CN114814272B - 一种磁转速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁转速传感器，包括永磁体和线圈组件，所述永磁体设置在转动件上以随之一同转动，所述永磁体沿着转动件的转动周向间隔设置有若干个，所述线圈组件设置在转动件的径向一侧，所述线圈组件包括软磁芯和绕制在软磁芯上的测量线圈，在测量线圈轴向的一端或两端分别设置有用于将磁场引导入软磁芯的磁轭件。本发明所述的磁转速传感器利用磁轭件将磁场约束集中引导入软磁芯，优化穿过测量线圈的磁场，增大测量线圈中的磁通量变化率，能够在不增强永磁体自身磁场强度的情况下增大输出电压，为提高探测距离或者降低永磁体的磁场强度提供了可供选择的优化途径。

Description

一种磁转速传感器

技术领域

本发明涉及转速传感器技术领域，尤其涉及一种磁转速传感器。

背景技术

磁转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速，属于非接触式转速测量仪器。磁转速传感器有很好的抗干扰性能，常用于发动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。磁转速传感器主要包括软磁芯、永磁体以及测量线圈等部件，测量对象转动时，通过测量线圈的磁通量会发生改变，从而在测量线圈上产生感应电动势，进而在测量线圈中产生交变电压信号，检测测量线圈中的交变电压信号则能得出测量对象的转速，测量线圈的输出电压与转速相关，转速越高输出电压越高，也就是说输出电压和转速成正比，并且输出频率与转速成正比。

但现有的磁转速传感器的测量距离有限，测量线圈与测量对象距离较远时，作用在测量线圈中的磁场较弱，测量线圈中的磁通变化率较低，从而输出电压低，使可靠采集信号变得困难。为了满足输出电压幅值的要求，传统的做法是提高永磁体的磁场强度，从而加大作用在测量线圈中的磁场，进而提高测量线圈中的磁通变化率以提高输出电压，但永磁体过强的磁场会对周边其他设备产生不良影响，因此实际上不能使用过强的永磁体，有降低永磁体磁性能的实际需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种磁转速传感器，解决目前技术中的磁转速传感器的测量距离有限，传统方式难以有效提升测量线圈输出电压，采集信号困难，会对周边其他设备产生不良影响的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是 ：

一种磁转速传感器，包括永磁体和线圈组件，所述永磁体设置在转动件上以随之一同转动，所述永磁体沿着转动件的转动周向间隔设置有若干个，所述线圈组件设置在转动件的径向一侧，所述线圈组件包括软磁芯和绕制在软磁芯上的测量线圈，在测量线圈轴向的一端或两端分别设置有用于将磁场引导入软磁芯的磁轭件。本发明所述的磁转速传感器的永磁体随转动件转动从而产生周期变化的磁场，线圈组件处在周期变化的磁场中，通过测量线圈的磁通量发生改变，从而在测量线圈上产生感应电动势，磁轭件由软磁材料制成，磁轭件本身不产生磁场，磁轭件构成磁路起到磁力线传输的作用，磁轭件使得永磁体产生的磁场的分布发生变化，永磁体产生的磁场被磁轭件约束集中而沿着磁轭件传导入软磁芯，从而有效增强穿过测量线圈的磁场，进而增大通过测量线圈的磁通量变化率，实现在不增大永磁体本身磁场强度的情况下提高输出电压，不会对周边其他设备产生不良影响，使用可靠性高。

进一步的，所述永磁体的磁极方向沿着转动件的径向，即是指永磁体的N级、S级的朝向沿着转动件的径向，由于线圈组件处在转动件的径向外侧，从而当某个永磁体转动至正对线圈组件时该永磁体的磁极正对线圈组件，进而该永磁体施加在线圈组件处的磁场强度最大，而当该永磁体转动至远离线圈组件时，该永磁体施加在线圈组件处的磁场强度会减小并且磁场方向也会发生改变，从而实现通过测量线圈的磁场是交变的，并且保障通过测量线圈的磁通量变化率足够大，进而实现提高输出电压。

