用于电磁感应式角度传感器的pcb线圈及角度测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于电磁感应式角度传感器装置的PCB线圈及其角度测量方法。包括：用于接收由转子反射线圈发射出的信号的接收线圈、用于接收定子发射线圈的激励磁场转子反射线圈、用于给转子反射线圈激励信号的定子发射线圈；接收线圈和定子发射线圈相互连接，且固定在静止的转轴上，转子反射线圈位于传感器转子上，三个线圈之间共轴且平行固定放置，所述的转子反射线圈包括环形线圈部分和铜片部分，环形线圈部分和铜片部分呈扇形。本发明可以实现角度的非接触式测量，并且有精度高，成本低，安装方便，便于维护和管理，对环境的要求不苛刻的优点，可以精确地、稳定地、快速地完成任务,解决了角度测量方法的可靠性，精度，以及成本等诸多问题。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及角度传感器领域，尤其涉及了一种用于电磁感应式角度传感器装置的 PCB线圈及其角度测量方法。 用于电磁感应式角度传感器的PCB线圈及角度测量方法
【背景技术】
[0002] 角度传感器作为电机中的一个重要的基础元件，在许多具有重大战略意义的产业 中都占有重要地位。在高效节能产业中，高效内燃机的实现的一个重要方式就是精确控制 燃油与空气输入的节气阀；在高端装备制造产业中，航空涡轮发动机与控制系统需要对电 机转角的精确控制，智能制造装备产业中更是将新型传感技术作为发展重点在第一条列 出，多维精密机床的实现都之有关；新能源汽车产业中实现汽车的均匀高效加速也需要对 电机转角有个精确的检测。
[0003] 相对于低寿命、难维护的接触式角度传感器，非接触式的角度传感器可以避免摩 擦，进而避免影响测量精度以及关键部件上的不可靠性。
[0004] 主要的非接触角度传感器有光电式角度传感器。但是，该传感器一般对使用的环 境要求比较的苛刻，有少许的灰尘进入光栅都会给传感器带来致命的破坏，抗振性也较差， 对于安装的要求非常的高，有少许的偏差就会使传感器不能正常工作，而且价格昂贵，非一 般人和企业能用。
【发明内容】
[0005] 为了解决角度传感器的可靠性，精度，以及成本等诸多问题，在此提出一种基于无 线电能传输和电磁感应的角度测量方法。这种角度测量方法不仅测量精度高，而且成本低， 安装方便，便于维护和管理，对环境的要求也没有光电式那样苛刻，只要不在强磁环境下工 作，便可以精确地、稳定地、快速地完成任务。
[0006] 用于电磁感应式角度传感器装置的PCB线圈包括： 接收线圈，用于接收由转子反射线圈发射出的信号， 转子反射线圈，用于接收定子发射线圈的激励磁场， 定子发射线圈，用于给转子反射线圈激励信号； 接收线圈和定子发射线圈相互连接，且固定在静止的转轴上，转子反射线圈位于传感 器转子上，三个线圈之间共轴且平行固定放置，所述的转子反射线圈包括环形线圈部分和 铜片部分，环形线圈部分和铜片部分呈扇形，所述的定子发射线圈形状为蚊香状，定子发射 线圈中电流同相。
[0007] 所述的接收线圈包括接收粗调线圈和接收细调线圈，接收粗调线圈的位置正对转 子反射线圈中环形线圈部分，接收细调线圈的位置正对转子反射线圈中的铜片部分。
[0008] 所述的接收粗调线圈由两股线圈以半圆盘的形状反向绕制而成，两个圆盘形的切 向电流方向相反，所述的接收粗调线圈包括sin接收粗调线圈和cos接收粗调线圈，sin接 收粗调线圈和cos接收粗调线圈以90°夹角放置。
[0009] 所述的接收细调线圈由线圈环绕成圈而成，相邻的线圈产生的激励磁场方向相 反，所述的接收细调线圈包括sin接收细调线圈和cos接收细调线圈；sin接收细调线圈和 cos接收细调线圈以90°夹角放置。
