【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密测量传感，具体涉及一种基于单绕组的电磁感应式角度传感器。
技术介绍
1、在精密角位移测量领域中，粗测、精测组合是实现高分辨力绝对角位移(角度)测量的一种有效技术方案。
2、cn109631749a公开了一种绝对式时栅角位移传感器，其通过粗测与精测结合的方式来实现绝对角位移测量。但是其仍然存在如下问题：(1)采用独立的激励绕组和感应绕组绕于定子齿上，激励绕组与感应绕组之间不可避免地存在寄生电容，从而对感应信号产生干扰；(2)激励绕组和感应绕组均绕于定子齿上，定子齿槽尺寸较大，齿槽部分的漏磁增大，并且绕线难度也较大，导致传感器绝对测量精度下降；(3)激励绕组与感应绕组紧密的距离，会给传感器信号带来误差成分。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于单绕组的电磁感应式角度传感器，以简化传感器结构，提高传感器绝对测量精度。
2、本专利技术所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，包括定子、转子和信号处理电路；定子包括定子基体和传感绕组，定子基体为导磁的圆柱环，其内圆柱面沿周向间隔均匀地开设有4n个轴向贯通的横截面为扇形的槽，形成4n个扇形齿与4n个扇形槽交错分布的空间结构；转子为导磁的圆柱环，转子位于定子基体内与定子基体同轴，且与定子基体之间留有间隙，转子能相对定子转动。所述传感器还包括粗精切换电路。
3、所述转子的外壁具有沿周向排列且沿轴向贯通的p*n个凸齿，转子的断面外轮廓线(即凸齿的轮廓线)满足：θi∈[0,2π],i＝1,
4、所述传感绕组由绕在4n个扇形齿上的4n个线圈组成，4n个线圈连接精密电阻组成电桥；4n个线圈组合形成精机绕组，通过粗精切换电路改变线圈连接关系使4n个线圈组合形成粗机绕组。
5、转子相对定子转动，上电工作时，先使粗机绕组作为电桥的一侧桥臂，在电桥输入端通入一路激励信号，电桥输出端输出感应信号，经信号处理电路处理得到粗测角度θ0，存储该粗测角度θ0，粗测角度θ0用于上电时对极定位；然后通过粗精切换电路切换使精机绕组作为电桥的一侧桥臂，电桥输出端输出感应信号，经信号处理电路处理得到精测角度θ′；将精测角度θ′与粗测角度θ0结合得到转子的绝对角度值β。一次上电测试只需使用一次粗机绕组，后续测量都使用精机绕组(即工作在精机状态)。
6、优选的，4n个线圈组合形成精机绕组的方式为：将其中某一个扇形齿称为1号定子齿，其余扇形齿沿周向依次称为2号定子齿至4n号定子齿。绕在4n-3号定子齿上的线圈相连，作为绕组段ⅰ。绕在4n-2号定子齿上的线圈相连，作为绕组段ⅱ。绕在4n-1号定子齿上的线圈相连，作为绕组段ⅲ。绕在4n号定子齿上的线圈相连，作为绕组段ⅳ。绕组段ⅰ与绕组段ⅲ连接，绕组段ⅲ与绕组段ⅱ连接，绕组段ⅱ与绕组段ⅳ连接，形成所述精机绕组。其中，n依次取1至n的所有整数。
7、绕组段ⅰ与绕组段ⅲ对应的转子位置互补，绕组段ⅱ与绕组段ⅳ对应的转子位置互补，绕组段ⅰ与绕组段ⅲ连接、绕组段ⅱ与绕组段ⅳ连接后磁导可近似抵消，满足激励恒定的条件；同时，绕组段ⅰ与绕组段ⅲ、绕组段ⅱ与绕组段ⅳ在相对位置处可以近似抵消由于粗机偏心给精机带来的误差影响。
8、4n个线圈组合形成粗机绕组的方式，因n为偶数或者奇数而组合方式不同，可概括为：一个绕组段占180°间隔一个定子齿绕线、两相邻绕组段重叠90°分布。
9、优选的，当n为偶数时，4n个线圈组合形成粗机绕组的方式为：绕在3n+2m1-1号定子齿和2m1-1号定子齿上的线圈相连，作为绕组段a；其中，m1依次取1至的所有整数。绕在2m2号定子齿上的线圈相连，作为绕组段b。绕在n+2m2-1号定子齿上的线圈相连，作为绕组段c。绕在2n+2m2号定子齿上的线圈相连，作为绕组段d。其中，m2依次取1至n的所有整数。绕组段a与绕组段c连接，绕组段c与绕组段b连接，绕组段b与绕组段d连接，形成所述粗机绕组。
10、绕组段a与绕组段c对应的转子位置处的气隙互补，绕组段b与绕组段d对应的转子位置处的气隙互补，绕组段a与绕组段c连接、绕组段b与绕组段d连接后磁导可近似抵消，满足激励恒定的条件；同时，绕组段a与绕组段c、绕组段b与绕组段d在对应转子位置处互补，可以近似抵消精机凸齿给粗机带来的误差影响。
