角度传感器的制作方法

1.本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种角度传感器。


背景技术：

2.永磁式非接触线性位移角度传感器是利用角度变化来定位物体位置的电子元件。其适用于工业领域中需要测量角度的场合。例如，在机器人机械臂的关节处，利用电机进行动作控制，而通过安装有电机、角度传感器、减速器于一体的机器人关节模组，可以直接监测到机械臂的弯曲状态。相关技术中，该角度传感器的转轴通常借助弹性元件以实现复位功能，但弹性元件在长时间往复转动的工况下，自身因应力松弛以至于抗应力松弛能力下降，进而造成角度传感器因复位不准而影响到测量精度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种角度传感器，可改善因弹性元件抗应力松弛能力下降而影响到测量精度的问题。
4.为改善上述技术问题，本实用新型采用一种技术方案是：提供一种角度传感器，包括壳体组件、转轴、磁体、电路板和复位机构。壳体组件设置有第一腔体和第二腔体；转轴收容于所述第一腔体内，并可相对于所述壳体组件转动；磁体连接于所述转轴朝向所述第二腔体的一端；感应元件收容于所述第二腔体内，所述感应元件与所述磁体相对设置；复位机构包括第一复位件以及与所述第一复位件磁性相吸的第二复位件，所述第一复位件固定于所述壳体组件，所述第二复位件固定于所述转轴，当所述转轴相对于所述壳体组件转动后，所述转轴可在所述第二复位件和所述第一复位件的磁力作用下复位。
5.可选地，所述第一复位件的一端与所述第二复位件的一端相对设置且极性相反，所述第一复位件的另一端与所述第二复位件的另一端相对设置且极性相反。
6.可选地，所述第一复位件和所述第二复位件的形状均为半环形；所述第一复位件的中心轴线、所述第二复位件的中心轴线和所述转轴的中心轴线均同轴设置。
7.可选地，所述壳体组件包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体连接围合形成所述第一腔体，所述第二壳体还设有与所述第一腔体不连通的所述第二腔体。
8.可选地，所述第一壳体设有第一安装槽，所述第一复位件容置于所述第一安装槽内；
9.所述转轴设有第二安装槽，所述第二复位件容置于所述第二安装槽内；
10.其中，所述第一安装槽与所述第二安装槽沿所述转轴的中心轴线方向间隔设置。
11.可选地，所述第一壳体设有第一限位部，所述转轴设有第二限位部，所述第二限位部用于与所述第一限位部抵接，以限制所述转轴的转动角度。
12.可选地，所述第一壳体具有第一围壁，所述第二壳体具有限位凹槽；
13.所述转轴包括轴体，所述轴体背离所述第二腔体的一端抵接于所述第一围壁的端
面，所述轴体朝向所述第二腔体的一端抵接于所述限位凹槽的端面。
14.可选地，所述第一壳体具有中空套管，所述轴体容置于所述中空套管内；
15.所述角度传感器还包括第一密封件，所述第一密封件连接于所述轴体和中空套管之间，以密封所述轴体与所述中空套管之间的间隙。
16.可选地，所述第二壳体设有密封凹槽；
17.所述角度传感器还包括第二密封件，所述第二密封件容置于所述密封凹槽内，以密封所述第二壳体与第一壳体之间的间隙。
18.可选地，所述第二壳体设有连通所述第二腔体的开口；
19.所述角度传感器还包括第三密封件，所述第三密封件设置于所述开口处，以将所述第二腔体密封。
20.本实用新型实施例的有益效果是：在本实用新型实施例中，转轴上的第二复位件始终会在壳体组件的第一复位件的磁力作用下而转动至与第二复位件相对应，进而减少了转轴借助弹性元件转动时出现的抗应力松弛能力下降的情形，从而改善了角度传感器因复位不准而影响到测量精度的问题。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
22.图1为本实用新型实施例提供的一种角度传感器的结构示意图；
23.图2为图1所示的角度传感器的结构爆炸图；
24.图3为图1所示的角度传感器的主要部件组装后的纵向剖视图；
25.图4为图2所示的第一壳体、第一复位件和转轴的结构爆炸图；