进一步的，相邻所述永磁体的磁性方向相反，即是指前一个永磁体的N级朝向转动件的径向外侧，而相邻的下一个永磁体的S级朝向转动件的径向外侧，从而使得永磁体交替经过线圈组件时，会使得线圈组件处的磁场方向、强度发生强烈变化，进而增大通过测量线圈的磁通量变化率，更有效的提高测量线圈的输出电压，保障输出电压能够满足应用需求。

进一步的，所述磁轭件在垂直于测量线圈轴向上的截面尺寸大于软磁芯在垂直于测量线圈轴向上的截面尺寸。原本分散在空间中的磁场被磁轭件约束集中到磁轭件中以沿着磁轭件传导入软磁芯，磁轭件的截面尺寸大于软磁芯的截面尺寸，从而能将大范围区域的磁场更有效的约束集中到软磁芯中，有效增强穿过测量线圈的磁场强度，进而能增大通过测量线圈的磁通量变化率，实现提高测量线圈的输出电压。

进一步的，所述磁轭件包括垂直于测量线圈轴向的板件、沿测量线圈轴向的筒件、沿测量线圈轴向的柱件其中一种或组合。结构简单，易于实施，有效的将永磁体产生的磁场约束集中到软磁芯中，在不增大永磁体本身磁场强度的情况下提高输出电压，并且不同结构的磁轭件能产生不同的加强效果，灵活满足不同需求。

进一步的，呈板件的磁轭件沿测量线圈的径向一侧延伸，增大磁轭件的覆盖区域，使得更大区域中的磁场被约束集中引导入软磁芯，更有效的增大通过测量线圈的磁通量变化率，提高输出电压。

进一步的，所述测量线圈的轴向沿着转动件的径向，有利于在测量线圈中产生磁场方向、磁场强度强烈变化的磁场，从而使得通过测量线圈的磁通量有大的变化率，进而在测量线圈上产生高的感应电动势，提高输出电压。

进一步的，在所述测量线圈靠近转动件的一端设置有磁轭件，该磁轭件为垂直于转动件径向的与软磁芯端部接触衔接的板件，磁轭件结构简单、占用空间小，既能将大区域范围内的磁场有效的约束集中引导入软磁芯，从而增强穿过测量线圈的磁场，进而增大通过测量线圈的磁通量变化率，同时呈板件的磁轭件也不会过多增大线圈组件至转动件之间的间距，能够调节线圈组件至转动件的间距来灵活适应各种不同的安装需求。

进一步的，在所述测量线圈远离转动件的一端设置有磁轭件，该磁轭件为垂直于转动件径向的板件、沿转动件径向的筒件、沿转动件径向的柱件其中一种或组合。

进一步的，在所述测量线圈远离转动件的一端设置的磁轭件包括沿着转动件径向依次设置的垂直于转动件径向的板件和沿转动件径向的筒件，所述板件与软磁芯端部接触衔接，所述筒件的端部与板件接触衔接。测量线圈远离转动件的一端有较充足的空间，位于测量线圈远离转动件的一端磁轭件采用板件与筒件组合的结构，有效增大结构尺寸，使得更大区域的磁场能充分的集中传导入软磁芯中，进而更好的提高输出电压。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的磁转速传感器利用磁轭件将磁场约束集中引导入软磁芯，优化穿过测量线圈的磁场，增大测量线圈中的磁通量变化率，能够在不增强永磁体自身磁场强度的情况下增大输出电压，为提高探测距离或者降低永磁体的磁场强度提供了可供选择的优化途径。

附图说明

图1为本发明实施例一的磁转速传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例二的一种磁转速传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例一的另一种磁转速传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例三的磁转速传感器的结构示意图；

