專利名稱：旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加速度傳感器，尤其涉及一種角加速度傳感器，更具 體的是涉及一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器。
背景技術(shù)：
在很多運動物體的控制、監(jiān)測及導航中，不僅需要角位移，角速度信 息，更需要角加速度信息。旋轉(zhuǎn)角加速度的測量是機械量測量中常見的測 量之一。公知的旋轉(zhuǎn)角加速度的測量， 一般都是通過間接的幾個線加速度 信號的合成來求取。也有采用流動電勢原理制作的直接測量旋轉(zhuǎn)角加速度 的液環(huán)式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，但實現(xiàn)比較復(fù)雜或精度比較低。在公開的現(xiàn)有技術(shù)中，中國實用新型專利號87208367提供了一種磁 電式的加速度傳感器，如圖1所示，該傳感器包括外殼Ol、銅環(huán)02、線 圈03、磁鐵04和彈簧片05。外殼01與線圈03、磁鋼04之間相對靜止 地連成一體。與外殼01相固接的彈簧片05和支承銅環(huán)02，銅環(huán)02位于 線圈03與磁鐵04之間，當銅環(huán)02與線圈03、磁鐵04作相對運動時， 線圈03能感生出與掘動加速度成正比的電壓信號。該傳感器是用于測量 振動加速度，由于它的銅環(huán)連接在外殼上，無法測量旋轉(zhuǎn)角加速度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提出一種新型的旋轉(zhuǎn)角加速度 傳感器，以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，傳感器與旋轉(zhuǎn)機械同軸安裝，直接把旋 轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)角加速度轉(zhuǎn)換成電信號輸出，輸出電壓信號與旋轉(zhuǎn)角加速度直 接對應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，使用方便。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，它包括機座，位于機座前端的前端蓋，位 于機座后端的后端蓋，穿過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，還包括
外定子鐵心，外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸同軸心地置于機座內(nèi)，在外定子鐵心 上設(shè)有繞組槽；
內(nèi)定子鐵心，它置于外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸之間，并與外定子鐵心和轉(zhuǎn)軸 同軸心，內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間為勵磁磁場(或者稱為間隙磁場)；
外定子鐵心輸出繞組，它置于外定子鐵心的繞組槽內(nèi)，它的軸線與勵 磁磁場(氣隙磁場)的磁軸垂直；
杯形轉(zhuǎn)子繞組，杯底裝于轉(zhuǎn)軸上，并與轉(zhuǎn)軸同軸心，杯體位于外定子 鐵心與內(nèi)定子鐵心之間的勵磁磁場(氣隙磁場)中，并與轉(zhuǎn)軸同軸心。
如上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其工作原理為；內(nèi)外 定子鐵心之間構(gòu)成勵磁磁場(氣隙磁場)，杯形轉(zhuǎn)子繞組位于內(nèi)外定子鐵 心之間的勵磁磁場(氣隙磁場)內(nèi)并與兩定子鐵心同軸心，杯形轉(zhuǎn)子繞組 與轉(zhuǎn)軸(或稱機械量輸入軸)連接(固定連接)可相對于兩定子鐵心作旋 轉(zhuǎn)運動。工作時，傳感器的轉(zhuǎn)軸與被測系統(tǒng)的傳動軸同軸聯(lián)接。如被測系 統(tǒng)的傳動軸(轉(zhuǎn)軸)作恒轉(zhuǎn)速運動，則杯形轉(zhuǎn)子繞組也作恒轉(zhuǎn)速運動，在 杯形轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電勢，此電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流形成勵磁磁場， 此時，該勵磁磁場的磁勢幅值恒定，外定子鐵心輸出繞組的電勢為零；如 被測系統(tǒng)的傳動軸作非恒轉(zhuǎn)速運動，即存在旋轉(zhuǎn)角加速度時，則杯形轉(zhuǎn)子 繞組也作非恒轉(zhuǎn)速運動，則在杯形轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電勢的大小與被測系統(tǒng) 的非恒轉(zhuǎn)速運動的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)，此電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，該轉(zhuǎn)子電流隨時間 變化，因此，該轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生勵磁磁場的磁勢幅值也隨時間變化，該磁 勢幅值隨時間變化的勵磁磁場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，該輸出電勢與被測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變化相對 應(yīng)。
