一种永磁体式电磁扭矩传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种永磁体式电磁扭矩传感器，属于扭矩传感器技术领域。它解决了现有扭矩传感器的应变片容易老化、温度漂移，导致使用寿命短、准确性低等技术问题。本永磁体式电磁扭矩传感器包括第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板上安装有至少两个扇形的接收线圈和信号处理单元，第二支撑板上安装有与接收线圈数量相同的扇形永磁体，接收线圈和扇形永磁体均呈环形阵列设置。本实用新型专利技术，通过电磁感应原理在接收线圈内产生感应电动势，避免了电阻应变片的老化与温度漂移的问题，提高了使用寿命，并能使测量结果更加准确。并能使测量结果更加准确。并能使测量结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁体式电磁扭矩传感器


[0001]本技术属于扭矩传感器
，特指一种永磁体式电磁扭矩传感器。

技术介绍

[0002]扭矩是反应旋转机械设备运行状况的关键参数之一，也是旋转动力机械的重要性能指标。扭矩的测量原理可分为扭转角测量和应变测量。当扭转轴受扭矩作用时，其扭转角、最大剪切应力与扭矩成线性关系，通过测量轴的扭转角或最大剪切应力，就可求得扭矩大小与方向。
[0003]目前，应变测量原理被广泛应用于扭矩传感器中，该类传感器通过检测扭转轴上粘贴的电阻应变片电桥的输出电压，从而得到扭矩信息。如申请号为201210390390.9的专利技术公开了一种扭矩传感器，由支承座、应力板、套筒、薄壁板和电阻应变片组成；在应力板内侧面和外侧面贴有电阻应变片，且一侧应力板上的电阻应变片相对于应力板中心对称分布；在套筒内安装角接触球轴承，传动轴穿过套筒和角接触球轴承连接，当传动轴输出扭矩时，扭矩通过角接触球轴承传递到套筒上，套筒与扭矩成正比的剪切变形被传递到左右两端的应力板上使应力板发生相应形变，在应力板上的电阻应变片可以测得套筒上的扭矩信号。
[0004]由于应变片的老化、温度漂移等问题，上述扭矩传感器易损坏、环境适应性差，且因采用直流电源作为输入输出信号，故分辨率较低，仅能检测静态扭矩，限制较大。
[0005]因此，如何提供一种寿命更长、环境适应性强、精度高、准确性高的扭矩传感器成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种寿命更长、准确性更高的扭矩传感器。
[0007]本技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0008]一种永磁体式电磁扭矩传感器，其特征在于：包括套设固定于测量轴上的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板面向第二支撑板的侧面上安装有至少两个扇形的接收线圈和信号处理单元，所述接收线圈以测量轴的中轴线为中心呈环形阵列设置，所述第二支撑板面向第一支撑板的侧面上安装有与接收线圈数量相同的扇形永磁体，所述扇形永磁体以测量轴的中轴线为中心呈环形阵列设置。
[0009]本扭矩传感器放弃了电阻应变片，采用扇形永磁体提供激励磁场，通过电磁感应原理在接收线圈内产生感应电动势，避免了电阻应变片的老化与温度漂移的问题，提高了扭矩传感器的分辨率，使测量结果更加准确；同时，本扭矩传感器无需额外引线为感应电动势供电，并且扇形永磁体和接收线圈分别固定于第一支撑板和第二支撑板上，扇形永磁体和接收线圈两者与测量轴之间不存在磨损和老化的问题，有利于提高本扭矩传感器的使用寿命；将接收线圈和永磁体都设计为扇形，从而使切割磁场线的导线长度即为接收线圈在
径向上的长度，无需重新进行计算，有利于简化计算过程，提高测量精度和准确性。
[0010]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，包括第一套筒和第二套筒，所述第一支撑板的内端与第一套筒固定连接，所述第二支撑板的内端与第二套筒固定连接，所述第一套筒和第二套筒均套设于测量轴上并与测量轴过盈配合。
[0011]上述第一套筒和第二套筒的设计能够更好的实现第一支撑板和第二支撑板的周向定位，增加第一支撑板和第二支撑板与测量轴连接的稳定性，避免打滑，从而确保本电磁扭矩传感器具有较高的分辨率，提高其测量的准确性。
[0012]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，包括印制电路板，所述接收线圈和信号处理单元均设于印制电路板上，所述印制电路板安装于第一支撑板上。
[0013]本电磁扭矩传感器将接收线圈和信号处理单元直接印刷于印制电路板上，可实现低成本、可重复、可预测、高精度的批量化生产，生产效率更高，生产成本更低，接收线圈的精度更高。
[0014]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，所述信号处理单元包括供电模块、差分滤波放大模块、直流电压测量模块和单片机，所述差分滤波放大模块的输入端与接收线圈相连，所述差分滤波放大模块的输出端与直流电压测量模块电连接，所述直流电压测量模块与单片机电连接，所述单片机能够检测感应电动势的占空比并计算扭转角。
