一种旋转角度传感器

《一种旋转角度传感器》涉及角度测量仪器技术领域，更具体地说是涉及一种检测旋转角度的传感器。

截至2008年9月，无论是机车床、机电设备，还是汽车、轮船、甚至飞机上都会应用到对其转轴类旋转机构的转速、旋转的角度进行检测的传感器，此类传感器种类多种多样，它可以是电感式、电阻式、电容式、光电式或其它形式的传感器。如中国专利号为200720063163.X，申请日为2007年5月5号，发明名称为汽车转向车轮转向角度显示装置，其特征在于：在汽车的转向机构上安装一个角度传感器，角度传感器与信号处理电路连接，信号处理电路与显示电路连接。此专利可以将汽车转过的角度从显示电路中显示出来，可以提高掌控汽车行使方向的准确性，提高行车安全，但角度传感器的安装不方便，一般都要拆机才能安装，维护十分不方便；而且，通过传感器直接检测转轴类旋转机构转动的角度、速度，一般难以精确的检测出，其稳定性不高。

图1为《一种旋转角度传感器》的旋转角度传感器的立体结构示意图；

图2为图1的分解结构示意图；

图3为《一种旋转角度传感器》的旋转角度传感器内部结构示意图；

图4为《一种旋转角度传感器》的旋转角度传感器的盒体结构示意图；

图5为《一种旋转角度传感器》的盒体内部分安装组件结构示意图；

图6为盒体底座部分结构示意图；

图7为盒体内部组件安装结构示意图；

图8为《一种旋转角度传感器》旋转角度传感器的转动部分结构示意图；

图9为《一种旋转角度传感器》旋转角度传感器的活动套安装结构示意图；

图10为《一种旋转角度传感器》旋转角度传感器的转动部分的局部安装结构示意图；

图11为活动套的组装结构示意图；

图12为活动套的半圆型弧型组件结构示意图；

图13为《一种旋转角度传感器》的活动套的固定构件结构示意图；

图14为固定圈结构示意图；

图15为固定圈的组成构件结构示意图；

图16为固定片结构示意图。

附图标记说明：1、活动套2、紧固结构2-1、支撑柱2-2、铆孔2-3、铆柱2-4、弧型连接组件2-5、孔槽2-6、扣弹片3、盒体3-1、底座3-2、防尘盖3-3、半圆形固定结构3-4、半圆环3-5、轴承4、连接拉杆4-1、前拉杆4-2、后拉杆4-3、固定卡4-4、卡槽4-5、孔5、螺纹圈6、锁紧机构7、固定圈7-1、固定螺母8、固定片8-1、卡位件8-2、定位轴8-3、斜面8-4、防滑面9、定位孔10、凹槽11、齿牙12、减速装置13、电路板组件14、传感数据输出线。

2016年12月7日，《一种旋转角度传感器》获得第十八届中国专利优秀奖。

如图1～图16所示，《一种旋转角度传感器》一种旋转角度传感器，它包括与转动轴套接的由两个以上弧型组件组装而成的活动套1、连接固定弧型组件的紧固结构2、以及与活动套1凹凸配合的盒体3，盒体3由底座3-1及其上的防尘盖3-2构成，盒体3的端部向外延伸为与活动套1相配合的半圆形固定结构3-3，该固定结构3-3的顶端连接有与其对应的半圆环3-4，该半圆环3-4与盒体的半圆形固定结构3-3的内侧绕轴心方向均匀分布有多个轴承3-5，活动套1与轴承3-5滑动连接。盒体3的侧部设置有将整个装置支撑固定在汽车螺柱上的连接拉杆4，该连接拉杆4包括前拉杆4-1、后拉杆4-2以及与后拉杆4-2铰接的固定卡4-3，前拉杆4-1与后拉杆4-2组合连接为长度可调的杆件，固定卡4-3上设置卡槽4-4，该卡槽4-4呈锥型，其内设置有若干个与不同固定直径的螺柱相配的孔4-5。其中，连接固定弧型组件的紧固结构2为环形连接片，该环形连接片周向分布有多个支撑柱2-1及铆孔2-2，铆孔2-2内的铆柱2-3将环形连接片紧固于活动套1上，环形连接片由两块以上与弧型组件相配的弧型连接组件2-4构成，的弧型连接组件2-4的端部设置有孔槽2-5，相邻的两的弧型连接组件2-4之间设置有与该孔槽2-5扣接的扣弹片2-6。活动套1的上部设置有螺纹圈5，螺纹圈5的内侧设有与转动轴配合连接的锁紧机构6，螺纹圈5的外围螺接有固定圈7，该固定圈7分为左右两部分，左右两部分组件的连接端分别设置有相互配合的凸块与槽孔，并通过固定螺母7-1将其锁定为一体，构成一个类似于大螺母的部件；活动套1、活动套1上部的螺纹圈5以及该螺纹圈5外围的固定圈7均为由两个半圆结构组件组成的同心、同轴的圆环形结构。螺纹圈5内侧的锁紧机构6由若干块紧贴螺纹圈5内壁的固定片8组成，固定片8的外侧面成型有卡位件8-1与活动套1的上部卡接，活动套1的内部分布有若干个定位孔9，固定片8的卡位件8-1底部设置有与该定位孔9连接配合的定位轴8-2，卡位件8-1的上部设有斜面8-3，螺纹圈5的主体下部设置有凹槽10与该卡位件8-1的斜面8-3卡接配合，螺纹圈5的固定圈7顶压于卡位件的斜面8-3上并与其滑动连接，通过改变固定圈7在螺纹圈5上旋入的位置，从而改变固定圈7对卡位件8-1的斜面8-3的顶压力，使其底部的定位轴在定位孔9内摆动，从而改变通过改变螺纹圈5及固定片8所限定的轴的直径范围，以适应不同直径的汽车方向盘连接轴。固定片8的内侧面为与转动轴表面配合的防滑面8-4，该防滑面8-4带有齿纹。活动套1的外缘周向分布有齿牙11，盒体3内设置有与该齿牙11齿合的、主要由多级齿轮组构成的减速装置12，该减速装置12固定于一电路板组件13上，减速装置12中的齿轮组与活动套1外缘周向分布的齿牙11共同构成五级齿轮减速机构，实现低转速比转换。减速装置12的外围连接固定有传感组件，该传感组件采用无接触传感机电转换电路，获取精确旋转角度数据，无接触传感机电转换电路上设置有传感数据输出线14，该数据线14位于盒体3的端部，获得的精确旋转角度数据经过外设设备的解析，并在显示屏或其它仪表中将角度以不同的形式显示出来。

