本发明专利技术公开了一种轴向位移传感器，是被动型磁电式，专门用于旋转部件的轴向位移测量，原始信号电压较高，抗干扰能力强体积小，它包括永磁块(2)，线圈(4)，定子(6)，转子(3)，转子(3)与定子(6)间设气隙(7)，还在于永磁块(2)固定在转子(3)上，使磁极(9)磁场在气隙(7)处以N-S的顺序沿转子(3)周向排列，它还具有同轴并列的两个定子(6)，在两定子(6)上靠近气隙(7)的位置设置线圈(4)，两个定子(6)的线圈(4)间具有中间缝(10)，转子(3)的磁极(9)对在中间缝(10)的中间，两定子(6)的线圈(4)出线对冲相连(8)，转子(3)转动时使感应的电动势相减从而取得信号。采用这种结构的轴向位移传感器无动态频率响应问题，令测量精度、灵敏度，及用于控制时的系统稳定性大为提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种位移传感器，特别是检测旋转部件轴向位移的传感器，它不带能量源，以磁感应方式取得位移信号，是能量转换型或称被动型磁电式传感器。
技术介绍
位移传感器已形成相当庞大的产业规模，通常为包含电涡流式传感器的电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器等。它们在信号变换过程中其能量靠外电源供给属于能量控制型传感器。见《传感器技术》清华大学出版社、北京交通大学出版社，孙键民、杨清海编著2005年10月第I版，第4页。也可称主动型传感器。磁电式传感器，是利用电磁感应原理，将被测对象的能量转换成线圈中的感应电势输出信号的一种传感器。例如《传感器技术》清华大学出版社、北京交通大学出版社，孙键民、杨清海编著2005年10月第I版，第6章介绍的恒定磁通磁电式传感器，是利用其感应电压与被测物体的运动速度的线性关系来获取该速度值。变磁阻磁电式传感器，一般都做成转速传感器，运动的铁磁性材料制成齿轮，转动中气隙厚度是不断以齿为周期改变的，即磁路中的磁阻以此周期波动，气隙中磁通波动使线圈中的感应电动势以一定的频率输出，该频率和齿数便决定了转速。它们是能量转换型或称被动型传感器。现有技术的位移传感器在用于旋转部件比如转子的轴向位移测量时占用空间较大。再则，比如普通的电感式位移传感器频率响应较低，不适合快速动态测量，见上述《传感器技术》第81页，所以在超高转速的位移测量时较困难。新型的超高振荡频率的电感式位移传感器的价格又很高，其感应的原始信号电压较低，必须有高抗干扰的电磁屏蔽线引导。而现有技术的普通磁电式被动型传感器的结构不适用于旋转部件的轴向位移测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种被动型磁电式轴向位移传感器。它成本要低、感应的原始信号电压要高、抗干扰能力强，专门适合旋转部件的轴向位移测量，当用于对转子的轴向位移进行控制时可提高控制稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思是由电机原理，永磁体与转子同转，线圈在定子上静止，则线圈中感应出电动势。轴向并列两组定子线圈并且对齐，它们共享一个转子，转子设在线圈并列中间缝的中位并将该处作为初始零位，这时流过两边每个定子线圈的磁通量相等，若两边定子线圈还具有的几何角度大小和总匝数对应相等，即完全对称，转子转动时，则感应电动势相减为零；当转子有轴向偏移时，定子线圈从同一个转子磁极分享的磁通量，一边的变大而另一边变小，转子转动时，两边定子线圈的感应电动势相减反映出轴向位移量；如果先整流成直流后取值之差，在并列缝的中心定为z座标零点，则可知轴向位移量和正负方向。若两边定子线圈的不完全对称，感应电动势差为零时的转子初始零位与中间缝的中位就不重合，这种情况只需由测量电路将数据作简单矫正，便可使z座标零点移至并列缝的中心。输出电动势差与位移、转速的关系为Δ ez = K Δ z ωAez为输出电动势差；Λ ζ为轴向位移量；ω为角速度转速； K为构造系数。为常量，它与永磁的种类、转子与定子间气隙厚度、线圈的匝数个数以及排列，结构尺寸等相关。