一种小型化差动变压器式角度传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器制造领域，尤其是一种小型化差动变压器式角度传感器。

背景技术：

电位器式角度传感器是目前普遍使用的角度传感器，该类角度传感器采用接触式测量方式，其内部设有电阻及与电阻连接的电刷触头，被测运动部件使得电刷触头发生转动，从而使得电阻的阻值发生变化，通过阻值变化量以实现对被测运动部件的角度测量。当应用现场的振动较大时，现有技术中的电位器式角度传感器电刷触头容易出现接触不良，从而影响可靠性和测量精度。

为了解决上述技术问题，有必要开发出新的、具有非接触式测量方式的角度传感器。

技术实现要素：

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种小型化差动变压器式角度传感器，其能够实现-45°至+45°范围内的角度位移测量，其详细技术方案如下：

一种小型化差动变压器式角度传感器，其包括桶状的定子外壳，所述定子外壳的内壁上固定连接有线圈骨架，所述线圈骨架内穿设有转轴，所述转轴上固定套设有铁芯；其中：所述转轴的一端与设置在所述定子外壳左端的第一端盖连接；另一端穿过设置在所述定子外壳右端的第二端盖并延伸至所述定子外壳的外部；所述线圈骨架的内壁上沿周向均匀排布有大小及形状完全相同的第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿及第四凸齿，所述第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿及第四凸齿上绕设有初级线圈组及次级线圈组；所述铁芯的外壁上沿周向对称设置有第一凸起部及第二凸起部，所述第一凸起部及所述第二凸起部的中心角均为90°。

进一步的，所述第一端盖上设有第一轴承，所述第二端盖上设有第二轴承，所述转轴的一端穿设在所述第一轴承上，所述转轴的另一端穿过所述第二轴承并延伸至所述定子外壳的外部。

进一步的，所述定子外壳上穿设有出线孔。

进一步的，所述初级线圈组及所述次级线圈组由绝缘漆包铜导线绕制而成。

进一步的，所述初级线圈组包括沿周向依次串联在所述第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿及第四凸齿上的第一初级线圈、第二初级线圈、第三初级线圈及第四初级线圈，所述第一初级线圈、第二初级线圈、第三初级线圈及第四初级线圈的匝数均相等；所述次级线圈组包括沿周向依次串联反接在所述第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿及第四凸齿上的第一次级线圈、第二次级线圈、第三次级线圈及第四次级线圈，所述第一次级线圈、第二次级线圈、第三次级线圈及第四次级线圈的匝数均相等。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)实现-45～45°范围内的非接触式角度测量，其抗振能力、测量精度得到显著提升；(2)其结构简单、使用方便、生产成本低。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸图；

图2为图1中的线圈骨架的结构示意图；

图3为图1中的铁芯的结构示意图；

图4为图1中的初级线圈组及次级线圈组的结构示意图；

图5为铁芯的转角为0°时，铁芯与线圈骨架的位置关系图；

图6为铁芯的转角为+45°时，铁芯与线圈骨架的位置关系图；

图7为铁芯的转角为-45°时，铁芯与线圈骨架的位置关系图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点、能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图4所示，在一个具体实施例中，本实用新型的小型化差动变压器式角度传感器包括桶状的定子外壳1，转轴2、线圈骨架3及铁芯4。

所述定子外壳1的左端设有第一端盖5，所述第一端盖5上设有第一轴承7。所述定子外壳1的右端设有第二端盖6，所述第二端盖6上设有第二轴承8。所述定子外壳1上还穿设有出线孔(未图示)，供电源线穿过。

所述线圈骨架3固定连接在所述定子外壳1的内壁上。所述转轴2穿设在所述定子外壳1的内部，其一端穿设在所述第一轴承7上，另一端穿过第二轴承8并延伸至所述定子外壳1的外部，用于连接被测运动部件(未图示)。

所述铁芯4固定套设在所述转轴2上，所述铁芯4位于所述线圈骨架3的内腔内，并与所述线圈骨架3同轴。所述转轴2能够带动所述铁芯4在所述线圈骨架3内转动。

如图2所示，所述线圈骨架3的内壁上沿周向均匀排布有大小及形状完全相同的四个凸齿，分别为第一凸齿31、第二凸齿32、第三凸齿33及第四凸齿34。

如图3所示，所述铁芯4的外壁上沿周向对称设置有第一凸起部41及第二凸起部42。所述第一凸起部31及所述第二凸起部32的中心角均为90°。如图5所示，初始位置(铁芯4的转角为0°)时，第一凸起部41正好同时覆盖第一凸齿31及第二凸齿32的半个端面(朝向铁芯4的端面)，第二凸起部42正好同时覆盖第三凸齿33及第四凸齿34的半个端面(朝向铁芯4的端面)。

