1挡板处的轴承孔 位置重合;永磁磁钢201、202和203的尺寸相同，且磁极排放顺序为SN-NS-SN。
[0037] 右支架5中的右铁心组件7的各分体分别为701、702、703和704;右磁钢组件6包括 永磁磁钢601、602和603;输出绕组8的两端分别为801和802。各组件的组装顺序依次为701-601-702-801-602-703-802-603-704;其中右铁心组件7的分体702和703的尺寸相同，且分 体702和分体704设有轴承孔，与支架2挡板处的轴承孔位置重合;磁钢601、602和603的尺寸 相同，且磁极排放顺序为SN-NS-SN。
[0038] 轴承9包括901、902、903和904,其中901和902安装在左支架1挡板的轴承孔处，903 和904安装在右支架5挡板处的轴承孔处。
[0039]图5为本发明的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机的工作原理 图：首先用便携式发电机将被测转轴夹紧，转轴为铁磁材料，通过左、右支架挡板处的轴承 建立被测转轴与便携式发电机之间的空气隙。左、右磁钢组件形成的磁场分布情况如图5 (a)所示，磁力线经由铁心组件、空气隙和被测转轴后形成闭合回路，磁场的方向如图5(a) 所示。
[0040] 便携式发电机工作时，霍尔元件401和402的控制端通入工作电流，被测转轴停转 时，左、右磁钢组件形成的磁场分布情况如图5(a)所示，此时左磁钢组件形成的磁场，与霍 尔元件401和402无匝链，霍尔元件401和402无霍尔电势输出；右磁钢组件形成的磁场，与输 出绕组8无匝链，输出绕组8不产生感应电动势。
[0041] 被测转轴转动时，如图5(b)所示，被测转轴的表面可以看做是多根导条，顺时针切 割左、右磁钢组件形成的磁场，产生如图5(b)所示的切割电动势，方向通过右手定则判断， 被测转轴的表面产生电流，该电流产生的磁场分布情况如图5(b)所示，其方向根据右手螺 旋定则判断。此时被测转轴左半部分表面电流产生的磁场与霍尔元件401和402分别匝链， 霍尔元件401和402分别输出相应的霍尔电势;被测转轴右半部分表面电流产生的磁场与输 出绕组8匝链，输出绕组8产生相应的感应电动势。
[0042]根据磁路的欧姆定理，永磁磁钢产生的磁通量为：
[0043]
[0044] 式中FP为永磁磁钢的磁势，Rmp为永磁磁钢产生的磁通经过磁路的磁阻。
[0045] 根据法拉第电磁感应定律，被测转轴顺时针以瞬时角速度ω切割永磁磁钢的磁 通，其表面所产生的切割电动势为：
[0046] eR = Ce〇p ω ⑵，
[0047] 式中Ce为与被测转轴结构相关的常数。
[0048] 根据欧姆定律，被测转轴表面产生的电流为：
[0049]
[0050]式中rR为被测转轴表面的等效电阻。
[0051]根据磁路的欧姆定理，被测转轴表面的电流产生的磁通量为：
[0052]
[0053]式中Nr为被测转轴表面的等效有效匝数，RmR为被测转轴表面的电流产生的磁通经 过磁路的磁阻。
[0054] 根据霍尔效应可知，霍尔元件产生的霍尔电势为：
[0055] Eh=KhI Or (5)，
[0056] 式中KH为与霍尔元件结构和性质相关的常数，I为霍尔元件的控制电流。
[0057] 联立式（1)~式(5)，可得：
[0058]
[0059] 根据所述式(6)可知，位于左支架的霍尔元件输出与旋转角速度成正比的的霍尔 电势。
[0060] 当被测转轴的角速度恒定时，产生的切割电动势eR恒定，电流iR恒定，产生的磁通 量恒定，与输出绕组8匝链后不会产生感应电动势；当被测转轴的角速度变化时，即存在 J
旋转角加速度γ,则被测转轴表面电流产生的磁通量存在变化分量 ，根据变 dt 压器工作原理，输出绕组8中产生的感应电动势为：
[0061]
[0062]式中N为输出绕组8的有效匝数。
[0063] 根据所述式（7)可知，输出绕组8会产生与瞬时旋转角加速度成正比的感应电动 势。
[0064] 本发明的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，安装方便，占用空 间小，无需使用联轴装置，使用时只需将被测转轴夹紧即可，能够直接将输入的瞬时旋转角 速度和角加速度同时转化为对应的电信号输出；结构简单，信号引出方便，无需电刷等装 置，不存在电刷接触电阻造成的非线性误差，测量精度高;无旋转部件，对原旋转系统的转 动惯量无影响，动态响应特性好。
[0065] 实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，包括左支架、左铁心组件、左 磁钢组件、霍尔元件、右支架、右铁心组件、右磁钢组件、输出绕组、轴承、紧固件和弹簧； 其特征在于:所述左支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄;所述左铁心组件为扇环形 分体式结构，安装在左支架的铁心槽中，且各分体之间存在夹槽;所述左磁钢组件和霍尔元 件固定在左铁心组件分体之间的夹槽中，且为交错式排放;所述左支架挡板设有轴承槽，轴 承嵌放在槽中； 所述右支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄;所述右铁心组件为扇环形分体式结构， 安装在右支架的铁心槽中；所述右铁心组件各分体之间存在夹槽，且右铁心组件部分分体 另设有绕组槽;所述右磁钢组件固定在右铁心组件分体之间的夹槽中；所述输出绕组嵌放 在右铁心组件分体的绕组槽中；所述右支架挡板设有轴承槽，轴承嵌放在槽中。2. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于:左铁心组件的分体数目为六个。3. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于：嵌放在左铁心组件各分体夹槽之间的左磁钢组件为三块，磁极排放顺序依次以SN、 NS、SN〇4. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于:嵌放在左铁心组件各分体夹槽之间的霍尔元件为两个。5. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于:右铁心组件的分体数目为四个。6. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于：嵌放在右铁心组件各分体夹槽之间的右磁钢组件为三块，磁极排放顺序依次以SN、 NS、SN〇7. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于:嵌放在右铁心组件绕组槽中的输出绕组为单相集中绕组。8. 根据权利要求1所述的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，其特征 在于:左、右支架均采用非铁磁材料制成，左、右铁心组件采用硅钢片叠制而成，输出绕组采 用电磁漆包线绕制而成。
【专利摘要】一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，包括支架、铁心组件、磁钢组件、霍尔元件、输出绕组、轴承、紧固件和弹簧。其中支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；铁心组件为扇环形分体式结构，安装在支架铁心槽中，且各分体之间存在夹槽；磁钢组件和霍尔元件固定在铁心组件分体之间夹槽中，为交错式排放；铁心组件部分分体另设有绕组槽，输出绕组嵌放在铁心组件分体的绕组槽中：支架挡板设有轴承槽，轴承嵌放在槽中。本发明的一种同时测量旋转角速度、角加速度的便携式发电机，能够同时将旋转角速度和角加速度转化为正比例的电信号输出；结构简单，无旋转部件，动态响应特性好；无换向装置，信号引出方便，抗干扰能力强，线性误差小。
【IPC分类】G01P3/46, G01P15/08
【公开号】CN105467150
【申请号】CN201511035350
【发明人】赵浩, 冯浩, 丁立军, 王璇, 吴晓阳
【申请人】赵浩
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月29日