为实现本专利技术基本构思的技术方案是一种轴向位移传感器，它包括永磁块，线圈，定子，转子，转子与定子间设气隙，其特征在于永磁块固定在转子上，使磁极磁场在气隙处以N-S极顺序沿转子周向排列，它还具有同轴并列的左右两个定子，线圈设置在两定子上靠近气隙的位置，两个定子的线圈间具有中间缝，转子的磁极对在中间缝的中间，两定子的线圈出线对冲相连，转子转动时使感应的电动势相减从而取得信号。对冲相连是指连接后线圈的电动势为相减，总幅值变小。两定子线圈出线的对冲相连也可以是整流对冲相连或者不整流对冲相连，前者变成直流后电动势相减可辨别位移的大小和方向，后者仅适用于辨别位移的大小。两定子的线圈具有相同的几何角度大小和总匝数，且周向位置相同即左右线圈对齐为最佳，称为左右两边的完全对称。这里左右是以轴向在纸面上横的方向来定义的位置。线圈几何角度的大小也与磁极所占的几何角度大小相等为最佳。线圈可以嵌卡在硅钢片制成的定子铁芯的线槽中以减少磁阻。同样永磁块也可吸合在转子铁芯上。线圈的个数可以是单个也可以多个乃至绕ζ轴整周布置，线圈不是整周布置时，以两定子的线圈在同一个周向位置比较好。线圈嵌卡在定子铁芯上时，由于磁通主要经铁芯使线圈分享磁通量，中间缝在结构上由两定子铁芯形成，定子铁芯属于定子也可以认为就是定子；永磁块吸合在转子铁芯时，转子铁芯或者永磁块和转子铁芯的组合属于转子也可以认为就是转子。本方案还可以是，不设定子铁芯比如线圈固定在非金属材料的定子上，这时中间缝在结构上由两定子线圈形成；和、或者没有转子铁芯，永磁块固定在非铁磁性材料的转子上。每边定子的线圈可以串联在一起以提闻感应电动势，也可以并联在一起以获取更好的波形，并具有即使一组线圈断线也能工作的安全冗余。这种串并联可以先整流再进行也可以串并联后再整流。定子铁芯在气隙边缘可以为Γ形构造，Γ形上面的横可以两边出头，也可以仅在中间缝侧出头，横的端头可以平头也可以尖头。Γ形构造有利于两定子并列时，即使线圈及其绝缘层的空间占用，中间缝也能按所需的尺寸配置，以提高测量精度。Γ形构造可以是整体结构，也可以是多个零件拼装而成。中间缝的存在是为了分割轴向的方向，ζ轴的零点在中间缝的中间。中间缝即让两定子间的磁通不贯通，又配备传感器所需的精度和灵敏度。为满足常规的检测和控制要求，以设定子铁芯为更好；中间缝一般以O. 05mm至O. 5mm宽为好。 本专利技术与永磁电机用途和领域不同，但是，永磁电机中转子的永磁块各种周向排布方式均适用于本专利技术但并不是必须布满整周，本专利技术的线圈排列与联接则不同于电机。本专利技术的转子可以在定子外即外转子、内定子构造，也可以在定子内即内转子、夕卜定子构造。本专利技术转子的磁极可以就是永磁体自身的磁极，也可以是独立的转子铁芯吸附在永磁体上而形成磁极。为控制器数据采集和计算的便捷，永磁磁极的数量以2的整数次方倍为佳，比如2、4、8、16、32等。永磁块可以为32片，以永磁块的16对磁极，面朝气隙周向排列在转子面上。本专利技术还具有转速传感器功能，信号变换电路读取波峰数除以转子的极对数便可得转子转速。对于固定转速的应用场合，ω转速角速度为常量，得到了输出电动势差Aez便可知转子的位移量和方向。而对于变转速的场合，信号变换电路测得转子转速，然后将转速除电动势差得到转子的位移量和方向。本专利技术获得的电动势差的电压值，通常可以是以伏为单位的量级，所以抗干扰能力强。本专利技术的左右两定子的线圈左右两边完全对称时，转子若有径向位移，气隙一侧大另一侧小，气隙中的磁通密度相应一侧小另一侧变大，两侧的变化量值相当；转子有侧转时，一边定子的半圈线圈流过的磁通密度变大另半圈变小，另一边定子相应的半圈线圈流过的的磁通密度变小另半圈变大。在这两种情况下，线圈绕ζ轴整圈布置时，单个定子的感应电动势量值基本不变；对于仅径向位移，两定子线圈非整周布置，且在同一周向位置时，两定子的感应电动势是同增同减影响也不大。总之仍然以线圈绕ζ轴整周布置为好，以完全消除径向和侧转扰动耦合的影响。在应用时，设定一系列的转子轴向位移量，测得对应的一系列电动势差来进行传感器的特性标定。本专利技术的技术方案列出了为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘延风，
申请(专利权)人：刘延风，
类型：发明
国别省市：
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