一种磁转速传感器的制作方法

1.本发明涉及转速传感器领域，特别是涉及一种磁转速传感器。


背景技术：

2.图1是一种典型的磁转速传感器工作原理示意图，如图1所示，该典型的磁转速传感器分为两部分，其中一部分为磁钢组件，另一部分为测量端组件，测量端组件有t形软磁芯及线圈，t形软磁芯由软磁材料制成。磁钢组件上安装有4个永磁体，永磁体用永磁材料制成，磁极n、s沿圆周交替排列。磁钢组件用于支撑永磁体的结构件通常使用非导磁材料。磁钢组件上的安装孔与被测目标转轴相连，当转轴旋转时，带动永磁体同步旋转，使测量端中的t形软磁芯内部磁场产生同步交替变化，交变的磁场使绕在软磁芯外部的线圈产生交变电压信号，用一个信号采集器测出这个交变电压信号的周期则能够获得转轴的转速。由于这种传感器能实现无接触测量，感应距离远，结构简单，可靠性高，所以在航空设备转速测量中得到广泛的应用。特别是在有高可靠性需求时，具有独特优势。
3.对于任何传感器而言，信噪比通常是一个衡量性能的重要指标，通常是越大越好。图1所示的磁转速传感器的线圈外部，在功能上呈开放状态，外部的电磁干扰能在线圈中同样感受出有害噪声信号，从而降低有效信号的可检测性。
4.图2用了两个视角的视图展示了这种产品典型的安装使用环境。转速传感器的两个组件分别安装于被测转轴及支撑座，由被测量设备确定好几何对应关系。被测设备上还安装了信号采集器，信号采集器通过信号传输电缆与传感器测量端组件实现电气连接。当被测转轴转动时，测量端组件则输出与转速相关的电信号，由信号采集器测出信号周期从而得到转速。由于产品是基于电磁场原理，所以转轴及支撑座所用材料的电特性及磁特性将会影响输出信号大小，从而使产品在不同系统上有不同的表现。与设定的标准环境相对比，同一个产品在有的安装环境中，产品输出电信号的电压得到提高获得正增益，而在另一个安装环境中，产品输出电信号电压得到衰减而获得负增益。这种由安装环境造成的输出信号电压变化，虽然不会影响到信号的周期而影响转速测量精度，但对使用这个电信号采集器的适配性产生影响。其中由于电压的提高有损坏信号采集器风险，而当电压降低时信号采集器有采集不到的风险。这种输出信号电压受安装环境影响的问题降低了产品的互换性，会推高使用和维护成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种磁转速传感器，能够提高信噪比以及产品安装环境适应性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种磁转速传感器，包括：磁钢组件、测量端组件和屏蔽构件；所述磁钢组件包括结构件和永磁体；所述结构件设置有转轴安装孔；所述永磁体围绕所述转轴安装孔布置在所述结构件上；被测目标转轴通过所述转轴安装孔与所述磁钢
组件固定连接，用于带动所述磁钢组件与所述被测目标转轴同步转动，使所述测量端组件内部磁场产生同步交替变化；所述测量端组件设置在所述磁钢组件的径向一侧；所述测量端组件包括第一线圈软磁芯和线圈组件；所述线圈组件的轴线垂直于所述第一线圈软磁芯的端面且所述线圈组件位于所述第一线圈软磁芯和所述磁钢组件之间；所述屏蔽构件用于阻挡外部磁场对所述线圈组件和所述磁钢组件的电磁干扰并提高所述线圈组件在所述磁钢组件转动作用下输出的电压的幅值；所述屏蔽构件包括线圈屏蔽构件和磁钢组件屏蔽构件；所述线圈屏蔽构件设置在所述线圈组件的外侧；所述磁钢组件屏蔽构件包括内屏蔽构件和外屏蔽构件；所述内屏蔽构件设置在所述转轴安装孔的内壁上并与所述被测目标转轴接触连接；所述外屏蔽构件设置在所述磁钢组件的外部且与所述线圈屏蔽构件接触连接。
7.可选地，所述线圈组件包括第二线圈软磁芯和绕制在所述第二线圈软磁芯上的测量线圈。
8.可选地，所述第一线圈软磁芯的端面与所述第二线圈软磁芯的轴线垂直相接。
9.可选地，所述线圈屏蔽构件的轴线，与所述第一线圈软磁芯的端面垂直相接，并与所述第二线圈软磁芯的轴线平行。
10.可选地，所述结构件为非导磁材料。
11.可选地，在所述磁转速传感器横截面上，所述内屏蔽构件、所述外屏蔽构件、所述线圈屏蔽构件和所述第一线圈软磁芯构成封闭的磁屏蔽面且所述磁钢组件和所述线圈组件在所述封闭的磁屏蔽面内。
12.可选地，所述屏蔽构件的材料为软磁材料。
