一种变磁通转速传感器

技术领域

本发明涉及转速传感器技术领域，尤其涉及一种变磁通转速传感器。

背景技术

传统的变磁通转速传感器包括触发轮、软磁芯、测量线圈和永磁铁，测量线圈绕制在软磁芯上，触发轮安装在被测转动物体上以随被测转动物体一起转动，软磁芯、测量线圈位于触发轮与永磁铁之间，永磁铁静置不动，触发轮转动时，气隙磁阻发生改变，导致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，进而在测量线圈中产生交流信号，检测测量线圈中的交流信号则能得出触发轮的转速。

现有的变磁通转速传感器难以满足小型化发展的需求，在减小变磁通转速传感器的体积时，测量线圈、永磁体的器件尺寸显著减小，会导致通过测量线圈的磁通变化率显著下降，进而导致测量线圈的输出电压显著下降，无法满足航空机载产品电信号电压高、带负载能力强的需求。

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，提供一种变磁通转速传感器，解决目前技术中的变磁通转速传感器难以有效小型化，小型化时的输出电压显著下降，无法满足应用需求的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是 ：

一种变磁通转速传感器，包括触发轮、线圈组件和永磁体，所述线圈组件包括软磁芯和绕制在软磁芯上的测量线圈，所述触发轮用于连接在被测转动物体上随之一同转动，所述永磁体位于触发轮的径向一侧，所述线圈组件位于永磁体与触发轮之间，所述线圈组件与所述永磁体之间设置有由软磁材料制成的磁场导流构件，所述磁场导流构件改变永磁体周围的磁场分布以将永磁体的磁场有效地引导入软磁芯。本发明所述的变磁通转速传感器利用磁场导流构件改变永磁体施加在触发轮与永磁体之间的磁场分布，磁场导流构件构成引导磁场的磁路路径，使磁场能更有效、更汇集的施加到线圈组件上，优化绕制有测量线圈的软磁芯中的磁场，也就是优化穿过测量线圈的磁场，有利于增大测量线圈中的磁通量变化率，从而增大输出电压，降低产品内阻，提高产品负载能力，有效利用空间，能够实现小型化，并且保障输出电压能够满足应用需求。

进一步的，所述测量线圈的轴向垂直于触发轮的径向，所述软磁芯包括穿入在测量线圈中的芯体，软磁芯能进行导磁，使得测量线圈中产生更大的磁感应强度，有利于减小变磁通转速传感器的整体体积。

进一步的，所述软磁芯还包括与芯体连接并位于测量线圈轴向端侧的端体，磁场沿着磁场导流构件与端体衔接构成的路径引导入芯体，永磁体产生的原生磁场通过磁场导流构件和端体的引导作用更有效的传导施加到芯体上，使得芯体上形成朝向更有序的磁场，有效优化通过测量线圈的磁场，有利于增大测量线圈中的磁通量变化率，有效提高输出电压。

进一步的，所述磁场导流构件与软磁芯接触衔接，所述磁场导流构件与永磁体接触衔接。有利于更好的进行磁场的引导约束，使得磁场能更集中的沿着磁场导流构件传导到软磁芯上，进而更好的优化通过测量线圈的磁场，并且提高结构紧凑性，最大限度利用空间，提高结构紧凑性， 减小占用体积，满足小型化发展的需求。

进一步的，所述磁场导流构件包括主体部，所述主体部覆盖永磁体的面向触发轮一侧的表面，主体部拦截永磁体施加在面向触发轮一侧的原生磁场，主体部改变永磁体施加在面向触发轮一侧的磁场分布，磁场被约束在磁场导流构件中进行传导，磁场沿着磁场导流构件有效而充分的引导入软磁芯，有利于更好的优化磁场、增大通过测量线圈的磁场变化率，从而提高输出电压。