26.图5为图2所示的转轴和第二密封件的结构爆炸图。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
29.在本实用新型的描述中，应当说明的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
30.在本实用新型的描述中，应当说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
31.为便于描述，本实用新型实施例以角度传感器应用于待检测设备为例说明，该待检测设备可包括机架、机械臂以及控制机械臂相对于机架转动的控制系统。可以理解的是，角度传感器的应用场景实则是多样的，角度传感器还可应用于除待检测设备以外其他适用于角度传感器的机械装置中，例如，该角度传感器亦可装载于汽车控制系统中用于感应油门踏板、刹车踏板、离合器踏板的角度变化。
32.请参阅图1和图2示出的示例，图1为本实用新型实施例提供的一种角度传感器的结构示意图；图2为图1所示的角度传感器的结构爆炸图。该角度传感器包括壳体组件10、转轴20、磁体30、电路板(图未示)以及复位机构50。壳体组件10用于固定在待检测设备的机架，壳体组件10限定出彼此独立的第一腔体11a和第二腔体12a。转轴20安装于第一腔体11a，并可相对于壳体组件10转动，转轴20用于与待检测设备的机械臂连接。磁体30位于第一腔体11a内，并与转轴20的一端连接。电路板安装于第二腔体12a，电路板用于与待检测设备的控制系统电连接，电路板设有感应元件(图未示)。复位机构50包括第一复位件51以及与第一复位件51磁性相吸的第二复位件52，第一复位件51连接于壳体组件10，第二复位件52连接于转轴20。
33.如图4和图5所示，第一复位件51和第二复位件52的形状均为半环形；半环形的第一复位件51的中心轴、半环形的第二复位件52的中心轴和转轴的中心轴线x均同轴设置。其中，第一复位件51的一端与第二复位件52的一端相对设置且极性相反，第一复位件的另一端与第二复位件的另一端相对设置且极性相反。例如，第一复位件51的一端为n极，与其相对应的第二复位件52的一端为s极，第一复位件51的另一端为s极，与其相对应的第二复位件52的一端为n极。可以理解的是，第一复位件51和第二复位件52的构造并不局限于此，例如，在本实用新型另一些实施例中，第一复位件51和第二复位件52中的一者为磁性件，另一者为具有磁性的金属材料。还可以理解的是，沿转轴的径向方向，第一复位件和第二复位件还可间隔且相对设置。
34.机械臂受到待检测设备的控制系统的控制时，转轴20在机械臂的驱动下自第一位置转动至第二位置，进而带动磁体30转动，电路板上的感应元件感测到磁体30转动时的磁场变化，以测量磁体30转动的角度，感应元件可将测量到的转动角度通过电路板输出至待检测设备的控制系统，进而待检测设备的控制系统获取到当前机械臂与机架之间的夹角；机械臂未受到待检测设备的控制系统的控制时，此时，转轴20不再受外力作用，转轴20可在第一复位件51和第二复位件52的磁性作用下复位至第一位置，其中，第一位置可为转轴20未转动时的初始位置，第二位置可为转轴20转动后所处的位置。
35.接下来，结合附图所例示依次对前述的壳体组件10、转轴20、磁体30和电路板的具体构造展开描述。在不冲突的情况下，下述的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。
36.对于上述壳体组件10，壳体组件10为上述各部件的安装支撑结构，请结合图3一并参阅图2示出的示例，图3为图1所示的角度传感器的主要部件组装后的纵向剖视图；壳体组件10包括第一壳体11和第二壳体12。第一壳体11和第二壳体12可拆卸连接，并与第二壳体12一同限定出上述第一腔体11a。
37.第一壳体11具有第一顶壁111、第一外周壁112和中空套管113；第一外周壁112自第一顶壁111周缘向下延伸，第一外周壁112远离第一顶壁111的端面设有第一台阶部1121，第一台阶部1121用于与下文将要进一步说明的第二壳体12定位配合；第一壳体11的第一顶壁111开设有通孔111a，与第一顶壁111一体成型的第一围壁114从该通孔111a的位置向第一壳体11开口方向延伸；中空套管113围绕该通孔111a且可与该第一围壁114界定出第一安装槽11b，第一复位件51容置于该第一安装槽11b内，中空套管113远离第一顶壁111的端面设有第一限位部1131，第一限位部1131用于与下文将要详细说明的转轴20的第二限位部211相抵接。
