角度传感器和具有其的减摇陀螺的制作方法

1.本实用新型涉及减摇陀螺技术领域，具体涉及一种角度传感器和具有其的减摇陀螺。


背景技术：

2.减摇陀螺可以为船舶提供减摇力矩以减小船舶的摇摆幅度。减摇陀螺包括陀螺本体、基座、控制系统。陀螺本体包括框架、飞轮和电机，飞轮由电机驱动以使与框架连接的飞轮相对框架转动，框架与基座可转动地相连，以便陀螺本体可相对基座绕与飞轮自转轴线相垂直的进动轴线转动，控制系统包括角度传感器和阻尼组件，角度传感器用于检测陀螺本体相对基座的转动角度，阻尼组件基于角度传感器发出的角度信号为陀螺本体提供控制力矩。当减摇陀螺安装在船舶上，同时船舶在绕与进动轴线和飞轮自转轴线均垂直的轴线摆动时，减摇陀螺会将控制力矩在船舶的摆动轴线方向上放大并输出减摇力矩，减摇力矩可抵抗波浪对船舶的摇摆扰动，进而可对船舶进行减摇。
3.相关技术中，减摇陀螺的角度传感器包括第一板1'、永磁体2'、第二板3'和霍尔角度传感器4'。永磁体2'通过第一板1'与陀螺本体300固定连接，霍尔角度传感器4'通过第二板3'与基座200固定连接，霍尔角度传感器4'在陀螺本体300的轴线al'方向上与永磁体2'相对间隔布置。霍尔角度传感器4'可通过永磁体2'的转动角度检测陀螺本体300与基座200的相对角度。由于阻尼组件是基于角度传感器发出的角度信号对陀螺本体300输出控制力矩的，控制力矩又直接影响减摇陀螺对船舶的减摇效果，因此，角度传感器输出的角度信号应当稳定、准确。而当霍尔角度传感器4'与基座200之间的间距较大时，需要较长的第二板3'才能将霍尔角度传感器4'与基座200连接，霍尔角度传感器4'在配合永磁体2'检测陀螺本体300运动角度时会经常出现信号不稳定和误差较大的情况，进而影响减摇陀螺对船舶的减摇效果。


技术实现要素：

4.相关技术中的用于减摇陀螺的角度传感器仅通过与基座连接的第一板和与陀螺本体连接的第二板来限定霍尔角度传感器与永磁体的位置关系，当霍尔角度传感器与基座距离较远，这会使第二板较长，陀螺本体相对基座的运动抖动会造成第二板与陀螺本体一起振动，此时霍尔角度传感器与永磁体之间的间距变化很大，并造成霍尔角度传感器检测角度不准和不稳定的问题，进而影响减摇陀螺的减摇效果。
5.为此，本实用新型实施例提出一种角度传感器，该角度传感器在霍尔角度传感器与基座的间距大的情况下能够稳定地输出基座与陀螺本体之间的角度信号，具有该角度传感器的减摇陀螺可避免因角度传感器输出的角度信号不稳定而影响船舶减摇效果的问题。
6.根据本实用新型的角度传感器，用于检测陀螺本体相对基座转动的角度，包括：轴承，所述轴承包括内圈和可相对所述内圈转动的外圈，所述外圈在轴线方向具有第一端和第二端，所述内圈在其轴线方向具有第一端和第二端，所述外圈的第一端与所述内圈的第
二端相背；端盖，所述端盖用于与所述陀螺本体固定连接，所述端盖与所述外圈的第一端连接，并与所述内圈的内周面形成凹槽；永磁体，所述永磁体与所述端盖连接，且至少部分所述永磁体位于所述凹槽内；第一安装座，所述第一安装座与所述内圈的第二端连接，并与所述凹槽形成腔体；霍尔角度传感器，所述霍尔角度传感器在所述腔体内与所述第一安装座固定连接，且所述霍尔角度传感器与所述永磁体在所述轴线方向相对间隔设置；连接杆，所述连接杆具有第一端和第二端，所述连接杆的第一端与所述第一安装座固定连接，所述连接杆的第二端用于与所述基座固定连接。
7.在一些实施例中，所述端盖沿所述外圈的径向的外侧设有裙边，所述角度传感器还包括连接套，所述连接套具有第一部分和第二部分，所述第一部分沿所述外圈的外径的周向延伸并与所述外圈固定连接，所述第二部分沿所述外圈的径向的外侧延伸并与所述裙边固定连接。
8.在一些实施例中，所述第一部分呈圆环状，至少部分所述外圈过盈配合在所述第一部分的第一孔内。
9.在一些实施例中，所述第一部分在远离所述裙边的一端设有沿径向方向的内侧延伸的折边，所述折边与所述外圈的第二端止抵连接。