进一步的，所述主体部呈平板片状，结构简单，易于实施。

进一步的，所述主体部在触发轮径向上的厚度沿着靠近磁场导流构件与软磁芯的衔接处至远离磁场导流构件与软磁芯的衔接处的方向减小，主体部能更好的对永磁体施加在面向触发轮一侧的原生磁场进行引导，使得永磁体产生的磁场能更充分导流入软磁芯，有利于更好的优化磁场、增大通过测量线圈的磁场变化率，从而提高输出电压，并且主体部的用料更少，占用空间更小，有利于测量线圈绕制更多匝数，进而有利于提高输出电压。

进一步的，所述主体部的厚度平滑渐变，减少磁路路径各处的磁场出现梯度分布，有利于磁场更好的被引导至软磁芯中。

进一步的，所述磁场导流构件还包括从主体部上延伸而出的延伸部，所述延伸部延伸至与软磁芯接触衔接，永磁体产生的磁场被主体部拦截后沿着主体部、延伸部的路径有效的导流至软磁芯，有效优化穿过测量线圈的磁场，增大输出电压。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的变磁通转速传感器利用磁场导流构件将永磁体施加在触发轮所在一侧的磁场有效的导流入软磁芯中，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，增大输出电压，降低产品内阻，提高产品负载能力，有效利用空间，能够实现小型化，并且保障输出电压能够满足应用需求。

附图说明

图1为本发明的变磁通转速传感器的结构示意图；

图2为现有技术中传统变磁通转速传感器的磁场分布示意图；

图3为本发明的变磁通转速传感器的磁场分布示意图；

图4为现有技术中传统变磁通转速传感器的输出信号数据图；

图5为本发明的变磁通转速传感器的输出信号数据图；

图6为本发明实施例二的变磁通转速传感器的结构示意图；

图7为本发明实施例三的变磁通转速传感器的结构示意图；

图8为本发明实施例四的变磁通转速传感器的结构示意图；

图9为本发明实施例四的另一种变磁通转速传感器的结构示意图。

图中：

1为触发轮、2为永磁体、3为软磁芯、31为芯体、32为端体、4为测量线圈、5为磁场导流构件、51为主体部、52为延伸部。

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变磁通转速传感器，利用磁场导流构件来改变永磁体的磁场分布状况，利用磁场导流构件将磁场引导入软磁芯，优化通过测量线圈的磁场，提高输出电压，便于采集器信号采集，降低产品内阻，提高产品负载能力，在小型化的同时满足高输出电压的应用需求。

实施例一

如图1所示，一种变磁通转速传感器，主要包括触发轮1、线圈组件和永磁体2，所述线圈组件包括软磁芯3和绕制在软磁芯3上的测量线圈4，所述触发轮1用于连接在被测转动物体上随之一同转动，所述永磁体2位于触发轮1的径向一侧，所述线圈组件位于永磁体2与触发轮1之间，所述线圈组件与所述永磁体2之间设置有由软磁材料制成的磁场导流构件5，所述磁场导流构件5改变永磁体2周围的磁场分布以将永磁体2的磁场更有效地引导入软磁芯3，磁场导流构件5拦截永磁体2施加在面向触发轮1一侧的原生磁场，永磁体2施加在面向触发轮1一侧的磁场分布在磁场导流构件5的作用下发生改变，磁场沿着磁场导流构件5所构成的磁路进行传导，磁场从磁场导流构件5导流入软磁芯3，使磁场能更有效、更汇集的施加在软磁芯3上，进而优化穿过测量线圈的磁场，增大穿过测量线圈的磁通量变化率，增大输出电压，降低产品内阻，提高产品负载能力，从而在触发轮1、线圈组件和永磁体2等各器件的尺寸缩小的情况下，能够保障测量线圈的输出电压满足应用需求，从而实现变磁通转速传感器的小型化，满足各种应用场景。

