專利名稱：永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種角加速度傳感器，尤其涉及一種永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度 傳感器。
背景技術(shù)：
對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的控制、監(jiān)測(cè)及導(dǎo)航，不僅需要角位移，角速度的信息， 更需要角加速度的信息。旋轉(zhuǎn)角加速度的測(cè)量是機(jī)械量測(cè)量中常見(jiàn)的測(cè)量 數(shù)據(jù)。公知的旋轉(zhuǎn)角加速度的測(cè)量， 一般是通過(guò)間接的幾個(gè)線加速度數(shù)據(jù) 的合成來(lái)求取。也有采用流動(dòng)電勢(shì)原理制作的直接測(cè)量旋轉(zhuǎn)角加速度的液 環(huán)式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，但一般實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，或測(cè)量精度較低。
在公開(kāi)的現(xiàn)有fe術(shù)中，中國(guó)專利87208367號(hào)提供一種磁電式的加速 度傳感器，它包括外殼、銅環(huán)、線圈、磁鐵、磁鋼和彈簧片。外殼與線圈、 磁鋼之間相對(duì)靜止地連成一體。與外殼相固接的彈簧片支承銅環(huán)，銅環(huán)位 于線圈與磁鐵之間，當(dāng)銅環(huán)與線圈、磁鐵作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈能感生出與 振動(dòng)加速度成正比'的電壓信號(hào)。該加速度傳感器適用于測(cè)量振動(dòng)加速度， 由于它的銅環(huán)固定連接在外殼上，不能旋轉(zhuǎn)。因此，它無(wú)法測(cè)量旋轉(zhuǎn)角加 速度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提出一種新型的永磁式旋 轉(zhuǎn)角加速度傳感器，以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，構(gòu)成永磁式測(cè)量角加速度的 傳感器。傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸安裝，直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋 轉(zhuǎn)角加速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，輸出的電壓信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對(duì) 應(yīng)，測(cè)量精度比較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。 '
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，它包括機(jī)座，位于機(jī)座前端的前端 蓋，位于機(jī)座后端的后端蓋，穿過(guò)前端蓋和后端蓋中心的轉(zhuǎn)軸，分別置于轉(zhuǎn)軸與前端蓋和轉(zhuǎn)軸與后端蓋之間的軸承；與轉(zhuǎn)軸同軸心地置于機(jī)座內(nèi)的
設(shè)有繞組槽的外定子鐵心；與外定子鐵心和轉(zhuǎn)軸同軸心的置于外定子鐵心
與轉(zhuǎn)軸之間的永磁內(nèi)定子鐵心，永磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間存有間 隙，永磁內(nèi)定子鐵心作為永磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間磁路的勵(lì)磁
體，在永'磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的間隙中構(gòu)成勵(lì)磁磁場(chǎng)；嵌入在 外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心輸出繞組，外定子鐵心輸出繞組的軸 線與勵(lì)磁磁場(chǎng)的磁軸垂直；與轉(zhuǎn)軸同軸心置放的杯形轉(zhuǎn)子繞組，其杯底固
定安裝于轉(zhuǎn)軸上，杯體位于外定子鐵心與內(nèi)定子鐵心之間的間隙中。
如上述的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其工作原理為 永磁內(nèi)定子鐵心作為內(nèi)、外定子鐵心之間的磁路的勵(lì)磁體，構(gòu)成了氣隙磁
場(chǎng)；外定子鐵心輸出繞組的軸線與永磁內(nèi)定子鐵心的磁場(chǎng)軸線同軸，杯形
轉(zhuǎn)子繞組位于內(nèi)外定子鐵心之間的氣隙內(nèi)與內(nèi)外定子鐵心同軸心，杯形轉(zhuǎn) 子繞組裝于(固定聯(lián)接)轉(zhuǎn)軸(機(jī)械量輸入軸)上，可相對(duì)于內(nèi)外定子鐵 心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，傳感器轉(zhuǎn)軸與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸聯(lián)接。如被 測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸作恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，則杯形轉(zhuǎn)子繞組也作恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，杯形轉(zhuǎn) 子繞組中產(chǎn)生電勢(shì)，此電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。此時(shí)，該