10.在一些实施例中，所述角度传感器还包括第二安装座，所述第二安装座在所述腔体内与所述端盖可拆卸连接，所述第二安装座开设有沿所述轴线方向贯穿的第二孔，所述永磁体可嵌设在所述第二孔内。
11.在一些实施例中，所述角度传感器还包括预紧螺钉，所述预紧螺钉适于沿所述第二安装座的径向插入所述第二孔，以将所述预紧螺钉的端部与所述永磁体止抵连接。
12.在一些实施例中，所述内圈的第二端设有台阶面，所述第一安装座靠近所述腔体的一面与所述台阶面止抵连接。
13.在一些实施例中，所述轴承为滚动轴承，所述滚动轴承还包括密封圈，所述密封圈用于密封所述内圈的第二端和所述外圈的第二端形成的环形间隙。
14.在一些实施例中，所述第一安装座设有胶槽，所述霍尔角度传感器的导线从所述胶槽内穿出，所述胶槽内适于填充封胶。
15.本实用新型还提供一种减摇陀螺，包括：基座、陀螺本体和角度传感器，所述陀螺本体与所述基座可转动地相连，所述角度传感器为上述任一实施例中的所述的角度传感器，所述端盖与所述陀螺本体固定连接，所述连接杆的第二端与所述基座固定连接。
16.在一些实施例中，所述角度传感器有两个，所述陀螺本体在所述轴线方向具有第一端和第二端，两个所述角度传感器中的一者布置在所述陀螺本体的第一端，两个所述角度传感器中的另一者布置在所述陀螺本体的第二端，所述减摇陀螺还包括控制器和阻尼组件，所述控制器与两个所述角度传感器电连接，所述控制器选择两个所述角度传感器中的一者以使其工作，在判断该工作中的所述角度传感器为异常时，切换到两个所述角度传感器中的另一者以使其工作，所述控制器将所述角度传感器发出的角度信号传递给所述阻尼组件，所述阻尼组件基于所述角度信号对所述陀螺本体施加控制力矩。
附图说明
17.图1是根据本实用新型实施例的角度传感器的剖视图。
18.图2是图1的在a处的局部放大图。
19.图3是图1中内圈的剖视图。
20.图4是根据本实用新型实施例的角度传感器的立体示意图。
21.图5是图4在b处的局部放大图。
22.图6是根据本实用新型实施例的角度传感器的爆炸图。
23.图7是根据本实用新型实施例的角度传感器在减摇陀螺上的安装示意图。
24.图8是相关技术中的角度传感器在减摇陀螺上的安装示意图。
25.附图标记：
26.角度传感器100；轴线al；
27.轴承1；
28.内圈11；台阶面111；外圈12；密封圈13；
29.端盖2；
30.裙边21；
31.永磁体3；
32.第一安装座4；胶槽41；
33.霍尔角度传感器5；
34.连接杆6；
35.连接套7；
36.第一部分71；第一孔711；折边712；第二部分72；
37.第二安装座8；第二孔801；
38.安装螺钉9；
39.预紧螺钉10；
40.基座200；
41.陀螺本体300；
42.减摇陀螺400；
43.第一板1'；
44.永磁体2'；
45.第二板3'；
46.霍尔角度传感器4'。
具体实施方式
47.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
48.如图1至图6所示，根据本实用新型实施例的角度传感器100，用于检测陀螺本体300相对基座200转动的角度，角度传感器100包括：轴承1、端盖2、永磁体3、第一安装座4、霍尔角度传感器5和连接杆6。
49.轴承1包括内圈11和可相对内圈11转动的外圈12，外圈12在轴线al方向具有第一端和第二端，内圈11在其轴线al方向具有第一端和第二端，外圈12的第一端与内圈11的第
二端相背。端盖2用于与陀螺本体300固定连接，端盖2与外圈12的第一端连接，并与内圈11的内周面形成凹槽。永磁体3与端盖2连接，且至少部分永磁体3位于凹槽内；第一安装座4与内圈11的第二端连接，并与凹槽形成腔体101。霍尔角度传感器5在腔体101内与第一安装座4固定连接，且霍尔角度传感器5与永磁体3在轴线al方向上相对间隔设置。连接杆6具有第一端和第二端，连接杆6的第一端与第一安装座4固定连接，连接杆6的第二端用于与基座200固定连接。