13.可选地，所述永磁体的数量为多个；多个所述永磁体围绕所述转轴安装孔均匀布置在所述结构件上且相邻的所述永磁体的磁极极性相反。
14.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的一种磁转速传感器，包括：磁钢组件、测量端组件和屏蔽构件；磁钢组件包括结构件和永磁体；结构件设置有转轴安装孔；永磁体围绕转轴安装孔布置在结构件上；被测目标转轴通过转轴安装孔与磁钢组件固定连接，用于带动磁钢组件与被测目标转轴同步转动，使测量端组件内部磁场产生同步交替变化；测量端组件设置在磁钢组件的径向一侧；测量端组件包括第一线圈软磁芯和线圈组件；线圈组件的轴线垂直于第一线圈软磁芯的端面且线圈组件位于第一线圈软磁芯和磁钢组件之间；屏蔽构件用于阻挡外部磁场对线圈组件和磁钢组件的电磁干扰并提高线圈组件在磁钢组件转动作用下输出的电压的幅值；屏蔽构件包括线圈屏蔽构件和磁钢组件屏蔽构件；线圈屏蔽构件设置在线圈组件的外侧；磁钢组件屏蔽构件包括内屏蔽构件和外屏蔽构件；内屏蔽构件设置在转轴安装孔的内壁上并与被测目标转轴接触连接；外屏蔽构件设置在磁钢组件的外部且与线圈屏蔽构件接触连接。本发明通过屏蔽构件阻挡外部磁场对线圈组件和磁钢组件的电磁干扰并提高线圈组件在磁钢组件转动作用下输出的电压的幅值，从而实现提高信噪比以及产品安装环境适应性的目的。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为典型的磁转速传感器工作原示意图；图2为磁转速传感器使用安装示意图；图3为本发明提供的磁转速传感器结构示意图；图4为本发明提供的磁转速传感器一种结构形式的平面图；图5为常规磁转速传感器测量端组件的旁边增加了干扰线圈的仿真模型平面图；图6为常规磁转速传感器感受到的干扰线圈发出的干扰信号；图7为本发明提供的磁转速传感器测量端组件的旁边增加了干扰线圈的仿真模型平面图；图8为本发明提供的磁转速传感器感受到的干扰线圈发出的干扰信号；图9为本发明提供的安装了转轴和支撑座的磁转速传感器的结构示意图；图10为无屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座材料为abs时的线圈输出电压曲线示意图；图11为无屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座材料为1j50时的线圈输出电压曲线示意图；图12为具有部分屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座材料为abs时的线圈输出电压曲线示意图；图13为具有部分屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座材料为1j50时的线圈输出电压曲线示意图；图14为具有屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座材料为abs时的线圈输出电压曲线示意图；图15为具有屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座材料为1j50时的线圈输出电压曲线示意图；图16为软磁芯和线圈屏蔽构件的一种结构形式示意图；图17为软磁芯和线圈屏蔽构件的一种结构形式示意图；图18为本发明提供的外屏蔽构件的一种非全包围形式。
17.图19为本发明提供的三对极的磁环。
18.符号说明：磁钢组件—1，测量端组件—2，屏蔽构件—3，结构件—11，永磁体—12，第一线圈软磁芯—21，线圈组件—22，第二线圈软磁芯—221，测量线圈—222，线圈屏蔽构件—31，磁钢组件屏蔽构件—32，内屏蔽构件—321，外屏蔽构件—322，转轴安装孔—4，封闭的磁屏蔽面—5，支撑座—6，被测目标转轴—7，信号采集器—8，信号传输电缆—9。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明的目的是提供一种磁转速传感器，能够降低外部电磁干扰响应，提高输出电信号的电压，提高信噪比以及产品安装环境适应性。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.实施例一本发明提供了一种磁转速传感器，包括：磁钢组件1、测量端组件2和屏蔽构件3。