所述內(nèi)外定子鐵心之間的勵磁磁場(氣隙磁場)可以是永磁式結(jié)構(gòu)或 是電磁式結(jié)構(gòu)。所述永磁式結(jié)構(gòu)是所述內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的 勵磁磁場是由永磁材料構(gòu)成的永磁內(nèi)定子鐵心作為內(nèi)定子鐵心與外定子 鐵心之間磁路的勵磁體所形成的勵磁磁場；也就是永磁內(nèi)定子鐵心作為 內(nèi)、外定子鐵心的磁路的勵磁體，形成了勵磁磁場(氣隙磁場)。可以保 持勵磁磁場的恒定，使外定子鐵心輸出繞組的輸出與被測系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸的加速度成正比。
所述電磁式結(jié)構(gòu)是所述內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的勵磁磁場是 由置于外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心勵磁繞組通過直流恒流源供 電作為內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間磁路的勵磁源所形成的勵磁磁場；也 就是通過直流恒流電源供電給外定子勵磁繞組作為內(nèi)、外定子鐵心磁路的 勵磁源，形成勵磁磁場(氣隙磁場)，也同樣可以保持勵磁磁場的恒定。
如上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明利用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器， 傳感器與被測系統(tǒng)(旋轉(zhuǎn)機械)同軸安裝，直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)角加速度 轉(zhuǎn)換成電信號輸出，輸出的電信號與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對應(yīng)。在結(jié)構(gòu)上， 勵磁磁場(氣隙磁場)恒定，輸出電壓與旋轉(zhuǎn)角加速度一一對應(yīng)，其測量
精度比較高，而且，結(jié)構(gòu)簡單；由于采用杯形轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)，傳感器的轉(zhuǎn) 動慣量明顯降低，靈敏度及測量精度明顯提高；由于傳感器與被測系統(tǒng)同 軸相聯(lián)，旋轉(zhuǎn)角加速度信號獲取直接。因此，使用方便。可用于各種需要 測量旋轉(zhuǎn)角加速度的場合。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)磁電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2實施例1的A-A面的剖視圖； 圖4為圖2實施例2的A-A面的剖視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)特征。
圖2為本發(fā)吸旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，包括 轉(zhuǎn)軸l、軸承2、前端蓋3、外定子鐵心輸出繞組4、機座5、外定子鐵心 6、杯形轉(zhuǎn)子繞組7、內(nèi)定子鐵心8、后端蓋9;
前端蓋3位于機座5的前端，后端蓋9位于機座5的后端，轉(zhuǎn)軸1 穿過前端蓋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同軸心地置于機座5內(nèi)，在外定子鐵心上設(shè)有繞組槽；
內(nèi)定子鐵心8置于外定子鐵心6與轉(zhuǎn)軸1之間，并與外定子鐵心6 和轉(zhuǎn)軸i同軸心，內(nèi)定子鐵心8與外定子鐵心6之間為勵磁磁場(或者稱 為間隙磁場)；
外桌子鐵心輸出繞組4置于在外定子鐵心6的繞組槽內(nèi)，它的軸線與 勵磁磁場的磁軸垂直；
杯形轉(zhuǎn)子繞組7的杯底裝于轉(zhuǎn)軸1上，并與轉(zhuǎn)軸1同軸心，杯體位于 外定子鐵心6與內(nèi)定子鐵心8之間的勵磁磁場(氣隙磁場)中，并與轉(zhuǎn)軸 1同軸心。
內(nèi)、外定子鐵心之間所形成的恒定的勵磁磁場(氣隙磁場)，可以通 過多種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。本發(fā)明的實施例1是通過永磁式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，如圖3 所示；實施例2通過電磁式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，如圖4所示。
實施例h角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2中A-A面的剖視 圖如圖3所示，勵磁磁場是永磁式結(jié)構(gòu)即內(nèi)定子鐵心8與外定子鐵心6 之間的勵磁磁場是由永磁材料構(gòu)成的永磁內(nèi)定子鐵心作為內(nèi)定子鐵心8 與外定子鐵心6之間磁路的勵磁體所形成的勵磁磁場。從圖3中顯示出， 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的軸線與勵磁磁場的磁軸相互垂直。杯形轉(zhuǎn)子繞組7位于內(nèi)、外定 子鐵心之間的勵磁磁場(氣隙磁場)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。
轉(zhuǎn)軸1與被測系統(tǒng)的傳動軸同軸聯(lián)接，外定子鐵心輸出繞組4中的輸 出電勢與被測系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角加速度成正比。
在本實施例中，轉(zhuǎn)軸1的材料為不銹鋼等材料。前端蓋3、機座5、 后端蓋9可由鋁合金等金屬材料制作；永磁內(nèi)定子鐵心8為高性能永磁磁 鋼構(gòu)成；所述外定子鐵心6是由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為電磁漆包線；所述杯形轉(zhuǎn)子繞組7是由電阻率小的銅或 鋁材料構(gòu)成；軸承2為高速軸承。