38.第二壳体12具有第二顶壁121、第二外周壁122和第二围壁123；第二顶壁121的形状与第一壳体11的第一顶壁111的形状相适配，第二外周壁122自第二顶壁121周缘向下延伸并与第二顶壁121限定出上述第二腔体12a，第二腔体12a用于容置下文将要详细说明的电路板；第二壳体12的第二顶壁121周缘设有与第一台阶部1121相匹配的定位缺口；第二顶壁121朝向第一壳体11的表面设有用于容置下文将要详细说明的磁体30的限位凹槽121a，限位凹槽121a的孔径略小于中空套管113的孔径，限位凹槽121a与第一壳体11的中空套管113呈同轴设置；第二围壁123位于该限位凹槽121a的外侧，第二围壁123自第二顶壁121朝向第一壳体11的表面向上延伸，第二围壁123用于与上述第一壳体11的第一外周壁112相抵接。
39.组装壳体组件10时，第二壳体12可借助螺纹紧固件螺接固定于第一壳体11，如图3所示，第一壳体11的第一台阶部1121在螺纹紧固件的螺接固定作用下嵌设于第二壳体12的定位缺口内，并与定位缺口底面紧密接触；同理，第二壳体12的第二围壁123在螺纹紧固件的螺接固定作用下第二围壁123外周面与第一壳体11的第一外周壁112内周面紧密接触，以使得第一腔体11a具有良好地密封性。可以理解的是，本实用新型实施例对第一壳体11和第二壳体12之间的连接方式不局限于此，例如，第一壳体11和第二壳体12亦可采用铰接、粘接或者卡接。
40.对于上述转轴20，请结合图4和图5一并参阅图2示出的示例，图4为图2所示的第一壳体、第一复位件和转轴的结构爆炸图；图5为图2所示的转轴和第二密封件的结构爆炸图；该转轴20具有轴体21、第一凸起22和第二凸起23。轴体21穿设在第一壳体11的中空套管113内且相对于中空套管113可转动，第一凸起22自转轴20的一端向上延伸穿过第一壳体11的通孔111a并伸出于第一壳体11外，第一凸起22的中心设有用于供上述机械臂插接的插槽；第二凸起23自转轴20的另一端向下延伸并处于第二壳体12的限位凹槽121a内；轴体21的另一端还设有与第一壳体11的第一限位部1131抵接的第二限位部211；轴体21的外周壁环设有用于容置第二复位件52的第二安装槽21a，第二安装槽21a的形状与第一壳体11的第一安装槽11b的形状相匹配，且第二安装槽21a的位置与第一安装槽11b的位置相对应。
41.进一步地，轴体21的一端端面以第一凸起22为中心周向分布有多个第一筋条(未示出),各第一筋条的端面抵接于第一壳体11的第一围壁114；轴体21的另一端端面以第二凸起23为中心周向分布有多个第二筋条(未示出)，各第二筋条的端面抵接于第二壳体12的限位凹槽121a的槽壁。抵接于第二壳体12的限位凹槽121a的槽壁；如此设置，便于减少轴体21与第一壳体11以及第二壳体12的相对摩擦，利于转轴20相对于壳体组件10的转动。
42.进一步地，转轴20的第二限位部211与第一壳体11的第一限位部1131均呈c形，第
二限位部211的两端均用于与第一限位部1131相抵接。当转轴20在机械臂驱动下转动至极限位置时，转轴20的第二限位部211可抵接于第一壳体11的第一限位部1131的一端端面，从而限定该转轴20的最大转动角度。示例性地，该转轴20的转动角度范围为0
°‑
120
°
。可以理解的是，第一壳体11的第一限位部1131的形状不局限于此，只需限制转轴20的最大转动角度即可。
43.需要注意的是，第二复位件52安装于转轴20的第二安装槽21a内，而第二复位件52与第一复位件51磁吸配合会使得转轴20回转，而转轴20的第二限位部211会限制转轴20的转动，基于此，为了避免第二复位件52与第一复位件51的磁吸作用失效，在本实用新型实施例中，沿转轴20的轴向方向，转轴20的第二安装槽21a的投影与转轴20的第二限位部211的投影可不完全重叠。