23.所述磁钢组件1包括结构件11和多个永磁体12；所述结构件11设置有转轴安装孔4；多个所述永磁体12围绕所述转轴安装孔4均匀布置在所述结构件11上且相邻的所述永磁体12的磁极极性相反；被测目标转轴7通过所述转轴安装孔4与所述磁钢组件1固定连接，用于带动所述磁钢组件1与所述被测目标转轴7同步转动，使所述测量端组件2内部磁场产生同步交替变化；具体地，所述结构件11为非导磁材料。
24.所述测量端组件2设置在所述磁钢组件1的径向一侧；所述测量端组件2包括第一线圈软磁芯21和线圈组件22；所述线圈组件22的轴线垂直于所述第一线圈软磁芯21的端面且所述线圈组件22位于所述第一线圈软磁芯21和所述磁钢组件1之间。
25.所述屏蔽构件3用于阻挡外部磁场对所述线圈组件22和所述磁钢组件1的电磁干扰并提高所述线圈组件22在所述磁钢组件1转动作用下输出的电压的幅值；所述屏蔽构件3包括线圈屏蔽构件31和磁钢组件屏蔽构件32；所述线圈屏蔽构件31设置在所述线圈组件22的外侧；具体地，所述屏蔽构件3的材料为软磁材料。
26.所述磁钢组件屏蔽构件32包括内屏蔽构件321和外屏蔽构件322；所述内屏蔽构件321设置在所述转轴安装孔4的内壁上并与所述被测目标转轴7接触连接；所述外屏蔽构件322设置在所述磁钢组件1的外部且与所述线圈屏蔽构件31接触连接。
27.具体地，所述线圈组件22包括第二线圈软磁芯221和绕制在所述第二线圈软磁芯221上的测量线圈222。其中，第二线圈软磁芯221为圆柱型；所述第一线圈软磁芯21端面与所述第二线圈软磁芯221的轴线垂直相接。所述第二线圈软磁芯221和所述第一线圈软磁芯21组成的结构沿所述第二线圈软磁芯221的轴线的截面为t型；所述线圈屏蔽构件31的轴线，与所述第一线圈软磁芯21的端面垂直相接，并与所述第二线圈软磁芯221的轴线平行。所述线圈屏蔽构件31、所述第一线圈软磁芯21与所述第二线圈软磁芯221组成的结构沿所述线圈屏蔽构件31和所述第二线圈软磁芯221的轴线的截面为e型。进一步地，所述第一线圈软磁芯21的形状为圆盘状。
28.如图3和图4所示，在所述磁转速传感器横截面上，所述内屏蔽构件321、所述外屏蔽构件322、所述线圈屏蔽构件31和所述第一线圈软磁芯21构成封闭的磁屏蔽面5且所述磁钢组件1和所述线圈组件22在所述封闭的磁屏蔽面5内。
29.按照图2的安装方式，测量线圈222的引出端通过信号传输电缆9将采集到的电信号传输给信号采集器8。
30.作为一个实施方式，如图3所示，在图1所示的常规结构上增加了三处用软磁材料制成的屏蔽构件3，分别是线圈屏蔽构件31、外屏蔽构件322、内屏蔽构件321。屏蔽构件3的
材料与软磁芯相似或相同。线圈屏蔽构件31与外屏蔽构件322相接触，形成一个由软磁材料构成的封闭环路，这个封闭环路与内屏蔽构件321共同构建一个相对封闭的空间，如图4所示，该封闭环路已经完全封闭。传感器实现功能的线圈及永磁体12处在这个相对封闭的空间内，能有效阻挡外部电磁干扰。同时，由于屏蔽构件3也能优化磁路，从而能加强软磁芯内的磁场波动，提高线圈的电压输出。这样就提高了有用信号，并降低了干扰信号，从两个方向提高产品的信噪比。由软磁材料制成屏蔽构件3还能隔离外部零组件电磁特性变化对传感器的影响，所以无论产品外部配合零件用导电材料、非导材料、导磁材料、非导磁材料制作，都会被屏蔽构件3隔离，使其影响降低到符合要求的程度。
31.图5为常规磁转速传感器测量端组件旁边增加了一个干扰线圈的仿真模型平面图。如图5所示的干扰线圈接入一定强度的干扰信号，通过空间电磁磁辐，能够被旁边的磁转速传感器感应到，图6为常规磁转速传感器感应到的该干扰信号。从图6中能够看出一个峰峰值为426mv的交流噪声干扰信号。
32.图7为本发明提供的磁转速传感器测量端组件旁边增加了一个干扰线圈的仿真模型平面图。如图7所示的干扰线圈接入同一强度的干扰信号，通过空间电磁磁辐，能够被旁边的磁转速传感器感应到，图8为本发明磁转速传感器感应到的该干扰信号。从图8中能够看出一个峰峰值为201mv的交流噪声干扰信号。
33.对比图6和图8可以看出，本发明提供的磁转速传感器对相同干扰的响应降低到了原来的一半。