50.具体地，如图4所示，轴承1的轴线al方向为左右方向，轴承1包括内圈11和绕内圈11转动的外圈12，内圈11和外圈12均具有左端和右端。端盖2具有左侧面和右侧面，端盖2的右侧面用于与陀螺本体300连接，端盖2的左侧面与外圈12的右端面连接，端盖2的左侧面与内圈11的内周面形成凹槽。永磁体3与端盖2的左侧面连接，至少部分永磁体3位于凹槽内。第一安装座4与内圈11的左端面连接，第一安装座4将凹槽封闭成腔体101。霍尔角度传感器5与第一安装座4的右侧面连接，霍尔角度传感器5沿轴线al方向间隔布置在永磁体3的左侧。连接杆6具有上端和下端，连接杆6的下端与第一安装座4的左侧面固定连接，连接杆6的上端用于与基座200固定连接。
51.根据本实用新型实施例的角度传感器100将永磁体3通过盖板2与外圈12连接，同时将霍尔角度传感器5通过第一安装座4与内圈11连接，从而不仅可以使霍尔角度传感器5与永磁体3可相对转动，而且能够限定霍尔角度传感器5和永磁体3在轴向和径向的相对位置，进而可避免角度传感器100在安装在减摇陀螺400上后因振动而影响霍尔角度传感器5与永磁体3的位置关系，并提高霍尔角度传感器5检测角度时的稳定性和精度。
52.同时，通过将永磁体3至少部分位于内圈11和端盖2形成的凹槽内，可减小角度传感器5在轴线al方向的尺寸，具有该角度传感器100的减摇陀螺400在轴线al方向上亦具有较小的尺寸，进而方便减摇陀螺400安装在狭小的船舱内。
53.在一些实施例中，端盖2沿外圈12的径向的外侧设有裙边21，角度传感器100还包括连接套7，连接套7具有第一部分71和第二部分72，第一部分71沿外圈12的外径的周向延伸并与外圈12固定连接，第二部分72沿外圈12的径向的外侧延伸并与裙边21固定连接。这样连接套7可将外圈12与端盖2连接的同时，还不增加角度传感器100在轴线al方向上的尺寸。
54.在一些实施例中，第一部分71呈圆环状，至少部分外圈12过盈配合在第一部分的第一孔711内。由此，连接套的第一部分71无需连接件即可与外圈12连接。
55.在一些实施例中，第一部分71在远离裙边21的一端设有沿径向方向的内侧延伸的折边712，折边712与外圈12的第二端止抵连接。这样折边712可防止角度传感器100安装环境的振动而使外圈12与端盖2发生相对移动，并使永磁体3与霍尔角度传感器5在轴线al方向的间距改变，进而造成角度传感器100失效。同时，折边712与外圈12的第二端的端面之间可具有摩擦力，摩擦力能够防止连接套7与外圈12相对转动并实现连接套7与外圈12固定的目的。
56.可以理解的是，连接套的第一部分71与外圈12的固定连接方式还可以是粘接或通过紧固件连接，本发明对此不做限定。
57.在一些实施例中，角度传感器100还包括第二安装座8，第二安装座8在腔体101内与端盖2可拆卸连接，第二安装座8开设有沿轴线al方向贯穿的第二孔801，永磁体3可嵌设
在第二孔801内。
58.具体地，角度传感器100还包括第二安装座8，第二安装座8开设有沿左右方向贯穿的第二孔801，第二安装座8在腔体101内与端盖2可通过安装螺钉9连接，永磁体3可沿左右方向嵌设在第二孔801内。这样当角度传感器100损坏后，可将第二安装座8从端盖2上拆下，通过在轴线al方向按压永磁体3即可将永磁体3分离，可实现永磁体3再利用的目的。
59.在一些实施例中，角度传感器100还包括预紧螺钉10，预紧螺钉10适于沿第二安装座8的径向插入第二孔801，以将预紧螺钉10的端部与永磁体3止抵连接。这样当预紧螺钉10向第二孔801的方向拧紧后，预紧螺钉10的端部可与永磁体3接触并将永磁体3压紧固定在第二安装座的第二孔801内，可防止因角度传感器100安装环境的振动而造成永磁体3与第二安装座8的相对移动，进而可限定霍尔角度传感器5与永磁体3的间距，并保障角度传感器100的稳定性。
60.在一些实施例中，内圈11的第二端设有台阶面111，第一安装座4靠近腔体101的一面与台阶面111止抵连接。
