CN102102996B - 一种超过360°角度的限位传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种超过360°角度的限位传感器装置，这种装置是由：支撑盘、固定在支撑盘上的内拨杆、滑环和固定在滑环上面的外拨杆，安装在滑环内部的复位弹簧、滑块、磁钢，安装在被测回转体部件上的一对霍尔元件、安装在被测固定体部件上面的拨块组成。本发明的限位传感器装置，安装在需要检测转动角度达到360°机械装置的零点和终点的极限位置上，就能够成功的将其回转角度达到甚至超过360°而没有因传感器的物理尺寸的存在使可使用的回转角度出现机械死角，保证如天线转台等机械装置水平方向的定位快速、准备。

Description

一种超过360°角度的限位传感器装置

技术领域

本发明涉及一种限位传感器,尤其是转动角度超过360°的限位传感器装置，属于机械设备技术领域。

背景技术

在很多有回转控制要求的机械设备中都存在角度测量的问题，特别是使用半闭环控制***的回转设备其限位开关的设定都有测量角度问题，测量角度即是否存在死角的问题，是否能在360°的角度范围内转动的问题。通常解决问题的办法使用通用光电编码器将其直接连接在回转体上，其基本能够满足角度测量、定位的问题。但，光电编码器本身有一定的体积，安装在回转设备内要占用一定的空间位置，在回转设备较大且具有光电编码器的安装空间的情况下，能使用光电编码器进行角度测量和定位，但如果回转设备自身空间很小、而且在体积和重量都有要求的特殊环境下，就没有额外的空间用以安装光电编码器，当然就不能使用光电编码器进行角度测量和定位，这样使用通用光电编码器就不能满足其测量的要求。

特别是本发明的主要应用对象是在小型化轻量化天线转台内部作为天线水平回转运动的限位开关，如果不解决测量死角问题，天线的回转运动方向同样也出现死角，那么对天线的安装和使用会带来极大的不便。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于解决目前的天线转台水平转动的死角问题，提供一种转动角度超过360°角度的限位传感器装置。

本发明的技术方案：一种超过360°角度的限位传感器装置，其特征在于，包括支撑盘，在所述支撑盘上设有一个圆环状转动滑槽和一个内拨杆，在所述转动滑槽内安装一转动滑环，转动滑环能在转动滑槽内转动；在滑环内部设置有滑槽，在该滑槽内安装一对复位弹簧，在两复位弹簧之间套装一滑块，在滑块上设有一小孔以便于支撑盘上面的内拨杆***配装；在滑环的滑槽的对面，安装一外拨杆随同滑环转动、设置一磁钢随同滑环转动，磁钢的磁极指向滑环的圆心；在磁钢两侧，分别固定安装有第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，第一霍尔传感器和第二霍尔传感器不随滑环转动；在外拨杆外侧配合设置一固定的拨块，拨块不随滑环一起转动，转动的外拨杆与拨块相碰时，通过限制外拨杆而限制滑环的转动；第一霍尔传感器和第二霍尔传感器之间夹角α3大于或等于外拨杆、挡块和磁钢在转动方向所占的角度之和，即α3≥α1+α2+α4。