磁場(chǎng)磁勢(shì)幅值恒定，外定子鐵心輸出繞組電勢(shì)為零；如被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸 作非恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，即存在旋轉(zhuǎn)角加速度，則杯形轉(zhuǎn)子繞組也作非恒轉(zhuǎn)速運(yùn) 動(dòng)，由于，勵(lì)磁磁場(chǎng)恒定，則杯形轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的電勢(shì)大小與被測(cè)系統(tǒng) 的非恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)，此電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流隨時(shí)間變 化。因此，該轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁勢(shì)幅值也隨時(shí)間變化，該磁勢(shì)幅值 隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)與外定子鐵心輸出繞組交鏈，從而在外定子鐵心輸出繞 組中產(chǎn)生輸出電勢(shì)，該輸出電勢(shì)與被測(cè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化相對(duì)應(yīng)。
如上述的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型利用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成旋轉(zhuǎn)角加速度傳感 器。傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸安裝，直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)角 加速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，輸出的電壓信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對(duì)應(yīng)；在 結(jié)構(gòu)上采用了永磁內(nèi)定子鐵心作為勵(lì)磁體，勵(lì)磁磁場(chǎng)(氣'隙磁場(chǎng))恒定， 輸出電壓與旋轉(zhuǎn)角加速度一一對(duì)應(yīng)，因此，測(cè)量精度高，而且，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 由于采用杯形轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)，傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量明顯降低，靈敏度及測(cè) 量精度明顯提高；由于傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸相聯(lián)，旋轉(zhuǎn)角加速度信號(hào)獲取直接，因此，使用方便。可用于各種需要測(cè)量旋轉(zhuǎn)角加 速度的場(chǎng)合。
圖l'為本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖2中A-A面的剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
圖1、圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖l、圖2所示，本實(shí)用 新型的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器包括轉(zhuǎn)軸1、軸承2、前端蓋3、外定子鐵心 輸出繞組4、機(jī)座5、外定子鐵心6、杯形轉(zhuǎn)子繞組7、永磁內(nèi)定子鐵心8、
后端蓋9;
.前端蓋3位于機(jī)座5的前端，后端蓋9位于機(jī)座5的后端，轉(zhuǎn)軸1 穿過(guò)前端蓋3和后端蓋9的中心，軸承2分別置于轉(zhuǎn)軸1與前端蓋3和轉(zhuǎn) 軸1與后端蓋9之間；
外定子鐵心6與轉(zhuǎn)軸1同軸心地置于機(jī)座5內(nèi)，在外定子鐵心6上設(shè) 有繞組槽；
永磁內(nèi)定子鐵心8置于外定子鐵心6與轉(zhuǎn)軸1之間，與外定子鐵心6 和轉(zhuǎn)軸l同軸心，與外定子鐵心6之間存在一間隙(或稱氣隙)，永磁內(nèi) 定子鐵心8作為永磁內(nèi)定子鐵心8與外定子鐵心6之間磁路的勵(lì)磁體，在 永磁內(nèi)定子鐵心8與外定子鐵心6之間的間隙中構(gòu)成勵(lì)磁磁場(chǎng)(或稱氣隙 磁場(chǎng))；
外定子鐵心輸出繞組4嵌入在外定子鐵心6上的繞組槽內(nèi)，外定子鐵 心輸出繞組4的軸線與永磁內(nèi)定子鐵心8的磁軸垂直；
