一种线圈都制作在定子上的分离式感应同步器的制造方法
【专利说明】
所属技术领域
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[0001]本发明属于传感器技术领域，是基于电磁感应原理进行设计的空间相对位置测量传感器。
【背景技术】
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[0002]目前，利用电磁原理制造的角度传感器在各种仪器和设备上有着几十年的广泛的应用，感应同步器就是这类部件的典型代表。
[0003]感应同步器以电磁感应原理为设计基本根据，通过激磁电路对激磁线圈输入变化电流，使得感应线圈输出感应电压，感应电压大小取决于激磁电流的变化、软磁材料的空间分布、线圈形状和激磁线圈与感应线圈的相对位置。对感应电压进行采样和计算，即可得到空间相对位置的测量数据。
[0004]分离式角度测量感应同步器分为两个部件，一个部件安装在转动轴上，简称为转子，另一个部件安装在轴座上，简称为定子，两个部件之间有很小的间隙(一般是零点几毫米)，两个部件的相对面简称工作面。
[0005]感应同步器的转子相对于定子转动多圈时，需要通过导电滑环将激磁信号传送到转子上的激磁线圈上，或者利用环形变压器将正弦变化的激磁信号传到转子的激磁线圈上，前者需要配置导电滑环，后者，需要配置环形变压器，除了正弦变化的激磁信号，其它波形的激磁信号在通过变压器传送过程中将产生形状变化，给后续信号处理带来难度。
[0006]如果设备上已经具有同轴的导电滑环，可分出几环用于激磁信号的传送，否则，必须增加附件，用于信号传送，为了省掉导电滑环或者环形变压器，研制出新型的圆盘形感应同步器，虽然同等条件下，由于感应信号的减弱会影响编码的分辨力和精度，但是，由于整体简化而提高了可靠性，在某些应用场合中具有一定的优势。
[0007]为了在360°内获得高分辨力的绝对编码，通常具有两套角度测量部件，一套得到小区间内的高分辨力的编码，称为精编码，称激磁电流为精激磁电流，感应线圈为精感应线圈，其它类推，转子与定子相对空间位置的角度值取值变化时，输出的两路精感应电压信号的幅值也不同，对这两路精感应电压信号的电压进行采样并转换，得到两个自变量是空间角度值的周期性数值函数，在360°内有N个周期，这两个周期函数相位差是四分之一个周期。利用得到的两个函数的一对函数值的比值，通过反正切函数，可以得到一个数值(精编码)，得到这个数值对应N个空间角度值。另一套得到360°区间内的较低分辨力的编码，称为粗编码，称激磁电流为粗激磁电流，感应线圈为粗感应线圈，其它类推。同理得到两个自变量是空间角度值的周期数值函数，在360°内有M个周期，这两个周期函数相位差是四分之一个周期，利用得到的两个函数的一对函数值的比值，通过反正切函数，可以得到一个数值(粗编码)，它对应M个空间角度值，选择M = I的设计较多。利用精编码和粗编码进行判断，可以确定精编码得到的N个角度值中的哪一个对应当前空间角位置，完成360°区间内的高分辨力的绝对编码。
【发明内容】
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[0008]为了省掉导电滑环或者环形变压器，发明了一种线圈都制作在定子上的分离式感应同步器，本
【发明内容】
是:
[0009]基于用软磁材料体的位置变化改变感应电压幅值的设计出发点，将激磁线圈和感应线圈都制作在感应同步器的定子上；此种新型感应同步器包括定子和转子，参看图1，其特征为:在定子上包括精编码环形线圈部件和粗编码线圈部件；所述精编码环形线圈部件包括由精激磁线圈和精感应线圈组成的精线圈组，精线圈组数可选大于等于4的偶数，精线圈组环形排列；每组内精激磁线圈和精感应线圈环形相间排列，每组内的相邻线圈相对于圆心的夹角为360° /2N, N为精编码在360°内的周期数,线圈磁芯的一端面处于定子的工作平面上，另一端固定在一个软磁材料的环形圈上，软磁材料的环形圈固定在抗磁材料的环形垫圈上，环形垫圈固定在定子基体上；所有精激磁线圈串连后输入同一个精激磁信号；奇数序号的精线圈组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第一路精感应信号，偶数序号的精线圈组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第二路精感应信号；粗编码线圈部件包括由粗激磁线圈和粗感应线圈组成的粗线圈组，粗线圈组数可选大于等于4的偶数，粗线圈组环形排列；每组内有粗激磁线圈和粗感应线圈，自圆心沿半径向外相间排列；线圈磁芯横断面的形状是一段阿基米德螺线的形状，每组线圈磁芯的一端面处于定子的工作平面上，另一端固定在一个软磁材料的扇形基座上，软磁材料的扇形基座固定在抗磁材料的扇形垫片上，扇形垫片固定在定子基体上；所有粗激磁线圈串连后输入同一个粗激磁信号；奇数序号的粗线圈组内的粗感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第一路粗感应信号，偶数序号的粗线圈组内的粗感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第二路粗感应信号；在转子基体上装有用抗磁材料制作的环形圆盘，环形圆盘上嵌有用软磁材料制作的N个长方体细长小块(简称导磁块)和一个阿基米德螺线形细条(简称导磁条);N个导磁块环形均匀分布，导磁块的一个面和导磁条的一个平面处于转子的工作平面上；精激磁线圈、精感应线圈和N个导磁块组成产生精感应信号的部件；粗激磁线圈、粗感应线圈和一个导磁条组成产生粗感应信号的部件。