實施例2:角加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2中A-A面的剖視 圖如圖4所示。實施例2與實施例l所不同的是，其勵磁磁場是電磁式結(jié) 構(gòu)。即內(nèi)定子鐵心8與外定子鐵心6之間的勵磁磁場是由置于外定子鐵心6上繞組槽內(nèi)的外定子鐵化、勵磁繞組10通過直流恒流源供電作為內(nèi)定子 鐵心8與外定子鐵心6之間磁路的勵磁源所形成的勵磁磁場；如圖4所示，
外定子鐵心勵磁繞組10及外定子鐵心輸出繞組4均嵌入在外定子鐵心6 的繞組槽內(nèi)，外定子鐵心勵磁繞組IO通過直流恒流電源供電對鐵心進行
勵磁，它作為內(nèi)、外定子鐵心的磁路的勵磁源構(gòu)成勵磁磁場(氣隙磁場)。
外定子鐵心勵磁繞組10與外定子鐵心輸出繞組4輸出繞組4的軸線相互 正交。杯形轉(zhuǎn)子繞組7位于內(nèi)、外定子鐵心之間的勵磁磁場(氣隙磁場) 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， 杯形轉(zhuǎn)子繞組7與轉(zhuǎn)軸1固定聯(lián)接可相對于內(nèi)、外定子鐵心作旋轉(zhuǎn)運動。 實施例2中，構(gòu)成內(nèi)定子鐵心8與外定子鐵心6的材料是一樣的，均 為硅鋼片或低剩磁的鐵磁材料。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，包括機座，位于機座前端的前端蓋，位于機座后端的后端蓋，穿過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，其特征在于，包括外定子鐵心，外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸同軸心地置于機座內(nèi)，在外定子鐵心上設(shè)有繞組槽；內(nèi)定子鐵心，置于外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸之間，并與外定子鐵心和轉(zhuǎn)軸同軸心，內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間為勵磁磁場；外定子鐵心輸出繞組，它置于在外定子鐵心上的繞組槽內(nèi)，它的軸線與勵磁磁場的磁軸垂直；杯形轉(zhuǎn)子繞組，杯底裝于轉(zhuǎn)軸上，并與轉(zhuǎn)軸同軸心，杯體位于外定子鐵心與內(nèi)定子鐵心之間的勵磁磁場中，并與轉(zhuǎn)軸同軸心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于，所述內(nèi) 定子鐵心與外定子鐵心之間的勵磁磁場是永磁式結(jié)構(gòu)，其勵磁磁場是由永 磁材料構(gòu)成的永磁內(nèi)定子鐵心作為內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的磁路 的勵磁體所形成的勵磁磁場。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于，所述內(nèi) 定子鐵心與外定子鐵心之間的勵磁磁場是電磁式結(jié)構(gòu)，其勵磁磁場是由置 于外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心勵磁繞組通過直流恒流源供電作 為內(nèi)定子鐵心與外定子鐵心之間的磁路的勵磁源所形成的勵磁磁場，
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于所述 置于外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心勵磁繞組與置于外定子鐵心上 繞組槽內(nèi)的外定子鐵心輸出繞組的軸線互相正交。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于所述杯 形轉(zhuǎn)子繞是由電阻率小的銅或鋁材料構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其特征在于所述外 定子鐵心是由硅鋼片或低剩磁的鐵磁材料構(gòu)成。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，它包括機座，機座前端和后端的前端蓋和后端蓋，穿過前端蓋和后端蓋中心的轉(zhuǎn)軸，與轉(zhuǎn)軸同軸心地置于機座內(nèi)的帶有繞組槽的外定子鐵心，置于外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸之間，并與外定子鐵心和轉(zhuǎn)軸同軸心的內(nèi)定子鐵心，內(nèi)外定子鐵心之間為勵磁磁場，置于外定子鐵心上繞組槽內(nèi)的外定子鐵心輸出繞組，杯底裝于轉(zhuǎn)軸上，杯體位于內(nèi)外定子鐵心之間的勵磁磁場內(nèi)的杯形轉(zhuǎn)子繞組。被測系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸與傳感器的轉(zhuǎn)軸同軸聯(lián)接，傳感器直接把被測系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)角加速度轉(zhuǎn)換成電信號輸出，輸出的電信號與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對應(yīng)，為此測量精度較高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
文檔編號G01P15/08GK101299048SQ20081004024
公開日2008年11月5日 申請日期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 申請人:嘉興學院;李洪武;丁立軍