Pcb平面差动电感式角位移传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种差动电感式角位移传感器，特别是设及一种PCB平面差动电感式 角位移传感器。
【背景技术】
[0002] 角度计量是计量科学的重要组成部分，广泛应用于机械、光学、航空、航天、航海等 领域。
[0003] 相对于低寿命、难维护的接触式角度传感器，非接触式的角度传感器可W避免摩 擦，进而避免影响测量精度W及关键部件上的不可靠性，主要的非接触角度传感器根据其 工作原理，分为光学原理和电磁感应原理非接触角度传感器。采用光学原理的传感器测量 精度高，但由于本身属性的限制，制造装配困难，对使用环境也有一定的要求。而基于电磁 感应原理的传感器制造容易、可在较恶劣的环境中使用。
[0004] 差动电感式角位移传感器是电磁感应原理传感器的一种。常规的差动电感式角位 移传感器较光学传感器简单，但也相对的存在零件件数多，装配工序多的问题。
【发明内容】
[0005] 为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种平面变面积型差动电感式角 位移传感器，旨在用铜巧螺旋层叠的结构作为绕组，替代一般的磁巧电感器，W简单的结构 实现高精度、高灵敏度、抗干扰能力强的角度测量。
[0006] 为实现上述目的，本发明通过W下技术方案实现：
[0007] PCB平面差动电感式角位移传感器，其结构包括；传感器定子和传感器转子，
[000引其中，传感器定子为一 PCB板，PCB板上加工有铜巧螺旋结构的两相绕组W及一个 实现导电连接的连接器，每相绕组由两个径向相对的绕组串联构成，两相绕组共包含四个 绕组，该四个绕组中的每个绕组根据PCB层数不同层叠相应层数，各层叠层铜巧螺旋方向 相同，绕组通过PCB上的导线和连接器与外部连接；
[0009] 传感器转子由两个相同的铁磁材料薄片及转动轴构成，每个铁磁材料薄片为径向 对称的扇环形结构，两个铁磁薄片安装于一轴上，彼此轴向对称，薄片与定子PCB板上绕组 轴向不发生接触；所述轴与绕组同屯、，绕组通过电流产生的磁通通过两片铁磁材料薄片，薄 片与绕组间的气隙形成闭合磁路。
[0010] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，所述四个绕组均为同 屯、的螺旋扇环形结构。
[0011] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，转子铁磁薄片扇环外 圆直径大于定子绕组线圈扇环外圆直径，转子铁磁薄片扇环内圆直径小于定子绕组线圈扇 环内圆直径；
[0012] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，所述定子扇环圆屯、角 大于转子扇环圆屯、角的一半。
[0013] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，所述PCB的层数为单 层、双层、或者大于两层。
[0014] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，转子铁磁薄片与定子 PCB间气隙厚度大于0且小于等于1mm。
[0015] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，所述轴与绕组同屯、转 动。
[0016] 优选的是，所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其中，每相绕组中的两个绕 组串联连接时，其连接方式要确保在磁路中其磁通量相互叠加。
[0017] 本发明的有益效果；1)该传感器不存在对温度、湿度、灰尘等因素敏感的元件，使 用环境限制较小，可在高温、高湿、多尘等环境应用；2)该传感器为电感输出，后续的检测 电路简单，抗干扰能力强；3)与一般的磁巧电感器相比，用铜巧螺旋层叠的结构作为绕组， 结构简单，加工工艺简单，安装方便，实现了高精度、高灵敏度、抗干扰能力强的角度测量， 成本、尺寸、可靠性方面都得到提高。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明一实施例所述的PCB平面差动电感式角位移传感器中的结构图；
[0019] 图2为本发明一实施例所述的PCB平面差动电感式角位移传感器中的传感器转子 结构图；
[0020] 图3为本发明一实施例所述的PCB平面差动电感式角位移传感器中的采用双面 PCB时的传感器定子上PCB顶层的绕组结构图；