[0010]有益效果:研制出的新型圆盘形感应同步器省掉导电滑环或者环形变压器，虽然同等条件下，由于感应信号的减弱会影响编码的分辨力和精度，但是，由于整体简化而提高了可靠性，在某些应用场合中具有一定的优势。
【附图说明】
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[0011]图1为转子和定子工作面示意图，A为精线圈部分，B为粗感应线圈，C为粗激磁线圈，D为镶嵌转子上的N个软磁材料的长方体块，Q为采用软磁材料的阿基米德螺线形细条。
[0012]图2为精感应部件局部示意图，Jl、J2、J3、J4为精激磁线圈中的4个，Gl、G2、G3、G4为精感应线圈中的4个，V是精线圈的软磁材料的环形基体，D是镶嵌转子上的软磁材料的细条。
[0013]图3为精线圈绕法局部示意图。
[0014]图4为精线圈磁通示意图。
[0015]图5为激磁电流与感应电压曲线示意图，此感应电压曲线的形状是转子与定子某一相对空间位置时的形状。
[0016]图6为空间角位置是自变量，ti时刻的感应电压转换出的数值为函数值的函数图像，Ds和Dc分指这两个函数。
[0017]图7为粗编码4组弧形电磁感应线圈之一的示意图，W是软磁材料的粗线圈基体，Q是软磁材料的阿基米德螺线形细条的部分截图。
[0018]图8为粗线圈缠绕方法示意图。
[0019]图9为粗线圈磁通变化示意图。
【具体实施方式】
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[0020]本发明能够以很多种方式来实施，选择一个较佳例子进行说明实施方式。本文所示的例子中N = 90, M = I。参看图1中A所指,在定子上制作了 8个精线圈组,精线圈组环形排列，每组内包含精激磁线圈和精感应线圈，精激磁线圈和精感应线圈环形相间排列，每组内的相邻线圈相对于圆心的夹角为2°，线圈磁芯横断面形状是4边形，线圈磁芯的一端面处于定子的工作平面上，另一端固定在一个软磁材料的环形圈上，软磁材料的环形圈固定在抗磁材料的环形垫圈上，环形垫圈固定在定子基体上。
[0021]参看图3，每组内奇数序号的精激磁线圈的缠绕方向与偶数序号的相反，每组内奇数序号的精感应线圈缠绕方向与偶数序号的相反。
[0022]所有精激磁线圈输入同一个精激磁信号。第1，3，5，7组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第一路精感应信号，第2，4，6，8组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第二路精感应信号。
[0023]参看图1中B、C所指，在定子上制作了 4个粗线圈组，粗线圈组环形排列，每组内有一个粗激磁线圈和两个粗感应线圈，自圆心沿半径向外相间排列，排列顺序是:粗感应线圈，粗激磁线圈，粗感应线圈。线圈磁芯横断面的形状是一段阿基米德螺线的形状，每组线圈磁芯的一个端面处于定子的工作平面上，另一端固定在一个软磁材料的扇形基座上，软磁材料的扇形基座固定在抗磁材料的扇形垫片上，扇形垫片固定在定子基体上。两个粗感应线圈的弧形磁芯的弧形中心线与设定的阿基米德螺线的两段重合，这两段阿基米德螺线沿径向相邻。将阿基米德螺线以圆心为轴旋转180°，粗激磁线圈的弧形磁芯中心线与旋转后的阿基米德螺线的一段重合，此段阿基米德螺线处于前两段之间。4个粗线圈组相同。
[0024]参看图8，内外两个粗感应线圈的缠绕方向相反。
[0025]4个粗激磁线圈串连，输入同一个粗激磁信号，第I，3组内的粗感应线圈串连，作为产生第一路粗感应信号的线路，第2，4组内的粗感应线圈串连，作为产生第二路粗感应信号的线路。
[0026]参看图1中D、Q所指,在转子基体上装有用抗磁材料制作的环形圆盘,环形圆盘上嵌有用软磁材料制作的90个长方体细长导磁块和一个阿基米德螺线形导磁条。90个导磁块环形均匀分布。精激磁线圈、精感应线圈、软磁材料的环形圈和导磁块组成产生精感应信号的部件。粗激磁线圈、粗感应线圈、软磁材料的扇形基座和导磁条组成产生粗感应信号的部件。
[0027]参看图2、图7，转子与定子同轴安装好后，线圈磁芯端头所在的工作平面与导磁块和导磁条所在的工作平面向对，间隙很小，一般取值在0.1至0.5毫米之间。
[0028]下面叙述工作原理，精激磁电流通过精激磁线圈时，转子与定子的相对位置不同就是