44.由于转轴20的轴体21与第一壳体11的中空套管113之间存在间隙，水汽或者灰尘可从该间隙渗入壳体组件10的第一腔体11a内，进而影响到角度传感器的测量精度。因此，为了密封转轴20的轴体21和中空套管113之间的间隙，可选地，轴体21的外周壁环设有环状凹槽21b；角度传感器还包括第一密封件71。如图2所示，第一密封件71容置于该环状凹槽21b内，并分别与第一壳体11的中空套管113内周面以及环状凹槽21b的槽底抵接。较优地，第一密封件71与环状凹槽21b的数量均为两个，一第一密封件71容置于一环状凹槽21b内，沿轴体21一端至轴体21另一端的方向，两个环状凹槽21b依次间隔设置。
45.对于上述磁体30，磁体30呈环状，环状磁体30的内径略小于转轴20的第二凸起23的外径，环状磁体30可与转轴20的第二凸起23过盈配合以固定在转轴20的第二凸起23上；磁体30沿其周向依次交替分布有极性互为相反的多个磁极部。可以理解的是，在本实用新型实施例中对磁体30和转轴20的第二凸起23之间的连接方式不局限于此，例如，磁体30亦可通过粘接件粘接固定于第二凸起23上。
46.对于上述电路板，电路板与磁体30相对设置，电路板与连接线60电连接，电路板上设有多个感应元件，多个感应元件呈环状布设于电路板的表面，如此设置，在转轴20旋转时，磁体30随转轴20的转动，多个磁极部亦随之改变位置，以使得感应元件感应到磁体30的磁通量变化并相应生成相位差，从而通过电路板反馈出转轴20自第一位置转动至第二位置时的角度和转轴20当前所处的位置。示例性地，感应元件为霍尔传感器。
47.为便于角度传感器与待检测设备的控制系统电连接，第二壳体12的第二外周壁122设有缺口(图未示)，缺口的内周面设有卡槽(图未示)，可选地，角度传感器还包括连接线60，连接线60上设有与卡槽配合的卡接部61。如图2所示，连接线60的一端用于与电路板电连接，卡接部61嵌设于卡槽内，并灌入胶水后可将卡槽与卡接部61之间的间隙密封，进而将连接线60牢牢固定在第二壳体12上。
48.在本实用新型实施例中，转轴上的第二复位件始终会在壳体组件的第一复位件的磁力作用下而转动至与第二复位件相对应，进而减少了转轴借助弹性元件转动时出现的抗应力松弛能力下降的情形，从而改善了角度传感器因复位不准而影响到测量精度的问题。需要注意的是，由于第一复位件和第二复位件均采用磁性材料制成的，这会对转轴上的磁体的磁场造成干扰，进而影响到感应元件的感测精度，因而，在第二复位件靠近磁体的表面设置屏蔽磁性物质层，以阻隔第二复位件的磁性。示例性地，屏蔽磁性物质层可采用坡莫合金、镍铁合金等具有高磁导率的铁磁性(软磁)材料所构成。
49.此外，感应元件是感应磁体转动后产生的磁通量变化生成相位差的，而磁体的旋转不稳定都会使得磁通量不规则变化。于是在本实用新型实施例中，一方面，通过第一壳体的第一围壁与第二壳体的限位凹槽121a的槽壁共同限制转轴的轴向上的偏移，另一方面，通过第一壳体的中空套管限制转轴的径向上的偏移，从而增强转轴转动时的稳定性。
50.在一些实施例中，壳体组件10的第一腔体11a内会出现进水或者进灰尘的情况，基于此，为了改善壳体组件10的密封性能。可选地，第二壳体12的第二顶壁121朝向第一壳体11的表面还设有收容第二密封件72的密封凹槽(未示出)，密封凹槽环绕于第二壳体12的第二围壁123的外周；角度传感器还包括第二密封件72。继续如图3所示，第一壳体11和第二壳体12螺接固定后，第二密封件72收容于密封凹槽内，并且第二密封件72弹性抵持于第一壳体11的第一外周壁112的端面上。示例性地，第二密封件72为橡胶密封圈。
51.在一些实施例中，壳体组件的第二腔体内会出现进水或者进灰尘的情况，基于此，为了改善壳体组件的密封性能。可选地，角度传感器还包括第三密封件，第三密封件设置于第二壳体的与第二腔体连通的开口处，以将第二腔体密封。在本实用新型实施例中，电路板可通过胶水或者其他封装元件封装在第二壳体12的第二腔体12a内，待胶水凝固即为前述第三密封件，可将第二壳体12的开口密封，从而将电路板与外界环境隔绝。
52.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。