[0015]上述供电模块为直流电压测量模块和单片机供电，差分滤波放大模块与接收线圈相连，将接收线圈发出的信号进行滤波和放大后输送给直流电压测量模块，直流电压测量模块根据接收到的信号对接收线圈的感应电动势进行测量，然后将测量得到的感应电动势的信号输送给单片机，单片机根据接收到的感应电动势信号分析其占空比，并根据预设的参数以及测量得到的感应电动势以及占空比计算出扭转角，具体计算公式见工作原理，上述单片机为STM32系列的单片机，具体的，可以是STM32F030F4、STM32F030C6、STM32F030C8、STM32F070CB等型号。
[0016]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，所述接收线圈安装于印制电路板面向第二支撑板的一侧，所述信号处理单元安装于印制电路板面向第一支撑板的一侧。
[0017]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，所述第一支撑板、第二支撑板和印制电路板均呈圆环状，所述接收线圈和扇形永磁体的数量均为9个，所述接收线圈和扇形永磁体的弧度角均为20
°
，所述接收线圈和扇形永磁体在圆周方向上具有10
°
的角度差。
[0018]多个接收线圈和扇形永磁体的设计能够使本电磁扭矩传感器的误差更小，有利于提高测量的准确性，优选的，上述接收线圈和扇形永磁体的数量为9，弧度角和角度差都是为了实现本电磁扭矩传感器做的适应性设计。
[0019]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，包括固定连接的底座与罩壳，所述底座套设于测量轴上并与测量轴固定连接，所述罩壳与底座合围形成容置腔，所述第一支撑板和第二支撑板安装于容置腔内。
[0020]上述底座和罩壳的设计能够很好的保护其容置腔内的接收线圈和扇形永磁体，具有较好的防水防尘效果，有利于提高本电磁扭矩传感器的环境适用性。
[0021]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，所述罩壳上设有供测量轴穿过的通孔。
[0022]当罩壳上设有通孔时，罩壳能够直接套设在测量轴上，该设计可以适应本电磁扭
矩传感器直接安装于被测轴的工况，使本电磁扭矩传感器具有更好的环境适用性。
[0023]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，所述底座和罩壳均由磁屏蔽材料制成，或者底座和罩壳的外表面具有磁屏蔽层。
[0024]上述底座和罩壳由磁屏蔽材料制成或者设置有磁屏蔽层，能够隔绝外界磁场对本电磁扭矩传感器的影响，有利于提高测量的稳定性和准确性。上述磁屏蔽材料或者用于制造磁屏蔽层的材料为铁或铍莫合金等高磁导率的材料。
[0025]在上述的一种永磁体式电磁扭矩传感器中，所述测量轴为被测轴，或者所述测量轴通过联轴器与被测轴固定连接。
[0026]本电磁扭矩传感器的工作原理如下：当测量轴无扭转时，传感器输出信号为0；当测量轴逆时针旋转时，接收线圈切割磁感线，产生感应电动势，感应电动势为正，通过信号处理单元检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁体式电磁扭矩传感器，其特征在于：包括套设固定于测量轴(1)上的第一支撑板(2)和第二支撑板(3)，所述第一支撑板(2)面向第二支撑板(3)的侧面上安装有至少两个扇形的接收线圈(41)和信号处理单元(42)，所述接收线圈(41)以测量轴(1)的中轴线为中心呈环形阵列设置，所述第二支撑板(3)面向第一支撑板(2)的侧面上安装有与接收线圈(41)数量相同的扇形永磁体(5)，所述扇形永磁体(5)以测量轴(1)的中轴线为中心呈环形阵列设置。2.根据权利要求1所述的一种永磁体式电磁扭矩传感器，其特征在于：包括第一套筒(21)和第二套筒(31)，所述第一支撑板(2)的内端与第一套筒(21)固定连接，所述第二支撑板(3)的内端与第二套筒(31)固定连接，所述第一套筒(21)和第二套筒(31)均套设于测量轴(1)上并与测量轴(1)过盈配合。3.根据权利要求1所述的一种永磁体式电磁扭矩传感器，其特征在于：包括印制电路板(4)，所述接收线圈(41)和信号处理单元(42)均设于印制电路板(4)上，所述印制电路板(4)安装于第一支撑板(2)上。4.根据权利要求3所述的一种永磁体式电磁扭矩传感器，其特征在于：所述信号处理单元(42)包括供电模块(421)、差分滤波放大模块(422)、直流电压测量模块(423)和单片机(424)，所述差分滤波放大模块(422)的输入端与接收线圈(41)相连，所述差分滤波放大模块(422)的输出端与直流电压测量模块(423)电连接，所述直流电压测量模块(423)与单片机(424)电连接，所述单片机(424)能够检测感应电动势的占空比并计算扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢正宇，陈希良，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：新型
国别省市：