图5为无磁轭件的磁转速传感器的结构示意图；

图6为图5所示磁转速传感器的输出电压信号图形；

图7为图1所示磁转速传感器的输出电压信号图形；

图8为图2所示磁转速传感器的输出电压信号图形；

图9为图3所示磁转速传感器的输出电压信号图形；

图10为图4所示磁转速传感器的输出电压信号图形。

图中：

永磁体1、软磁芯2、测量线圈3、转动件4、磁轭件5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的一种磁转速传感器，利用磁轭件改变永磁体施加在空间中的磁场分布，将磁场更有效的引导入软磁芯，增大作用在测量线圈中的磁场，进而提高测量线圈中的磁通变化率以提高输出电压，能够提高测量距离，无需增大永磁体本身的磁场强度，不会对周边其他设备产生不良影响。

实施例一

如图1所示，一种磁转速传感器，主要包括永磁体1和线圈组件，所述永磁体1设置在转动件4上以随之一同转动，所述永磁体1沿着转动件4的转动周向间隔设置有若干个，所述线圈组件设置在转动件4的径向一侧，所述线圈组件包括软磁芯2和绕制在软磁芯2上的测量线圈3，在测量线圈3轴向的一端或两端分别设置有用于将磁场引导入软磁芯2的磁轭件5，磁轭件5由软磁材料制成，磁轭件5本身不产生磁场，磁轭件5处在磁场中时，磁轭件5会改变磁场的分布，磁轭件5构成磁路以使磁场沿着磁轭件5传导，原本分散在空间中的磁力线被磁轭件5改变方向后约束集中在一起，磁轭件5使得磁力线更集中并且更有方向性的传导到软磁芯2上，磁轭件5起到汇集磁力线的作用，将磁场更集中的引导入软磁芯2，优化穿过测量线圈3的磁场，从而在永磁体1随转动件4转动时有效增大测量线圈中的磁通量变化率，进而能在不改变永磁体自身磁场强度的情况下增大测量线圈的输出电压，为提高探测距离或者降低永磁体的磁场强度提供了可供选择的优化途径。

所述永磁体1的磁极方向沿着转动件4的径向，并且相邻所述永磁体1的磁极方向相反，所述永磁体1在转动件4上可以设置两个或三个，还可以是四个或者更多，在本实施例中，以永磁体1设置有四个为例进行说明，所述永磁体1在转动件4的转动周向上均匀间隔分布，永磁体1的磁极方向沿着转动件4的径向是指永磁体1的N极、S极的朝向沿着转动件4的径向，具体的，以附图1进行说明，其中一个永磁体1的S极朝向于转动件4的径向内侧，并且该永磁体1的N极朝向于转动件4的径向外侧，与该永磁体1相邻的另一个永磁体1的S极朝向于转动件4的径向外侧并且N极朝向于转动件4的径向内侧，从而在转动件4转动时，磁极方向不同的永磁体1交替经过线圈组件所在方位，会在线圈组件处产生磁场方向、磁场强度强烈变化的磁场，从而有效增大通过测量线圈的磁通量变化率，实现在不增大永磁体本身磁场强度的情况下有效提高输出电压。

在本实施例中，所述测量线圈3的轴向沿着转动件4的径向，从而当某个永磁体1转动至正对线圈组件时，该永磁体1的磁极正对线圈组件，也就是永磁体1的磁极方向沿着测量线圈3的轴向，此时该永磁体1施加在测量线圈3处的磁场强度最大，而当转动件4继续转动以使与该永磁体1相邻的后一个永磁体1正对线圈组件时，该后一个永磁体1的磁极依然是正对线圈组件，此时该后一个永磁体1施加在测量线圈3处的磁场强度也是最大，但由于相邻所述永磁体1的磁性方向相反，从而该后一个永磁体1施加在测量线圈3处的磁场的方向与前一个永磁体1施加在测量线圈3处的磁场的方向相反，也就是在测量线圈3处产生磁场方向、强度强烈变化的磁场，当测量线圈3的轴向沿着转动件4的径向时有利于使通过测量线圈的磁场的变化程度达到最大化，也就是增大通过测量线圈的磁通量变化率，进而提高测量线圈的输出电压。