[0010] 所述的用于电磁感应式角度传感器装置的PCB线圈的角度测量的方法包括如下 步骤： 1) 前端电源模块对定子发射线圈进行交流激励，在定子发射线圈轴向产生交变磁场； 2) 定子发射线圈产生的轴向交变磁场在接收线圈和转子反射线圈中激励产生交变电 流，接收线圈中的sin接收粗调线圈、cos接收粗调线圈、sin接收细调线圈和cos接收细调 线圈相对于定子发射线圈的有效磁通面积为〇,即定子发射线圈与接收线圈之间的电感是 互相不耦合的，接收线圈中总激励电流为〇 ;对于转子反射线圈，在扇形的环形线圈部分产 生相应的激励电流，在铜片部分，则产生激励涡流； 3) 转子反射线圈中产生的激励电流和激励涡流，根据电磁感应原理产生相应的交变磁 场；转子反射线圈中产生的交变磁场与定子发射线圈中产生的交变磁场方向相反，大小成 正比关系； 4) 转子反射线圈产生的交变磁场激励接收线圈，并且在接收线圈中产生相应的激励电 流，接收线圈中产生的感应电场与接收线圈和转子反射线圈的角度Θ有关； 当转子反射线圈产生的交变磁场激励接收线圈的sin接收粗调线圈上时，sin接收粗 调线圈中会产生感应电场，感应电场与接收线圈和转子反射线圈的角度Θ的关系如下：
【权利要求】
1. 一种用于电磁感应式角度传感器装置的PCB线圈，其特征在于包括： 接收线圈（5)，用于接收由转子反射线圈（6)发射出的信号， 转子反射线圈（6)，用于接收定子发射线圈（7)的激励磁场， 定子发射线圈（7)，用于给转子反射线圈（6)激励信号； 接收线圈（5)和定子发射线圈（7)在同一块PCB板上，且固定在静止的转轴上，转子反 射线圈（6)位于传感器转子上，三个线圈之间共轴且平行固定放置；所述的转子反射线圈 (6)包括环形线圈部分（13)和铜片部分（12)，且环形线圈部分（13)和铜片部分（12)呈扇 形；所述的定子发射线圈（7)形状为蚊香状。
2. 根据权利要求1所述的用于电磁感应式角度传感器装置的线圈，其特征在于所述的 接收线圈（5)包括接收粗调线圈和接收细调线圈，接收粗调线圈的位置正对转子反射线圈 (6)中环形线圈部分（13)，接收细调线圈的位置正对转子反射线圈（6)中的铜片部分（12)。
3. 根据权利要求2所述的用于电磁感应式角度传感器装置的线圈，其特征在于所述的 接收粗调线圈在PCB板上呈现两个反绕的扇形线圈，且两个扇形的切向电流方向相反；所 述的接收粗调线圈包括sin接收粗调线圈（2)和cos接收粗调线圈（4)，sin接收粗调线圈 (2)和cos接收粗调线圈（4)以90°夹角在PCB板上印制。
4. 根据权利要求2所述的用于电磁感应式角度传感器装置的线圈，其特征在于所述 的接收细调线在PCB板上呈现多个反绕的环形线圈，且相邻的线圈产生的激励磁场方向相 反，所述的接收细调线圈包括sin接收细调线圈（1)和cos接收细调线圈（3) ; sin接收细 调线圈（1)和cos接收细调线圈（3)以90°夹角在PCB板上印制。
5. -种实施如权利要求1所述的用于电磁感应式角度传感器装置的PCB线圈的角度测 量的方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 前端电源模块对定子发射线圈（7)进行交流激励，在定子发射线圈（7)轴向产生交 变磁场； 2) 定子发射线圈（7)产生的轴向交变磁场在接收线圈（5)和转子反射线圈（6)中激励 产生交变电流，其中接收线圈（5)中的sin接收粗调线圈（2)、cos接收粗调线圈（4)、sin接 收细调线圈（1)和cos接收细调线圈（3)相对于定子发射线圈（7)的有效磁通面积为0,即 定子发射线圈（7)与接收线圈（5)之间的电感是互相不耦合的，接收线圈（5)中总激励电流 为〇 ;对于转子反射线圈（6)，在扇形的环形线圈部分（13)产生相应的激励电流，在铜片部 分（12)，则产生激励涡流； 3) 转子反射线圈（6)中产生的激励电流和激励涡流，根据电磁感应原理产生相应的交 变磁场；转子反射线圈（6)中产生的交变磁场与定子发射线圈（7)中产生的交变磁场方向 相反，大小成正比关系； 4) 转子反射线圈（6)产生的交变磁场激励接收线圈（5)，并且在接收线圈（5)中产生相 应的激励电流，接收线圈（5)中产生的感应电场与接收线圈（5)和转子反射线圈（6)的角 度Θ有关； 当转子反射线圈（6)产生的交变磁场激励接收线圈（5)的sin接收粗调线圈（2)上时， sin接收粗调线圈（2)中会产生感应电场，感应电场与接收线圈（5)和转子反射线圈（6)的 角度Θ的关系如下：
【文档编号】G01B7/30GK104061854SQ201410194952
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月11日 优先权日:2014年5月11日
【发明者】李霄霄, 郑翰, 林逸铭 申请人:浙江大学