34.按照图2的安装方式，建立如图9所示的用仿真计算的平面模型，图中完全实心填充区域为支撑座6，为减小仿真运算量，这里没有把实际的支撑座6所充满的空间全表达出来，只是取出一小块区域，并对它的材料进行变换，查看变换前后的影响。用1j50作为高导磁性、弱导电性的软磁材料代表参与计算。用abs工程塑料作为无导磁性、无导电性结构材料的代表参与计算。基于该模型，软磁芯和三个屏蔽用构件使用1j50。在表1中列出了各种条件下的线圈输出电压的数据。
35.根据表1可以得出，图10为无屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座6材料为abs时的线圈输出电压曲线示意图；图11为无屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座6材料为1j50时的线圈输出电压曲线示意图；图12为具有部分屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座6材料为abs时的线圈输出电压曲线示意图；图13为具有部分屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座6材料为1j50时的线圈输出电压曲线示意图；图14为具有屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座6材料为abs时的线圈输出电压曲线示意图；图15为具有屏蔽构件的磁转速传感器在转轴材料为abs且支撑座6材料为1j50时的线圈输出电压曲线示意图；图10至图15是安装座和转轴分别采用1j50和abs工程材料的两种情况下，在不同的屏蔽策略下，并且其它条件不变的情况下，线圈输出电压的情况，并且图10至图15中横轴参数均为时间t，竖轴参数均为线圈输出电压u。从表1的数据可以看出，方案3中的屏蔽构件应用方案完全消除了安装环境的影响。方案3中b的应用方案线圈电压输出峰峰值为2.56v，方案1中a的应用方案线圈电压输出峰峰值为1.451v，电压提升了76.4%。
36.实施例二如图18所示，在所述磁转速传感器横截面上，所述内屏蔽构件321、所述外屏蔽构件322、所述线圈屏蔽构件31和所述第一线圈软磁芯21构成未封闭的磁屏蔽面，且所述磁钢组件1和所述线圈组件22在所述未封闭的磁屏蔽面内。具体地，所述外屏蔽构件322本身为断开的或者所述外屏蔽构件322与所述线圈屏蔽构件31没有连接，也即所述外屏蔽构件322与所述线圈屏蔽构件31只有一端连接或者两端均不连接。
37.此外，线圈屏蔽构件31和内屏蔽构件321可以和磁传感器的两个组件装配到一起，外屏蔽构件322需要和目标检测设备配合设计及装配。
38.根据结构需要，t形软磁芯包括的所述第二线圈软磁芯221和所述第一线圈软磁芯
21的横截面可以是方形的，也可以是圆形的；屏蔽构件也可以是其它形状，所述线圈屏蔽构件31构成的软磁屏蔽环可以为完整的环状或者不是一个完整的环状，根据对屏蔽效果需求及场景应用的不同进行调整；当封闭程度降低时，性能表现的效果会降低，设计时可灵活处理。图16和图17给出了软磁芯和线圈屏蔽构件31的另外两种形式。在图16和图17中，所述第一线圈软磁芯21与所述第二线圈软磁芯221的截面可以构成t型软磁芯也可以是构成l型软磁芯；线圈屏蔽构件31可以围在线圈组件22的外侧，也可以围住线圈组件22的部分区域。
39.所述永磁体围绕所述转轴安装孔布置在所述结构件上，磁钢组件中的永磁体的个数可以有一个或多个，排列也可以不均匀。对于使用了可以进行多极磁化的永久磁性材料，也可以用一个环形零件完成多个永久磁铁能完成的功能。图19展示了一个用lng52制作的有三对极的磁环。
40.本发明提供的磁转速传感器，使用软磁材料制成的屏蔽构件，与常规的t型软磁芯一起，共同构成一个相对封闭的磁屏蔽空间将线圈及永磁体12保护起来，使传感器对外部电磁干扰的响应降低，同时还能提升线圈的感应输出电压，使输出的信号的信噪比提高，并且由于线圈及永磁体12放置于磁屏蔽空间内，使传感器对外部材料变化产生的影响得到了降低或消除。
41.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
42.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。