61.具体地，内圈11的左端沿内圈11的内孔的周向开设有环形槽，环形槽的槽底与内圈的内孔相交形成的平面为台阶面111，第一安装座4的右侧面与台阶面111止抵连接。由此，在轴线al方向上的至少部分第一安装座4可位于环形槽内，并使第一安装座4与内圈11装配后在轴线al方向上的尺寸小于第一安装座4在轴线方向上的尺寸与内圈11在轴线方向上的尺寸之和，进而可使角度传感器100和具有该角度传感器100的减摇陀螺400在轴线al方向上具有较小的尺寸。
62.在一些实施例中，轴承1为滚动轴承，滚动轴承还包括密封圈13，密封圈13用于密封内圈11的第二端和外圈12的第二端形成的环形间隙。这样密封圈13不仅可防止异物进入轴承1而影响轴承转动，而且密封圈13还可防止异物通过轴承1进入霍尔角度传感器5和永磁体3之间的腔体101内。
63.在一些实施例中，第一安装座4设有胶槽41，霍尔角度传感器5的导线从胶槽41内穿出，胶槽41内适于填充封胶。这样封胶不仅可将导线与胶槽41的配合处的间隙进行封闭，而且可将胶槽41封闭，以达到防止异物进入角度传感器100内和提高角度传感器100寿命的目的。
64.本实用新型还提供一种减摇陀螺400，减摇陀螺400包括基座200、陀螺本体300和角度传感器100，陀螺本体300与基座200可转动地相连，角度传感器100为根据本实用新型上述实施例的角度传感器100，端盖2与陀螺本体300固定连接，连接杆6的第二端与基座200固定连接。
65.本实用新型实施例的减摇陀螺400，角度传感器100可稳定地输出基座200与陀螺本体300之间的角度信号，该减摇陀螺400可避免因角度传感器100输出的角度信号不稳定而影响船舶减摇效果的问题。同时，该减摇陀螺400在轴线al方向上具有较小的尺寸，可方便将减摇陀螺400安装在狭小的船舱内。
66.在一些实施例中，角度传感器100有两个，陀螺本体300在轴线al方向具有第一端和第二端，两个角度传感器100中的一者布置在陀螺本体300的第一端，两个角度传感器100中的另一者布置在陀螺本体300的第二端，减摇陀螺400还包括控制器和阻尼组件，控制器与两个角度传感器100电连接，控制器选择两个角度传感器100中的一者以使其工作，在判
断该工作中的角度传感器100为异常时，切换到两个角度传感器100中的另一者以使其工作，控制器将角度传感器100发出的角度信号传递给阻尼组件，阻尼组件基于角度信号对陀螺本体300施加控制力矩。
67.需要说明的是，本发明实施例对于阻尼组件的类型不做限定，例如，阻尼组件可以是专利号为us6619221b2中的阻尼器（damper），也可是专利号为us2022/0119079a1中的连接液压系统（hydraulic system）的液压缸(cylinders)。
68.控制器判断角度传感器为异常的规则可以为任意规则，例如，角度传感器输出的振幅、波长等大于设定值时可判定为异常，控制器接受不到角度传感器100的信号时，也判断为角度传感器异常，此时，控制器切换到另一角度传感器使其工作。这样当两个角度传感器中的一者损坏，阻尼组件依然可接受陀螺本体和基座相对转动的角度信号，阻尼组件并基于该角度信号对陀螺本体施加控制力矩，进而减摇陀螺可正常进行运转。
69.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
70.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
71.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
72.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
73.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
74.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是
示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。