使用过程中，先将螺纹圈的外围螺接的固定圈装在汽车方向盘下部的万向结连接轴上，将活动套、连接固定弧型组件的紧固结构打开，呈半开状态，再卡入汽车连接轴上，位于固定圈的下部，合起活动套，并将环形连接片的扣弹片扣合；将固定圈旋入活动套的螺纹圈上，当固定圈旋入螺纹圈的位置不同时，固定片的位置也不同；将盒体与活动套连接，此过程，将与盒体端部向外延伸的半圆形固定结构对应的半圆环从传感组件平行方向相对装入盒体后用两个螺母紧固；最后，将连接拉杆安装于盒体的相应位置，然后调整长度及角度，将连接拉杆的另一端固定于汽车的固定螺柱上。

一种旋转角度传感器专利目的

《一种旋转角度传感器》的目的是提供的一种不仅拆装方便，结构简单，而且性能稳定，测试精确的旋转角度传感器。

一种旋转角度传感器技术方案

《一种旋转角度传感器》是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种旋转角度传感器，其特征在于：它包括与转动轴套接的活动套以及与活动套转动连接的盒体，活动套的上部设置有螺纹圈，螺纹圈的内侧设有与转动轴配合连接的锁紧机构，螺纹圈的外围螺接有固定圈，活动套、螺纹圈以及固定圈均为由两个以上弧型组件组装而成的同心、同轴的分体式圆环结构；活动套的外缘周向分布有齿牙，盒体内设置有与该齿牙齿合的、主要由多级齿轮组构成的减速装置，该减速装置固定于一电路板组件上，其外围连接固定有传感组件。

作为上述方案的进一步说明，所述构成活动套的弧型组件的底部活动设置有环形连接片，该环形连接片周向分布有多个铆孔，铆孔内的铆柱将环形连接片紧固于活动套上，该环形连接片由两块以上与弧型组件相配的连接组件构成，连接组件的端部设置有孔槽，相邻的两连接组件之间设置有与该孔槽扣接的扣弹片。

所述螺纹圈内侧的锁紧机构由若干块紧贴螺纹圈内壁的固定片组成，固定片的外侧面成型有卡位件与活动套的上部卡接，活动套的内部分布有若干个定位孔，固定片的卡位件底部设置有与该定位孔转动连接的定位轴；卡位件的上部设有斜面，螺纹圈的主体下部设置有凹槽与该卡位件的斜面卡接配合，螺纹圈上的固定圈顶压于卡位件的斜面上并与其滑动连接。

所述固定片的内侧面为与转动轴表面配合的防滑面，该防滑面带有齿纹。

所述盒体由底座及其上的防尘盖构成，盒体的端部向外延伸为与活动套相配合的半圆形固定结构，该固定结构的顶端连接有与其对应的半圆环，该半圆环与盒体的半圆形固定结构的内侧绕轴心方向均匀分布有多个轴承，活动套与轴承滑动连接。