进一步的特征是，所述磁钢的安装位置与内拨杆的安装位置中心对称。

第一霍尔传感器和第二霍尔传感器相对于磁钢对称设置。

工作时，传感器组件跟随被测绘转体一起转动，当露在传感器组件外部的外拨杆6碰到固定体9上面的挡块8的时候，外拨杆6就不再随被测回转体转动，此时安装在支撑盘内部的转动滑环3将开始与固定体9保持相对不动，同时嵌在滑环3内部的磁钢7将随滑环3脱离霍尔传感器10和11的中心位置，向其中一个霍尔传感器靠拢。当嵌在滑环3内部的磁钢7接近到靠拢的霍尔传感器并通过自身的磁力线触发霍尔传感器的时候，通过检测电路将记住被测回转体引起霍尔传感器触发的角度位置，并设为该转动方向的极限位置。然后控制***将反方向继续旋转被测回转体，当外拨杆6反方向再次碰到固定体9上面的挡块8的时候，外拨杆6也不再随被测回转体反转，此时安装在支撑盘内部的转动滑环3将同样与固定体9保持相对不动，同时嵌在滑环3内部的磁钢7将脱离霍尔传感器10和11的中心位置，向其中另外一个霍尔传感器靠拢。当嵌在滑环3内部的磁钢7接近到靠拢的另外的霍尔传感器并通过自身的磁力线触发霍尔传感器的时候，通过检测电路将记住再次记住反向被测回转体引起霍尔传感器触发的角度位置，并设为反方向转动的极限位置。然后控制***将这两个方向的其中一个霍尔传感器触发时所在的角度作为旋转位置的零点，而另一个反方霍尔传感器触发时所在的角度作为终点。当霍尔传感器10和11之间的弧长大于磁钢直径、外拨块6和挡块8的宽度和时，被测回转体的起点到终点之间的角度即大于360°，没有死角，保证天线转台水平方向的定位快速、准备。

附图说明

图1为本发明限位传感器装置图；

图2为本发明限位传感器装置剖视图；

图3是图2的局部放大图；

图4为本发明限位传感器的在自用转动状态时磁钢与霍尔传感器之间的角度说明图；

图5为本发明限位传感器的在顺时针转动到限位点时磁钢与霍尔传感器之间的角度说明图；

图6为本发明限位传感器的在逆时针转动到限位点时磁钢与霍尔传感器之间的角度说明图。

图中，1—支撑盘，2—内拨杆，3—滑环，4—复位弹簧，5—滑块，6—6—外拨杆，7—磁钢，8—拨块，9—固定体，10—第一霍尔传感器、11—第二霍尔传感器，α1为外拨杆6在转动体圆周上所占的角度，α2为挡块8在转动体圆周上所占的角度，α3为在转动体圆周上两个霍尔传感器之间的角度，

α4为磁钢在转动体圆周上所占的角度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施案例：如图1所示，一种超过360°角度的限位传感器装置在天线转台上的安装结构，包括支撑盘1，安装时用多个螺钉（图中是六个）将支撑盘1固定在被控制天线减速机的壳体上，在所述支撑盘1上设有一个圆环状的转动滑槽和一个内拨杆2；在支撑盘1内的转动滑槽内配合设置一转动滑环3，转动滑环3套装在转动滑槽内，能在转动滑槽内移动，在滑环3上设置有滑槽，该滑槽的弧线长度大约占滑环3弧线的1/3，在该滑槽内安装一对复位弹簧4，在两复位弹簧4之间套装一滑块5以便通过支撑盘1的内拨杆2沿滑环圆周方向对滑块5施加一个力，滑块5在滑环3内部可以滑动，给对应滑动方向的复位弹簧4压力；一旦通过支撑盘内部的内拨杆2外加的力消失，滑块5可以在弹簧4的作用下复位到两弹簧间的力平衡点上。具体的结构是在滑块5上设置一小孔，将支撑架1上面的内拨杆2***该小孔内配合，内拨杆2能带动滑块5在滑环3内部滑动；同时在滑环3的滑槽（滑槽所在弧面）的对面，即滑环3的另外2/3弧线的中段，安装一外拨杆6随同滑环3转动，并且在滑环3上滑槽的对面设置（嵌入）一磁钢7随同滑环3转动，磁钢7设置在滑环3上没有加工滑槽的适当位置处，在外拨杆6外侧配合设置一固定的挡块8，挡块8不随滑环3一起转动，转动的外拨杆6与挡块8相碰时，通过限制外拨杆6而限制滑环3的转动。一种较佳的结构是磁钢7的安装位置与内拨杆2的安装位置中心对称，磁钢7的磁极指向滑环3的圆心；在磁钢7的两侧，分别固定安装有第一霍尔传感器10和第二霍尔传感器11，第一霍尔传感器10和第二霍尔传感器11不随滑环3转动，固定安装在天线转台水平转轴的减速器输出轴端面上；当磁钢7随同滑环3左右转动时，分别与第一霍尔传感器10、第二霍尔传感器11正对时，磁钢7触发第一霍尔传感器10、第二霍尔传感器11，产生电信号，输入到控制装置中。挡块8安装在天线转台水平转轴的减速器外壳上，是固定不动的，随同限制滑环3转动的外拨杆6顺时针或反时针转动时，触碰到挡块8而停止转动。该磁钢7的具***置：当外拨杆6没有与固定体上挡块8接触时，要能够保证磁钢7处于安装在天线转台水平转轴的减速器输出轴端面上的第一霍尔传感器10和第二霍尔传感器11的中间位置上，即第一霍尔传感器10和第二霍尔传感器11相对于磁钢7对称设置。