进一步的，在所述测量线圈3靠近转动件4的一端设置有磁轭件5，该磁轭件5为垂直于转动件4径向的板件，即板件垂直于测量线圈3的轴向，该磁轭件5结构简单、占用空间小，制作方便、成本低，在没有磁轭件5的状况下，永磁体1产生的磁场散布在空间中，软磁芯2的尺寸有限，从而进入到软磁芯2中传导的磁力线较少，也就是，通过测量线圈3的磁场强度较小，进而通过测量线圈3的磁通量变化率较小，导致测量线圈3的输出电压较小而使信号采集变得困难，在设置磁轭件5后，磁轭件5使得永磁体产生的磁场的分布发生变化，相比于没有磁轭件5的情况而言，大范围区域的磁力线发生弯折并集中的进入磁轭件5中，磁轭件5将原本散布在空间中的磁场约束集中到小范围区域中，提高了小范围区域中的磁场强度，集中的磁力线沿着磁轭件5传导入软磁芯2，使得沿着软磁芯2传导的磁力线有效增多，磁轭件5起到将磁场集中的传导到软磁芯2中的功能，也就是加强了软磁芯2中的磁场强度，换言之，加强了通过测量线圈3的磁场强度，进而能增强通过测量线圈3的磁通量变化率，实现提高测量线圈3的输出电压。

在所述测量线圈3靠近转动件4的一端设置的磁轭件5相对于线圈组件更靠近永磁体1，由于磁轭件5呈板件，磁轭件5在转动件4的径向上不会占用过大的空间，也就是不会过多增大线圈组件至转动件之间的间距，能够按照需求灵活的调节线圈组件至转动件的间距，既能满足安装空间狭小的场景需求，也能满足提高探测距离的需求。

所述磁轭件5在垂直于测量线圈3轴向上的截面尺寸大于软磁芯2在垂直于测量线圈3轴向上的截面尺寸，本实施例的磁轭件5呈板件，也就是板件的表面积大于软磁芯2的截面面积，磁轭件5能收集大范围区域的原本分散在空间中磁场并将磁场集中的传导入软磁芯2，从而有效提高软磁芯2中的磁场强度，进而实现提高测量线圈3的输出电压，优选的是，磁轭件5在垂直于测量线圈3轴向上的截面尺寸大于等于测量线圈3的外径尺寸，即，板件的表面积大于等于测量线圈3的绕制区域面积。

磁轭件5与软磁芯2端部接触衔接，使得被磁轭件5收集集中的磁场能充分传导入软磁芯2，避免磁轭件5与软磁芯2之间存在空隙以形成气隙磁阻，空隙处的磁通密度相对降低，因有部分磁通在空隙处流失，为了避免磁通流失而影响软磁芯2中的磁场强度有效增加，磁轭件5与软磁芯2紧密接触衔接，这同时还能提高结构紧凑性，减小磁转速传感器的体积，满足小型化发展的需求。

实施例二

在实施例一的基础上，在所述测量线圈3远离转动件4的一端设置也有磁轭件5，该磁轭件5为垂直于转动件4径向的板件、沿转动件4径向的筒件、沿转动件4径向的柱件其中一种或组合，具体的，如图2所示，在所述测量线圈3远离转动件4的一端的磁轭件5仅为垂直于测量线圈3轴向的板件，所述板件与软磁芯2端部接触衔接；如图3所示，在所述测量线圈3远离转动件4的一端设置的磁轭件5包括沿着测量线圈3轴向依次设置的垂直于测量线圈3轴向的板件和沿测量线圈3轴向的筒件，所述板件与软磁芯2端部接触衔接，所述筒件的端部与板件接触衔接。

在测量线圈3远离转动件4的一端设置的磁轭件5同样的起到约束集中磁场的作用，磁轭件5收集散布于空间中的磁场并将磁场集中的传导到软磁芯2中，加强了软磁芯2中的磁场强度；

影响测量线圈3中产生的感应电压大小的关键在于软磁芯2上的沿测量线圈3轴向的磁场分量的变化状况，在测量线圈3远离转动件4的一端设置磁轭件5能进一步的使通过软磁芯2的磁场是朝向有序而一致的，使得通过测量线圈3的磁通量在测量线圈3轴向上的分量变化率增大，进而能使得测量线圈3产生的感应电动势较大，有效提高输出电压。