在本实施例中，所述永磁体2的磁极方向沿着触发轮1的径向，永磁体2能在面向触发轮1一侧施加较强的磁场，所述测量线圈4的轴向垂直于触发轮1的径向，所述软磁芯3包括穿入在测量线圈4中的芯体31，并且所述软磁芯3还包括与芯体31连接并位于测量线圈4轴向端侧的端体32，所述测量线圈4可仅设置一个，也可沿同一轴线间隔设置有若干个，当仅设置一个测量线圈4时，所述端体32在测量线圈4轴向两端分别设置一个，所述端体32与芯体31组合构成工字型结构的软磁芯3，当测量线圈4沿同一轴线设置有多个时，所述测量线圈4可以是绕制在同一个芯体31上，所述端体32仅设置在位于端侧的测量线圈4的外端，也可表达为，所述端体32在芯体31的两端分别设置一个，从而所述端体32与芯体31也是组合构成工字型结构的软磁芯3；

所述端体32沿着测量线圈4的径向延伸至与所述磁场导流构件5衔接，永磁体2产生的磁场沿着磁场导流构件5与端体32衔接构成的磁路路径进行传导并进入到芯体31上，在芯体31上产生朝向更有序的磁场，有效优化通过测量线圈4的磁场，进而有效提高输出电压，降低产品内阻，提高产品负载能力；

在本实施例中，所述磁场导流构件5包括主体部51，所述主体部51设置在永磁体2面向触发轮1的一侧表面，并且，所述主体部51覆盖永磁体2面向软磁芯3一侧的整个端面，所述主体部51具体呈平板片状，磁场导流构件5具体可采用电工纯铁，1J50等软磁材料，主体部51充分拦截永磁体施加在面向触发轮一侧的原生磁场，改变磁场分布以使磁场被约束在磁场导流构件5中沿着磁场导流构件5传导入软磁芯3，具体的，所述主体部51与永磁体2的表面接触衔接，并且所述主体部51与软磁芯3的端体32接触衔接，有利于磁场的良好传导，并且也提高结构紧凑性，有利于减小体积而实现小型化。

现有技术中传统变磁通转速传感器的磁场分布如图2所示，永磁体2在面向触发轮1一侧施加磁场，其中靠近软磁芯3的端体32的磁场部分会沿着端体32传导，而远离软磁芯3的端体32的磁场部分（即永磁体2面向触发轮1一侧的中心区域的磁场部分）会直接朝触发轮1方向传导，从而使得软磁芯3的芯体31上的磁场的朝向是混乱的，测量线圈4是绕制在芯体31上的，影响测量线圈4中产生的感应电压大小的关键在于芯体31上的沿测量线圈4轴向的磁场分量的变化状况，当触发轮1转动时，气隙磁阻发生改变，会导致芯体31上磁场产生变化，由于芯体31上的磁场的朝向是混乱的，从而通过测量线圈4的磁通量在测量线圈4轴向上的分量的变化率较小，进而导致测量线圈4产生的感应电动势较小，也就是测量线圈4的输出电压低，现有结构的变磁通转速传感器在进行小型化时会出现输出电压过小的状况，无法满足小尺寸、高输出电压的应用需求。

本实施例所述变磁通转速传感器的磁场分布如图3所示，永磁体2在面向触发轮1一侧施加磁场，磁场被磁场导流构件5拦截，永磁体2施加在面向触发轮1一侧的磁场分布发生改变，磁场导流构件5是软磁材料所制成的导磁件，磁场会沿着磁场导流构件5进行传导，靠近软磁芯3的端体32的磁场部分穿出磁场导流构件5后沿着端体32传导，而远离软磁芯3的端体32的磁场部分会在磁场导流构件5的作用下发生转向沿着磁场导流构件5传导并进入端体32传导，即，永磁体2面向触发轮1一侧的中心区域的磁场部分的方向发生改变，原本朝向触发轮1的磁力线发生折弯，磁力线朝端体32所在方向折弯，磁场方向变为垂直于触发轮1径向，磁场沿着磁场导流构件5传导，在磁场传导到端体32所在位置处时磁场方向再次折弯转向以进入到端体32中，具体的，软磁芯3的端体32靠近永磁体2的两侧边缘处，从而永磁体2面向触发轮1一侧中心区域的磁场向两侧折弯后导入软磁芯3的端体32，永磁体2施加在面向触发轮1一侧的磁场被约束着沿磁场导流构件5所构成的磁路进行传导，相对于图2中所示的传统变磁通转速传感器的磁场分布而言，在增加磁场导流构件5后使得施加在软磁芯3的芯体31上的磁场是朝向更有序而一致的，进而当触发轮1转动时，软磁芯3的芯体31上的磁场会发生更显著的变化，通过测量线圈4的磁通量在测量线圈4轴向上的分量变化率较大，进而能使得测量线圈4产生的感应电动势较大，也就是测量线圈4的输出电压高，能够实现缩小变磁通转速传感器的结构尺寸的同时保障拥有高输出电压，满足小型化发展的需求。