所述盒体的侧部设置有将整个装置支撑固定汽车螺柱上的连接拉杆，该连接拉杆包括前拉杆、后拉杆以及与后拉杆铰接的固定卡，前拉杆与后拉杆组合连接为长度可调的杆件。

所述固定卡上设置卡槽，该卡槽呈锥型，其内设置有若干个与不同固定直径的螺柱相配的孔。

所述减速装置中的齿轮组与活动套外缘周向分布的齿牙共同构成五级齿轮减速机构，该机构外围的传感组件采用无接触传感机电转换电路。

一种旋转角度传感器有益效果

1、《一种旋转角度传感器》的活动套、活动套上部的螺纹圈以及该螺纹圈外围的固定圈均采用由两个半圆结构组件组成的同心、同轴旋转的圆环形结构，可实现灵活的免拆机安装，获得任意角度的位置传感，并且旋转圈数无限制，n×360°，n＝∞。

2、《一种旋转角度传感器》的活动套受被测对象转动轴的带动，通过五组齿轮实现低转速比转换，后采用最新无接触传感机电转换电路，可获取精确旋转角度数据。

3、盒体的侧部设置将整个装置支撑固定汽车螺柱上的连接拉杆，连接拉杆的长度及角度均可调节，使整机的安装固定更为方便，使固定于转动轴上的活动套时刻与转动轴的旋转角度一致，保证检测数据的精确性。

1、《一种旋转角度传感器》特征在于：它包括与转动轴套接的活动套以及与活动套转动连接的盒体，活动套的上部设置有螺纹圈，螺纹圈的内侧设有与转动轴压紧配合的锁紧机构，螺纹圈的外围螺接有固定圈，活动套、螺纹圈以及固定圈均为由两个以上弧型组件组装而成的同心、同轴的分体式圆环结构；活动套的外缘周向分布有齿牙，盒体内设置有与该齿牙齿合的、主要由多级齿轮组构成的减速装置，该减速装置固定于一电路板组件上，其外围连接固定有传感组件。

2、根据权利要求1所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述构成活动套的弧型组件的底部活动设置有环形连接片，该环形连接片周向分布有多个铆孔，铆孔内的铆柱将环形连接片紧固于活动套上。

3、根据权利要求2所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述环形连接片由两块以上与弧型组件相配的连接组件构成，连接组件的端部设置有孔槽，相邻的两连接组件之间设置有与该孔槽扣接的扣弹片。

4、根据权利要求1所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述螺纹圈内侧的锁紧机构由若干块紧贴螺纹圈内壁的固定片组成，固定片的外侧面成型有卡位件与活动套的上部卡接，活动套的内部分布有若干个定位孔，固定片的卡位件底部设置有与该定位孔转动连接的定位轴；卡位件的上部设有斜面，螺纹圈的主体下部设置有凹槽与该卡位件的斜面卡接配合，螺纹圈上的固定圈顶压于卡位件的斜面上并与其滑动接触。

5、根据权利要求4所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述固定片的内侧面为与转动轴表面配合的防滑面，该防滑面带有齿纹。

6、根据权利要求1所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述盒体由底座及其上的防尘盖构成，盒体的端部向外延伸为与活动套相配合的半圆形固定结构，该固定结构的顶端连接有与其对应的半圆环，该半圆环与盒体的半圆形固定结构的内侧绕轴心方向均匀分布有多个轴承，活动套与轴承滑动连接。

7、根据权利要求1所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述盒体的侧部设置有将整个装置支撑固定汽车螺柱上的连接拉杆，该连接拉杆包括前拉杆、后拉杆以及与后拉杆铰接的固定卡，前拉杆与后拉杆组合连接为长度可调的杆件。

8、根据权利要求7所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述固定卡上设置卡槽，该卡槽呈锥型，其内设置有若干个与不同固定直径的螺柱相配的孔。

9、根据权利要求1所述的一种旋转角度传感器，其特征在于：所述减速装置中的齿轮组与活动套外缘周向分布的齿牙共同构成五级齿轮减速机构，该机构外围的传感组件采用无接触传感机电转换电路。

如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上，必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上，马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说，角度传感器转三周，主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位，所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是，每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子，直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位)，因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。已知量都有了：齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R为角度传感器的分辨率（每旋转一周计数值），G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即：

I=G×R

在例子中，G为3，对于乐高角度传感器来说，R一直为16.因此，我们可以得到：

I=3×16=48

每旋转一次，齿轮所经过的距离正是它的周长C，应用这个方程式，利用其直径，你可以得出这个结论。

C=D×π

在我们的例子中：

C=81.6×3.14=256.22

最后一步是将传感器所记录的数据-S转换成轮子运动的距离-T，使用下面等式：

T=S×C/I

如果光电传感器读取的数值为296，你可以计算出相应的距离：

T=296×256.22/48=1580 距离（T）的单位与轮子直径单位是相同的.

无接触角度传感器

无触点角度传感器，又称无接触电位器，广泛应用于工业自动化设备、工程机械、纺织机械、造纸印刷机械、石化设备、国防工业等自动控制设备的水平和旋转角度的测量，也适用于拉丝机等作张力传感器。