形變壓器，雖然同等條件下，由于感應信號的減弱會影響編碼的分辨力和精度，但是，由于整體簡化而提高了可靠性，在某些應用場合中具有一定的優(yōu)勢。
【附圖說明】
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[0011]圖1為轉子和定子工作面示意圖，A為精線圈部分，B為粗感應線圈，C為粗激磁線圈，D為鑲嵌轉子上的N個軟磁材料的長方體塊，Q為采用軟磁材料的阿基米德螺線形細條。
[0012]圖2為精感應部件局部示意圖，Jl、J2、J3、J4為精激磁線圈中的4個，Gl、G2、G3、G4為精感應線圈中的4個，V是精線圈的軟磁材料的環(huán)形基體，D是鑲嵌轉子上的軟磁材料的細條。
[0013]圖3為精線圈繞法局部示意圖。
[0014]圖4為精線圈磁通示意圖。
[0015]圖5為激磁電流與感應電壓曲線示意圖，此感應電壓曲線的形狀是轉子與定子某一相對空間位置時的形狀。
[0016]圖6為空間角位置是自變量，ti時刻的感應電壓轉換出的數(shù)值為函數(shù)值的函數(shù)圖像，Ds和Dc分指這兩個函數(shù)。
[0017]圖7為粗編碼4組弧形電磁感應線圈之一的示意圖，W是軟磁材料的粗線圈基體，Q是軟磁材料的阿基米德螺線形細條的部分截圖。
[0018]圖8為粗線圈纏繞方法示意圖。
[0019]圖9為粗線圈磁通變化示意圖。
【具體實施方式】
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[0020]本發(fā)明能夠以很多種方式來實施，選擇一個較佳例子進行說明實施方式。本文所示的例子中N = 90, M = I。參看圖1中A所指,在定子上制作了 8個精線圈組,精線圈組環(huán)形排列，每組內包含精激磁線圈和精感應線圈，精激磁線圈和精感應線圈環(huán)形相間排列，每組內的相鄰線圈相對于圓心的夾角為2°，線圈磁芯橫斷面形狀是4邊形，線圈磁芯的一端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個軟磁材料的環(huán)形圈上，軟磁材料的環(huán)形圈固定在抗磁材料的環(huán)形墊圈上，環(huán)形墊圈固定在定子基體上。
[0021]參看圖3，每組內奇數(shù)序號的精激磁線圈的纏繞方向與偶數(shù)序號的相反，每組內奇數(shù)序號的精感應線圈纏繞方向與偶數(shù)序號的相反。
[0022]所有精激磁線圈輸入同一個精激磁信號。第1，3，5，7組內的精感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第一路精感應信號，第2，4，6，8組內的精感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第二路精感應信號。
[0023]參看圖1中B、C所指，在定子上制作了 4個粗線圈組，粗線圈組環(huán)形排列，每組內有一個粗激磁線圈和兩個粗感應線圈，自圓心沿半徑向外相間排列，排列順序是:粗感應線圈，粗激磁線圈，粗感應線圈。線圈磁芯橫斷面的形狀是一段阿基米德螺線的形狀，每組線圈磁芯的一個端面處于定子的工作平面上，另一端固定在一個軟磁材料的扇形基座上，軟磁材料的扇形基座固定在抗磁材料的扇形墊片上，扇形墊片固定在定子基體上。兩個粗感應線圈的弧形磁芯的弧形中心線與設定的阿基米德螺線的兩段重合，這兩段阿基米德螺線沿徑向相鄰。將阿基米德螺線以圓心為軸旋轉180°，粗激磁線圈的弧形磁芯中心線與旋轉后的阿基米德螺線的一段重合，此段阿基米德螺線處于前兩段之間。4個粗線圈組相同。
[0024]參看圖8，內外兩個粗感應線圈的纏繞方向相反。
[0025]4個粗激磁線圈串連，輸入同一個粗激磁信號，第I，3組內的粗感應線圈串連，作為產生第一路粗感應信號的線路，第2，4組內的粗感應線圈串連，作為產生第二路粗感應信號的線路。
[0026]參看圖1中D、Q所指,在轉子基體上裝有用抗磁材料制作的環(huán)形圓盤,環(huán)形圓盤上嵌有用軟磁材料制作的90個長方體細長導磁塊和一個阿基米德螺線形導磁條。90個導磁塊環(huán)形均勻分布。精激磁線圈、精感應線圈、軟磁材料的環(huán)形圈和導磁塊組成產生精感應信號的部件。粗激磁線圈、粗感應線圈、軟磁材料的扇形基座和導磁條組成產生粗感應信號的部件。
[0027]參看圖2、圖7，轉子與定子同軸安裝好后，線圈磁芯端頭所在的工作平面與導磁塊和導磁條所在的工作平面向對，間隙很小，一般取值在0.1至0.5毫米之間。
[0028]下面敘述工作原理，精激磁電流通過精激磁線圈時，轉子與定子的相對位置不同就是