在组装时，将滑环3上滑块5中间的小孔对准支撑盘1滑槽内的内拨杆2套入定位，磁钢7安装在滑环3的预留孔内，与内拨杆2的位置对称，即完成传感器中磁钢定位安装；然后将支撑盘1扣装在天线转台水平转轴的减速器输出轴端面上，并要求同轴固定；同时在天线转台水平转轴的减速器输出轴端面上算出在滑环3所安装磁钢7的位置为中点，再沿滑环3圆周两侧对称安装一对霍尔传感器，即第一霍尔传感器10和第二霍尔传感器11。另外在天线转台水平转轴的减速器外壳（简称为固定体9）上安装一挡块8，以便安装在减速器输出轴上传感器组件的滑环3在其顺时针、反时针方向旋转的时候其伸出的拨杆6都能够触碰到挡块8。这样支撑盘1和滑环3以及内部安装的零部件一起组成角度限位的传感器组件结构。但如何保证这个限位角度能够达到甚至超过360°，就必须通过计算求得霍尔传感器10和11之间夹角。

下面就图4中α1、α2和α4每个角度进行确定，以便能够计算出霍尔传感器10和11之间的α3。

从图4中我们知道当传感器组件中支撑盘1一旦确定，那么α1、α2和α4分别是固定不变的；天线转台的转角的计算公式如下：

天线转台的转角=360°-（α1+α2）+（α3 -α4）=360°-（α1+α2+α4）+α3，经变换得到：α3≥α1+α2+α4；

结论：当两个霍尔传感器10和11之间夹角α3≥外拨杆6、挡块8和磁钢7在转动方向所占的角度之和（α1+α2+α4）的时候，天线转台的水平转角就可以达到或超过360°。

也就是说：天线转台的水平转角是由α4决定的。

下面举例详细说明：

假设工作时，传感器组件跟随天线转台水平转轴中减速器输出轴一起逆时针转动，当露在传感器组件外部的外拨杆6碰到固定体9上面的挡块8的时候，我们将此点作为测量起点1，此时外拨杆6就不再随减速器输出轴转动，此时安装在支撑盘内部的转动滑环3将开始与支撑盘1（也就是减速器输出轴）反方向转动，同时嵌在滑环3内部的磁钢7将脱离霍尔传感器10和11的中心位置，向其中一个霍尔传感器靠拢。当嵌在滑环3内部的磁钢7接近到靠拢的霍尔传感器10或者是11并通过自身的磁力线触发靠近的（正对时）霍尔传感器的时候，通过检测电路将记住被测回转体引起霍尔传感器触发的角度位置，输入到控制装置中，并设为逆时针转动方向的极限位置。而此时的位置为测量点终点2，那么在测量点1和2之间的角度=（α3-α4）/2。也就是说：天线转台转到外拨杆6接触到挡块8后又继续沿逆时针方向转动了（α3-α4）/2角度才得到顺时针方向的限位信号，这里称（α3-α4）/2为逆时针的滞后角。

同理，控制***将顺时针方向继续旋转减速器输出轴，此时安装在减速器输出轴上面支撑盘1内部的滑环3上面的拨杆6再次反方向碰到固定体9上面的挡块8的时候，我们再次将此点作为测量起点3，此时外拨杆6也不再随减速器输出轴反转，此时安装在支撑盘1内部的转动滑环3将开始与固定体9相对不动，而与支撑盘1（也就是减速器输出轴）做相对正方向转动，同时嵌在滑环3内部的磁钢7将脱离霍尔传感器10和11的中心位置，向其中另外一个靠拢霍尔传感器。当嵌在滑环3内部的磁钢7接近到靠拢的另外一个的霍尔传感器并通过自身的磁力线触发霍尔传感器的时候，通过检测电路将记住再次记住顺时针方向转动减速器输出轴引起霍尔传感器触发的角度位置，并设为顺时针方向转动的极限位置。而此时的位置为测量点终点4，那么在测量点3和4之间的角度也是=（α3-α4）/2。也就是说：天线转台转到外拨杆6再次接触到挡块8的另一面后又继续沿顺时针方向转动了（α3-α4）/2角度才得到顺时针方向的限位信号，这里称（α3-α4）/2为顺时针的滞后角。