在其它几何约束条件一定的情况下，传统变磁通转速传感器的测量线圈的输出电压随时间的变化如图4所示，正向电压峰值为0.828V，反向电压峰值为-0.830V，从而现有技术中传统变磁通转速传感器的电压峰-峰值约为1.658V，本实施例的变磁通转速传感器的测量线圈的输出电压随时间的变化如图5所示，正向电压峰值为1.184V，反向电压峰值为1.174V，从而本实施例所述变磁通转速传感器的电压峰-峰值约为2.358V，提高输出电压42%，磁场导流构件5对磁场分布起到了优化作用，提高了空间利用率，可以得到更高的电压，更低的产品内阻。

实施例二

如图6所示，与实施例一的不同点在于，磁场导流构件5的主体部51呈异形结构，所述主体部51在触发轮1径向上的厚度沿着靠近磁场导流构件5与软磁芯3的衔接处至远离磁场导流构件5与软磁芯3的衔接处的方向减小，具体的，在所述主体部51与软磁芯3的端体32相衔接的位置处所述主体部51的厚度最大，而远离主体部51与软磁芯3的端体32相衔接处的主体部51的厚度平滑减小（可以是线性减小，也可以是曲线形的减小），本实施例中的软磁芯3的端体32靠近永磁体2两侧边缘处，从而主体部51靠近永磁体2两侧的厚度大，而靠近永磁体2中心区域处的厚度线性减小，此种方式能减少磁场导流构件5的用料量，降低成本，并且主体部51厚度减小的区域刚好正对测量线圈4，给测量线圈4留出更多空间，在不增大整体体积的情况下有利于增加测量线圈4的匝数；

并且，由于磁场导流构件5的主体部51的存在，磁场分布发生改变，磁场沿着磁场导流构件5传导，使得主体部51中的磁通在主体部51与端体32的衔接处最大，而远离主体部51与端体32的衔接处的磁通逐渐减小，因此，主体部51与端体32衔接处的厚度最大以确保磁场被有效约束在磁路中传导。

实施例三

如图7所示，与实施例一的不同点在于，沿同一轴线间隔设置的测量线圈4之间也设置有端体32，相当于多个工字型结构的软磁芯3串接，在本实施例中，所述测量线圈4间隔设置有两个，所述端体32一共设置有三个，从而所述软磁芯3整体呈王字型，此种结构的变磁通转速传感器同样能实现优化穿过测量线圈的磁场，增大输出电压，降低产品内阻，提高产品负载能力。

实施例四

如图8和图9所示，与实施例一的不同点在于，软磁芯仅设置有穿入在测量线圈4中的芯体31，而所述磁场导流构件5还包括从主体部51上延伸而出的延伸部52，所述延伸部52延伸至与软磁芯3接触衔接，具体的，所述延伸部52沿着触发轮1的径向朝线圈组件所在一侧延伸，所述芯体31的两端分别与一个延伸部52连接，永磁体2施加在面向触发轮1一侧的磁场沿着主体部51至延伸部52的路径传导以施加在芯体31，同样使得施加在软磁芯的芯体31上的磁场是朝向有序而一致的，达到优化穿过测量线圈4的磁场的目的，增大输出电压，降低产品内阻，提高产品负载能力。如图8所示，所述主体部51可以呈平板片状，如图9所示，所述主体部51也可以是呈实施例二中的异形结构。

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。