[0021] 图4为本发明一实施例所述的PCB平面差动电感式角位移传感器中的采用双面 PCB时的传感器定子上PCB底层的绕组结构图；
[0022] 图5为本发明一实施例所述的PCB平面差动电感式角位移传感器中的实测的转子 转动角度与绕组电感差动值关系图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，W令本领域技术人员参照说明书文 字能够据W实施。
[0024] 由于铁磁材料薄片与绕组轴向距离很小，并且不考虑磁路铁损时，工程近似磁路 总磁阻为 。 2/ 4S
[0025] 及 m + ^7
[0026] 式中1--铁磁材料薄片导磁长度；
[0027] y--铁磁材料磁导率；
[002引 Af-一铁磁材料薄片等效导磁横截面积；
[0029] 5-气隙长度；
[0030] --空气磁导率；
[0031] A一一气隙导磁横截面积。
[0032] 铁磁材料的磁导率相比空气的磁导率是很大的，故铁磁材料的磁阻在计算时可W 忽略，故 n
[003引 Rm= -7
[0034] 绕组的自感L与磁阻成反比例关系，故
[0035]
【主权项】
1. PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，其结构包括：传感器定子和传感器 转子， 其中，传感器定子为一 PCB板，PCB板上加工有铜箔螺旋结构的两相绕组以及一个实现 导电连接的连接器，每相绕组由两个径向相对的绕组串联构成，两相绕组共包含四个绕组， 这四个绕组中的每个绕组根据PCB层数不同层叠相应层数，各层叠层铜箔螺旋方向相同， 绕组通过PCB上的导线和连接器与外部连接； 传感器转子由两个相同的铁磁材料薄片及转动轴构成，每个铁磁材料薄片为径向对称 的扇环形结构，两个铁磁薄片安装于一轴上，彼此轴向对称，薄片与定子PCB板上绕组轴向 不发生接触；所述轴与绕组同心，绕组通过电流产生的磁通通过两片铁磁材料薄片，薄片与 绕组间的气隙形成闭合磁路。
2. 如权利要求1所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，所述四个绕组 均为同心的螺旋扇环形结构。
3. 如权利要求2所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，转子铁磁薄片 扇环外圆直径大于定子绕组线圈扇环外圆直径，转子铁磁薄片扇环内圆直径小于定子绕组 线圈扇环内圆直径。
4. 如权利要求3所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，所述定子扇环 圆心角大于转子扇环圆心角的一半。
5. 如权利要求4所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，所述PCB的层 数为单层、双层、或者大于两层。
6. 如权利要求5所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，转子铁磁薄片 与定子PCB间气隙厚度大于O且小于等于1mm。
7. 如权利要求6所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，所述轴与绕组 同心转动。
8. 如权利要求7所述的PCB平面差动电感式角位移传感器，其特征在于，每相绕组中的 两个绕组串联连接时，其连接方式要确保在磁路中其磁通量相互叠加。
【专利摘要】本案为PCB平面差动电感式角位移传感器，其结构包括:传感器定子和传感器转子，其中，传感器定子为一PCB板，PCB板上加工有铜箔螺旋结构的两相绕组以及一个实现导电连接的连接器，每相绕组由两个径向相对的绕组串联构成，两相绕组共包含四个绕组，这四个绕组中的每个绕组根据PCB层数不同层叠相应层数，各层叠层的铜箔螺旋方向相同，绕组通过PCB上的导线和连接器与外部连接；传感器转子由两个相同的铁磁材料薄片及转动轴构成，每个铁磁材料薄片为径向对称的扇环形结构，两个铁磁薄片安装于一轴上，彼此轴向对称，薄片与定子PCB板上绕组轴向不发生接触；所述轴与绕组同心，绕组通过电流产生的磁通通过两片铁磁材料薄片，薄片与绕组间的气隙形成闭合磁路。本案的传感器结构简单，安装方便。
【IPC分类】G01B7-30
【公开号】CN104567651
【申请号】CN201410784787
【发明人】钱俊, 王弼陡, 孙海旋, 程文播, 田浩然, 张运平
【申请人】中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月16日