实施例三

如图4所示，在实施例一的基础上，在所述测量线圈3远离转动件4的一端设置有磁轭件5，该磁轭件5为垂直于转动件4径向的板件，并且呈板件的磁轭件5沿测量线圈3的径向一侧延伸，增大了板件的表面积，板件能够覆盖更大范围的区域，所述测量线圈3远离转动件4的一端设置的磁轭件5能将更大范围区域中散布的磁场收集并传导入软磁芯2，进一步加强软磁芯2中的磁场强度，从而在安装距离一定、不改变永磁体磁性能的情况下更好的提高测量线圈的输出电压，为提高探测距离或者降低永磁体本身的磁场强度提供了可供选择的优化途径。

如图5所示的无磁轭件的磁转速传感器，相对于实施例一而言，该磁转速传感器去除了实施例一中的磁轭件，无磁轭件的磁转速传感器仅包括永磁体1和线圈组件，所述永磁体1设置在转动件4上以随之一同转动，所述永磁体1沿着转动件4的转动周向间隔设置有若干个，所述线圈组件设置在转动件4的径向一侧，所述线圈组件包括软磁芯2和绕制在软磁芯2上的测量线圈3，无磁轭件的磁转速传感器的输出电压信号图形如图6所示，电压峰-峰值为594.3mV；图7为实施例一的磁转速传感器的输出电压信号图形，电压峰-峰值为662.6mV，相比于无磁轭件的磁转速传感器输出电压提升了11.4%；图8为实施例二中图2所示的磁转速传感器的输出电压信号图形，电压峰-峰值为789.2mV，相比于无磁轭件的磁转速传感器输出电压提升了32.8%；图9为实施例二中图3所示的磁转速传感器的输出电压信号图形，电压峰-峰值为979.4mV，相比于无磁轭件的磁转速传感器输出电压提升了64.8%；图10为实施例三的磁转速传感器的输出电压信号图形，电压峰-峰值为949.8mV，相比于无磁轭件的磁转速传感器输出电压提升了59.8%，由此可见，采用各种不同类型的磁轭件都能不同程度的提高输出电压，能够根据需要进行灵活设计。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种磁转速传感器，其特征在于，包括永磁体（1）和线圈组件，所述永磁体（1）设置在转动件（4）上以随之一同转动，所述永磁体（1）沿着转动件（4）的转动周向间隔设置有若干个，所述线圈组件设置在转动件（4）的径向一侧，所述线圈组件包括软磁芯（2）和绕制在软磁芯（2）上的测量线圈（3），在测量线圈（3）轴向的两端分别设置有用于将磁场引导入软磁芯（2）的磁轭件（5），磁轭件（5）由软磁材料制成，所述测量线圈（3）的轴向沿着转动件（4）的径向，在所述测量线圈（3）靠近转动件（4）的一端设置有磁轭件（5），该磁轭件（5）为垂直于转动件（4）径向的与软磁芯（2）端部接触衔接的板件，在所述测量线圈（3）远离转动件（4）的一端设置的磁轭件（5）包括沿着转动件（4）径向依次设置的垂直于转动件（4）径向的板件和沿转动件（4）径向的筒件，所述板件与软磁芯（2）端部接触衔接，所述筒件的端部与板件接触衔接。

2.根据权利要求1所述的磁转速传感器，其特征在于，所述永磁体（1）的磁极方向沿着转动件（4）的径向。

3.根据权利要求2所述的磁转速传感器，其特征在于，相邻所述永磁体（1）的磁性方向相反。

4.根据权利要求1所述的磁转速传感器，其特征在于，所述磁轭件（5）在垂直于测量线圈（3）轴向上的截面尺寸大于软磁芯（2）在垂直于测量线圈（3）轴向上的截面尺寸。

5.根据权利要求1所述的磁转速传感器，其特征在于，呈板件的磁轭件（5）沿测量线圈（3）的径向一侧延伸。

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