杯形轉(zhuǎn)子繞組.7的杯底與轉(zhuǎn)軸1同軸心地裝于轉(zhuǎn)軸1上，杯體位于外 定子鐵心6與永磁內(nèi)定子鐵心8之間的間隙中。
轉(zhuǎn)軸1與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸聯(lián)接，外定子鐵心輸出繞組4中的輸 出電勢(shì)與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)加速度成正比。
從圖2中更清楚地顯示出，外定子鐵心輸出繞組4嵌入在外定子鐵心

6的繞組槽內(nèi)，外定子鐵心輸出繞組4的軸線與永磁內(nèi)定子鐵心8的磁軸 相互垂直。杯形轉(zhuǎn)子繞組7位于內(nèi)外定子鐵心之間的間隙內(nèi)，外定子鐵心 6、杯形轉(zhuǎn)子繞組7和內(nèi)定子鐵心8都與轉(zhuǎn)軸1同軸心。
在本實(shí)施例中，構(gòu)成轉(zhuǎn)軸1的材料為不銹鋼等材料；構(gòu)成前端蓋3、 機(jī)座5、后端蓋9的材料為鋁合金等金屬材料；構(gòu)成永磁內(nèi)定子鐵心8的 材料為高性能永磁磁鋼；構(gòu)成外定子鐵心6的材料為硅鋼片或低剩磁的鐵 磁材料；構(gòu)成外定子鐵心輸出繞組4的材料為電磁漆包線；構(gòu)成杯形轉(zhuǎn)子 繞組7的材料為電阻率小的銅或鋁材料；軸承2為高速軸承。
權(quán)利要求1、一種永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，包括機(jī)座，位于機(jī)座前端的前端蓋，位于機(jī)座后端的后端蓋，其特征在于，包括穿過(guò)前端蓋和后端蓋中心的轉(zhuǎn)軸，分別置于轉(zhuǎn)軸與前端蓋和轉(zhuǎn)軸與后端蓋之間的軸承；與轉(zhuǎn)軸同軸心地置于機(jī)座內(nèi)的設(shè)有繞組槽的外定子鐵心；與外定子鐵心和轉(zhuǎn)軸同軸心的置于外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸之間的永磁內(nèi)定子鐵心，永磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間存有間隙，永磁內(nèi)定子鐵心作為永磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間磁路的勵(lì)磁體，在永磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的間隙中構(gòu)成勵(lì)磁磁場(chǎng)；嵌入在外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心輸出繞組，外定子鐵心輸出繞組的軸線與勵(lì)磁磁場(chǎng)的磁軸垂直；與轉(zhuǎn)軸同軸心置放的杯形轉(zhuǎn)子繞組，其杯底固定裝于轉(zhuǎn)軸上，杯體位于外定子鐵心與內(nèi)定子鐵心之間的間隙中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于 構(gòu)成永磁內(nèi)定子鐵心的材料為高性能永磁磁鋼。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于 構(gòu)成外定子鐵心的材料為硅鋼片或低剩磁的鐵磁材料塊鋼。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于 構(gòu)成杯形轉(zhuǎn)子繞組的材料為電阻率小的銅或鋁。
專利摘要一種永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，它包括機(jī)座，前端蓋，后端蓋，穿過(guò)前端蓋和后端蓋中心的轉(zhuǎn)軸，軸承；設(shè)有繞組槽的外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸同軸心；置于外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸之間與轉(zhuǎn)軸同軸心的永磁內(nèi)定子鐵心，永磁內(nèi)定子鐵心作為勵(lì)磁體，在永磁內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的間隙中構(gòu)成勵(lì)磁磁場(chǎng)；嵌入在外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心輸出繞組；與轉(zhuǎn)軸同軸心的杯形轉(zhuǎn)子繞組，杯底固定于轉(zhuǎn)軸上，杯體位于外定子鐵心與內(nèi)定子鐵心之間的間隙中。使用時(shí)傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸安裝，直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)角加速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，輸出的電信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對(duì)應(yīng)。精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
文檔編號(hào)G01P15/08GK201237606SQ20082015055
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者丁立軍, 浩 馮, 李洪武 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院;李洪武;丁立軍