如果将顺时针和逆时针增加的滞后角度相加就得到天线转台在水平方向转动一圈增加角度α3-α4。

经图5、图6的分析我们不难发现，如果仅仅按照外拨块6和挡块8接触的两面间的夹角计算，天线转台只能转到360°-（α1+α2）；当增加了滞后角（α3-α4）后，天线转台的转角就增加到360°-（α1+α2）+（α3-α4）。

我们这道α1、α2、α4在进行限位传感器设计的时候是可以根据提前确定的，假定：外拨块6直径为2mm，挡块8宽为4mm，磁钢7直径为3mm，那么α1、α2、α4经弧长和角度之间的变换，可以得到（α1+α2+α4）在10°以内，所以当霍尔传感器10和11之间的夹角α3≥10°时，天线转台的转角既可以大于360°。

如果控制***将这两个方向的其中一个霍尔传感器触发时所在的角度作为天线转台水平旋转运动的零点，而另一个反方向的霍尔传感器触发时所在的角度作为天线转台水平旋转运动终点。当霍尔传感器10和11之间的弧长大于磁钢直径、外拨块6与挡块8宽度之和时，天线转台水平旋转运动的起点到终点之间的角度即大于360°。

根据本发明的技术启示，可以用其它的限位开关代替本发明中的磁钢7和一对霍尔传感器10和11，达到同样的功能而产生限位信号滞后，而这种增加滞后的结果使被测回转体的回转角度达到甚至超过360°。

Claims (4)

1.一种超过360°角度的限位传感器装置，其特征在于，包括支撑盘（1），在所述支撑盘（1）上设有一个圆周状转动滑槽和一个内拨杆（2），在所述圆周状转动滑槽内安装一转动滑环（3），转动滑环（3）能在转动滑槽内转动；在滑环（3）内部设置有滑槽，在该滑槽内安装一对复位弹簧（4），在两复位弹簧（4）中间套装一滑块（5），在滑块（5）上设有一小孔以使支撑盘（1）上面的内拨杆（2）***配装；在滑环（3）的滑槽对面，安装一外拨杆（6）随同滑环（3）转动、设置一磁钢（7）随同滑环（3）转动，磁钢（7）的磁极指向滑环（3）的圆心；在磁钢（7）两侧，分别固定安装有第一霍尔传感器（10）和第二霍尔传感器（11），第一霍尔传感器（10）和第二霍尔传感器（11）不随滑环（3）转动；在外拨杆（6）外侧配合设置一固定的挡块（8），挡块（8）不随滑环（3）转动，转动的外拨杆（6）与挡块（8）相碰时，通过限制外拨杆（6）而限制滑环（3）的转动；

第一霍尔传感器（10）和第二霍尔传感器（11）之间夹角α3，大于或等于外拨杆（6）在转动体圆周上所占的角度α1、挡块（8）在转动体圆周上所占的角度α2和磁钢（7）在转动体圆周上所占的角度α4之和，即α3≥α1+α2+α4。

2.根据权利要求1所述的超过360°角度的限位传感器装置，其特征在于，所述磁钢（7）的安装位置与内拨杆（2）的安装位置中心对称。

3.根据权利要求1或2所述的超过360°角度的限位传感器装置，其特征在于，第一霍尔传感器（10）和第二霍尔传感器（11）相对于磁钢（7）对称。

4.根据权利要求1或2所述的超过360°角度的限位传感器装置，其特征在于，第一霍尔传感器（10）和第二霍尔传感器（11）之间夹角α3≥10°。

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