本实用新型的小型化差动变压器式角度传感器还包括有初级线圈组及次级线圈组。如图4所示，所述初级线圈组包括沿周向依次串联在所述第一凸齿31、第二凸齿32、第三凸齿33及第四凸齿34上的第一初级线圈P1、第二初级线圈P2、第三初级线圈P3及第四初级线圈P4，所述第一初级线圈P1、第二初级线圈P2、第三初级线圈P3及第四初级线圈P4的匝数均相等。所述次级线圈组包括沿周向依次串联反接在所述第一凸齿31、第二凸齿32、第三凸齿33及第四凸齿34上的第一次级线圈S1、第二次级线圈S2、第三次级线圈S3及第四次级线圈S4，所述第一次级线圈S1、第二次级线圈S2、第三次级线圈S3及第四次级线圈S4的匝数均相等。

也就是说，所述第一凸齿31上绕设有所述第一初级线圈P1及所述第一次级线圈S1，所述第二凸齿32上绕设有所述第二初级线圈P2及所述第二次级线圈S2,所述第三凸齿33上绕设有所述第三初级线圈P3及所述第三次级线圈S3，所述第四凸齿34上绕设有所述第四初级线圈P4及所述第四次级线圈S4。

所述初级线圈组的绕线起始端与外部电源连接，以产生激励信号。所述次级线圈的绕线起始端用于输出感生电压信号。所述初级线圈组及所述次级线圈组均由绝缘漆包铜导线绕制而成，其制作简单、表面绝缘性能好。

如图5至图7所示，本实用新型的工作原理：

当初级线圈组与外部电源导通并获得激励电压Usr时，第一初级线圈P1、第二初级线圈P2、第三初级线圈P3及第四初级线圈P4分别产生磁通Φ1、Φ2、Φ3及Φ4，其中Φ1与Φ3的方向一致，Φ2与Φ4的方向一致。

当与转轴2连接的被测运动部件(未图示)发生转动时，铁芯4在线圈骨架3内产生同步转动，从而引起第一次级线圈S1、第二次级线圈S2、第三次级线圈S3及第四次级线圈S4中的感生电势产生相应变化，最终使得次级线圈组输出的差动输出电压Usc发生相应变化。

本实施例中，由于所述第一次级线圈S1、第二次级线圈S2、第三次级线圈S3及第四次级线圈S4依次串联反接，所以第一次级线圈S1与第三线圈S3产生的感生电势的方向一致，第二次级线圈S2与所述第四次级线圈S4产生的感生电势的方向一致。差动输出电压Usc即为所述第一次级线圈S1与所述第三次级线圈S3的感生电势之和减去于所述第二次级线圈S2与所述第四次级线圈S4的感生电势之和。

下面以铁芯4的转角为0°、+45°及-45°为例，进一步描述本实用新型的工作原理，具体如下：

如图5所示，当铁芯4的转角为0°(初始位置)时，所述第一凸起部41覆盖第一凸齿31及第二凸齿32的端面，所述第二凸起部42覆盖第三凸齿33及第四凸齿34的端面，并且：第一凸齿31、第二凸齿32、第三凸齿33及第四凸齿34被覆盖的端面的面积相等(均为一半端面被覆盖)。此时，磁通量Φ1、Φ2、Φ3及Φ4的大小相等，第一次级线圈S1、第二次级线圈S2、第三次级线圈S3及第四次级线圈S4的产生感生电势的大小也相等。对应的，次级线圈组输出的差动输出电压Usc为零。

如图6所示，当铁芯4的转角为+45°(顺时针转动)时，所述第一凸齿31及第三凸齿33的端面完全暴露，所述第二凸齿32及第四凸齿34的端面分别被第一凸起部41及第二凸起部42完全覆盖。此时，磁通量Φ1及Φ3达到最大值，第一次级线圈S1及第三次级线圈S3的感生电势达到最大值；磁通量Φ2及Φ4达到最小值，第二次级线圈S2及第四次级线圈S4的感生电势达到最小值。对应的，次级线圈组输出的差动输出电压Usc达到正向最大值。

如图7所示，当铁芯4的转角为-45°(逆时针转动)时，所述第一凸齿31及第三凸齿33的端面分别被第一凸起部41及第二凸起部42完全覆盖，所述第二凸齿32及第四凸齿34的端面完全暴露。此时，磁通量Φ1及Φ3达到最小值，第一次级线圈S1及第三次级线圈S3的感生电势达到最小值；磁通量Φ2及Φ4达到最大值，第二次级线圈S2及第四次级线圈S4的感生电势达到最大值。对应的，次级线圈组输出的差动输出电压Usc达到反向最大值。

当然，当铁芯4的转角为-45～45°之间的其他角度时，差动输出电压Usc也会取得相应的输出值，由于差动输出电压Usc与铁芯4的转动角度成线性关系，所以可以根据差动电压铁芯4的值计算出铁芯4的转动角度的大小及方向。可见，本实用新型能够实现-45°至+45°范围内的精确角度测量。

上文对本实用新型进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本实用新型的保护范围。本实用新型所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。