[发明专利]基于霍尔效应的无刷式转矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种转矩传感器，更具体的是涉及一种基于霍尔效应的无刷式转矩传感器。

背景技术

目前在转矩测量中，传递类转矩传感器应用十分广泛，传递类转矩传感器按转矩信号的产生方式可分为光学式、光电式、磁电式、应变式、电容式等等，其中市场上较成熟的转矩传感器主要是磁电式和应变式。磁电式转矩传感器通过磁电感应获取转矩信号，德国HBM公司、日本小野测器和中国湘西仪表厂均有生产，传感器输出信号的本质是两路具有相位差的角位移信号，需要对信号进行组合处理才能得到转矩信息。它是非接触式传感器，无磨损、无摩擦，可用于长期测量，不足之处是体积大，不易安装，不能测量静止扭矩；应变式转矩传感器以电阻应变片为敏感元件，如德国HBM公司的T1，T2，T4系列转矩传感器、北京三晶集团的JN338系列传感器等，它们在转轴或与转轴串接的弹性轴上安装四片精密电阻应变片，并连接成惠思顿电桥，转矩使轴的微小变形引起应变阻值发生变化，电桥输出的信号与转矩成比例。传感器可以测量静态和动态转矩、高频冲击和振动信息，具有体积小重量轻等优点，不足之处是信号的传输易受干扰且损耗较大，导致测量精度不是很高。

发明内容

本发明提供了一种基于霍尔效应的无刷式转矩传感器，使用时传感器转轴两端分别同轴联接负载和动力源，传感器将负载转矩转换成电信号输出，该电信号与负载转矩直接对应，精度较高，且可测量旋转系统的静态扭矩或动态转矩。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种基于霍尔效应的转矩传感器，包括机座，位于机座前端的前端盖，位于机座后端的后端盖，穿过前端盖和后端盖中心的传感器转轴，传感器转轴通过轴承分别与前后端盖固定，可相对与机座做旋转运动，此外，还包括：

激磁套筒，与传感器转轴同轴心的置于机座内，激磁套筒外侧设有凸键，激磁铁心固定于凸键上，激磁铁心之间存在间隙，永磁磁钢安装在间隙中，采用厌氧胶将永磁磁钢与激磁铁心黏连，永磁磁钢与激磁铁心随传感器转轴同时转动；

输出套筒，与传感器转轴、激磁铁心同轴心的置于机座内，输出套筒内侧设有凹槽，输出铁心固定于凹槽中，输出铁心之间存在间隙，霍尔元件安装在间隙中，采用厌氧胶将霍尔元件与输出铁心黏连，霍尔元件与输出铁心随传感器转轴同时转动，且输出套筒设有过孔；

紧固件，用于分别将激磁铁心套筒和输出铁心套筒与传感器转轴两端固定，且紧固件中设有过孔；

环形变压器，为一对，各内环铁心与传感器转轴固定，一起与传感器转轴做旋转运动，设有绕组槽，各外环铁心与机座固定，设有绕组槽；

霍尔元件的电源、输出引线分别经由输出套筒过孔、紧固件过孔与一对环形变压器的各内环绕组相连，一对环形变压器各外环绕组与接线盒连接。

如上述的结构，本发明的基于霍尔效应的转矩传感器，其工作原理为：

1.静态扭矩的测量：环形变压器一的外环绕组通入交流电，经过磁电感应其内环绕组产生感应电势，由于霍尔元件的电源引线通过输出套筒的过孔与环形变压器一的内环绕组相连构成闭合回路，则霍尔元件中通入交变电流。嵌放在激磁铁芯中的永磁磁钢产生恒定磁场，经由激磁铁心、空气隙和输出铁心形成闭合回路。传感器转轴伸出的一端固定，另一端加载静态扭矩。当静态扭矩为零时，传感器转轴不发生形变，分别与传感器转轴两端固定的激磁套筒和输出套筒的初始位置保持不变，固定于激磁套筒的永磁磁钢和固定于输出铁套筒的霍尔元件，其初始位置在空间上互差45°机械角，永磁磁钢形成的激磁磁场方向与通入霍尔元件中的电流方向平行，因此各霍尔元件的输出电压为零；当静态扭矩不为零时，传感器转轴发生形变，永磁磁钢和霍尔元件的初始相对位置发生改变，激磁磁场方向与各霍尔元件中的电流方向存在夹角，则各霍尔元件的输出电压不为零，且为交流电压，由于霍尔元件的输出引线通过紧固件的过孔，与环形变压器二的内环绕组构成闭合回路，则环形变压器二的内环绕组存在交变电流，再经磁电感应环形变压器二的外环绕组产生感应电势，该感应电势与传感器转轴加载的静态扭矩相对应。