[发明专利]一种高线性度分段激磁式扭矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型扭矩传感器，更具体的是涉及一种基于磁电感应原理的高线性度分段激磁式扭矩传感器。

背景技术

随着科学技术的不断进步和生产发展的各种需要，扭矩测量技术在工业、航空航天、农业、军事等多个领域获得了广泛的应用。例如在塑壳式低压断路器智能测控系统中，采用扭矩传感器对电机轴输出扭矩进行实时检测，当螺丝刀对螺母锁紧到一定程度时，扭矩瞬时增大，磁电式扭矩传感器检测到该阶跃信号，控制电机停转。

目前在扭矩测量中，传递类扭矩传感器应用十分广泛，传递类扭矩传感器按扭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扭矩传感器主要是磁电式和应变式。磁电式扭矩传感器输出信号的本质是两路具有相位差的角位移信号，对信号进行组合处理后得到扭矩信息，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，德国HBM公司、日本小野测器和中国湘西仪表厂均有生产；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，扭矩使轴的微小变形引起应变阻值发生变化，电桥输出的信号与扭矩成比例，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

本发明提供了一种新结构高线性度分段激磁式扭矩传感器，主要包括传感器轴、内环铁心、第一段激磁绕组、补偿绕组、外环铁心、第二段激磁绕组和输出绕组。第一段激磁绕组和补偿绕组固定在内环铁心中，两相绕组在空间上正交，第二段激磁绕组和输出绕组固定在外环铁心中，两相绕组在空间上也正交。

传感器工作时，两段激磁绕组串接，通入正弦交变电压，无负载扭矩作用时，第一段激磁绕组的轴线与第二段激磁绕组的轴线在空间上的位置相同，补偿绕组的轴线与输出绕组的轴线在空间上的位置也相同，激磁绕组产生的脉振磁通与输出绕组无匝链，输出绕组的感应电动势为零；传感器轴受到负载扭矩作用时，第二段激磁绕组与输出绕组同时扭转过一定的空间角度，相对无负载扭矩作用时的初始位置发生了改变，此时激磁绕组产生的脉振磁通与输出绕组匝链，经过电磁耦合，输出绕组产生与负载扭矩对应的感应电动势，通过合理调节两段激磁绕组的匝数与输出绕组的匝数，可以使得输出绕组产生的感应电动势与负载扭矩呈高度的线性关系。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种高线性度分段激磁式扭矩传感器，主要包括传感器轴、内环铁心、第一段激磁绕组、补偿绕组、外环铁心、输出绕组和第二段激磁绕组；

内环铁心的左端与传感器轴固定，内环铁心的右端通过轴承与传感器轴接触且可以相对传感器轴转动；

外环铁心的右端与传感器轴固定，外环铁心的左端通过轴承与内环铁心接触且可以相对内环铁心转动；

内环铁心设有绕组槽，第一段激磁绕组和补偿绕组嵌放在内环铁心绕组槽中，且第一段激磁绕组的轴线与补偿绕组的轴线在空间上互相垂直；

外环铁心设有绕组槽，第二段激磁绕组和输出绕组嵌放在外环铁心绕组槽中，且第二段激磁绕组的轴线与输出绕组的轴线在空间上互相垂直；

无负载扭矩作用时，第一段激磁绕组的轴线与第二段激磁绕组的轴线在空间上位置相同，补偿绕组的轴线与输出绕组的轴线在空间上位置相同。

嵌放在内环铁心中的第一段激磁绕组和嵌放在外环铁心中的第二段激磁绕组为串联方式连接，工作时通入正弦交流电压：

嵌放在内环铁心中的补偿绕组的两端引出线直接短接；

第二段激磁绕组的匝数与输出绕组的匝数相同。

第一段激磁绕组的匝数与输出绕组的匝数之间的比值为0.56-0.59之间。

如上述的结构，本发明的新型高线性度分段激磁式扭矩传感器，其工作原理为：