11、优选的，所述粗精切换电路包括与线圈连接的9个二选一模拟开关；9个二选一模拟开关分别设置在9个切换节点处，9个切换节点所对应的定子齿分别为：n-3号定子齿、n-1号定子齿、3n-3号定子齿、3n-1号定子齿、2n-2号定子齿、4n号定子齿、4n-3号定子齿、4n-2号定子齿、4n-1号定子齿。具体的：第1个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在n-3号定子齿上的线圈、绕在n+1号定子齿上的线圈、绕在3号定子齿上的线圈。第2个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在n-1号定子齿上的线圈、绕在n+3号定子齿上的线圈、绕在3n+1号定子齿上的线圈。第3个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在3n-3号定子齿上的线圈、绕在3n+1号定子齿上的线圈、绕在n+3号定子齿上的线圈。第4个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在3n-1号定子齿上的线圈、绕在3n+3号定子齿上的线圈、绕在2号定子齿上的线圈。第5个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在2n-2号定子齿上的线圈、绕在2n+2号定子齿上的线圈、绕在4号定子齿上的线圈。第6个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在4n号定子齿上的线圈、电桥输入端的另一接线端子cos-、绕在2n+2号定子齿上的线圈。第7个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在4n-3号定子齿上的线圈、绕在3号定子齿上的线圈、绕在3n+3号定子齿上的线圈。第8个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在4n-2号定子齿上的线圈、绕在4号定子齿上的线圈、电桥输入端的另一接线端子cos-。第9个二选一模拟开关的三个接口分别连接绕在4n-1号定子齿上的线圈、绕在2号定子齿上的线圈、绕在n+1号定子齿上的线圈。利用粗精切换电路可实现精机和粗机共用转子、定子及线圈，分时测量。
12、优选的，所述粗精切换电路还包括2个二选一模拟开关。所述精密电阻包括电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4。电阻r1的一端作为电桥输入端的一接线端子cos+，连接绕在1号定子齿上的线圈。电阻r4的一端作为电桥输入端的另一接线端子cos-，通过第6个二选一模拟开关的一个接口连接绕在4n号定子齿上的线圈(属于绕组段ⅳ)通过第8个二选一模拟开关的一个接口连接绕在4n-2号定子齿上的线圈(属于绕组段d)。所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单绕组的电磁感应式角度传感器，包括定子(1)、转子(2)和信号处理电路；定子(1)包括定子基体(11)和传感绕组，定子基体(11)为导磁的圆柱环，其内圆柱面沿周向间隔均匀地开设有4N个轴向贯通的横截面为扇形的槽，形成4N个扇形齿(112)与4N个扇形槽(111)交错分布的空间结构；转子(2)为导磁的圆柱环，位于定子基体(11)内与定子基体(11)同轴，且与定子基体(1)之间留有间隙，转子(2)能相对定子(1)转动；其特征在于：所述传感器还包括粗精切换电路；
2.根据权利要求1所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于，4N个线圈组合形成精机绕组的方式为：
3.根据权利要求2所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于：
6.根据权利要求2所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的基于单绕组的电磁感应式角度传
8.根据权利要求7所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于：
9.根据权利要求5或8所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于单绕组的电磁感应式角度传感器，包括定子(1)、转子(2)和信号处理电路；定子(1)包括定子基体(11)和传感绕组，定子基体(11)为导磁的圆柱环，其内圆柱面沿周向间隔均匀地开设有4n个轴向贯通的横截面为扇形的槽，形成4n个扇形齿(112)与4n个扇形槽(111)交错分布的空间结构；转子(2)为导磁的圆柱环，位于定子基体(11)内与定子基体(11)同轴，且与定子基体(1)之间留有间隙，转子(2)能相对定子(1)转动；其特征在于：所述传感器还包括粗精切换电路；
2.根据权利要求1所述的基于单绕组的电磁感应式角度传感器，其特征在于，4n个线圈组合形成精机绕组的方式为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈锡侯，张治滔，张书豪，邓豪，任松，陶虹羽，董嘉炜，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
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