本發(fā)明的領(lǐng)域是旋轉(zhuǎn)傳感器，具體是因旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器(縮寫為RVDT)而聞名的感應(yīng)型的傳感器。

本發(fā)明具體適用于測量兩個(gè)軸之間的旋轉(zhuǎn)的小角度。

本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在測量施加至軸的轉(zhuǎn)矩方面的有利應(yīng)用。

背景技術(shù)：

眾所周知，通過測量輸出軸上的扭矩來測量轉(zhuǎn)矩輸出。

由此提出了幾種測量裝置。例如，眾所周知，將一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變儀定位在驅(qū)動器的輸出軸上，其扭轉(zhuǎn)變形可被測量從而從其推導(dǎo)出由驅(qū)動器傳送的轉(zhuǎn)矩。

在上下文中，驅(qū)動器是航空器中的飛行驅(qū)動器，不過，使用應(yīng)變儀是不希望的，因?yàn)檫@些儀表被結(jié)合到輸出軸后難以替換。具體地，在沒有將驅(qū)動器從航空器拆卸下來時(shí)它們是不可更換替換的：這些就是所謂的“非LRU”部件，縮略詞LRU表示外場可更換單元，因此是“外場在線不可更換替換的”。

兩個(gè)軸之間的扭轉(zhuǎn)變形也可通過軸之間的相對旋轉(zhuǎn)來測量。

旋轉(zhuǎn)傳感器，例如感應(yīng)傳感器或者RVDT傳感器是已知的。

這些傳感器包括轉(zhuǎn)子和定子，其分別被連接至自由軸和由驅(qū)動器驅(qū)動的扭轉(zhuǎn)軸。

供有交流電的初級繞組在由轉(zhuǎn)子和定子形成的回路中產(chǎn)生磁場。

兩個(gè)次級繞組通過與這個(gè)磁場反應(yīng)產(chǎn)生各自的電壓，其值取決于轉(zhuǎn)子相對于定子的角位置。

因此，可以通過測量次級繞組的端子處的電壓來推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子和定子之間的相對旋轉(zhuǎn)。

已知的RVDT傳感器適用于測量大約幾十度的角度。

不過，在本申請中，在飛行驅(qū)動器的輸出軸上待測量的扭轉(zhuǎn)角度非常小，例如大約為1°或更小。

因此，利用已知的RVDT傳感器來測量這樣的軸的扭轉(zhuǎn)角度因此會具有非常弱的靈敏度，除非大大極大地減小輸出軸的剛度以便增大輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的振幅。

這在本發(fā)明的情景中是不希望的。因此，需要一種測量小變形的扭矩傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種具有較高靈敏度的旋轉(zhuǎn)傳感器。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種測量軸的小振幅變形的轉(zhuǎn)矩傳感器。

就此點(diǎn)而言，本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)傳感器，所述旋轉(zhuǎn)傳感器包括：

-同軸的定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被安裝成相對于所述定子具有角位移，所述定子和所述轉(zhuǎn)子構(gòu)成磁回路，

-初級繞組，所述初級繞組被設(shè)置成當(dāng)它被供有交流電時(shí)在所述磁回路中產(chǎn)生磁場，和

-至少一個(gè)次級繞組，所述次級繞組被設(shè)置成響應(yīng)于磁激勵(lì)，在其端子處具有電位差，

其特征在于，所述磁回路包括至少一個(gè)齒和至少一個(gè)槽，所述齒相對于所述定子和所述轉(zhuǎn)子的軸線徑向延伸，所述槽被設(shè)置成容納所述齒，使得所述齒通過至少一個(gè)所謂的切向氣隙與所述槽隔開，所述切向氣隙根據(jù)所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子的角位移是可變的，

并且其中，所述齒和所述槽被構(gòu)造成使得在所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子旋轉(zhuǎn)時(shí)，切向氣隙的寬度的變化分別引起該氣隙的磁導(dǎo)的增大或減小和引起次級繞組的端子處的電壓的增大或減小。

有利地，但可選地，根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)傳感器可以進(jìn)一步包括以下特征中的至少一個(gè)：

-所述磁回路包括至少兩個(gè)軸向?qū)R且彼此成一體的齒，槽被設(shè)置成容納所述齒，使得每個(gè)齒通過至少一個(gè)切向氣隙與所述槽隔開，所述齒和所述槽被構(gòu)造使得，當(dāng)齒與所述槽被兩個(gè)相同寬度的切向氣隙隔開時(shí)，另一齒與相應(yīng)的槽被兩個(gè)不同寬度的切向氣隙隔開，并且優(yōu)選地一個(gè)氣隙的寬度大于或等于另一氣隙的寬度的二倍。

-所述磁回路包括軸向?qū)R的并且彼此成一體的至少三個(gè)齒，該至少三個(gè)齒包括中心齒和兩個(gè)側(cè)面齒，所述槽被設(shè)置成容納所述齒，使得每個(gè)齒通過至少一個(gè)切向氣隙與容納該齒的槽隔開，齒和槽被構(gòu)造成使得：

.當(dāng)所述中心齒通過兩個(gè)相同寬度的切向氣隙與所述槽隔開時(shí)，另外兩個(gè)齒中的每一個(gè)通過兩個(gè)不同寬度的切向氣隙與所述槽隔開，和

.在側(cè)面齒和槽之間延伸的較寬氣隙與在另一側(cè)面齒和槽之間延伸的最窄氣隙對齊。

-所述傳感器包括兩個(gè)次級繞組，每個(gè)繞組被設(shè)置成根據(jù)側(cè)面齒和槽之間的最窄切向氣隙的寬度的值具有可變的電位差。

-所述側(cè)面齒的角開口小于或等于所述中心齒的角開口的一半。

-每個(gè)齒進(jìn)一步通過所謂的徑向氣隙與各自的槽的表面隔開，并且側(cè)面齒和槽之間的最小切向氣隙的寬度小于所述徑向氣隙的寬度。

-所述轉(zhuǎn)子或所述定子包括至少兩個(gè)圓盤和在圓盤之間延伸的圓柱體，各齒由圓盤持有，所述初級繞組和所述次級繞組繞該圓柱體纏繞。

-所述次級繞組繞所述圓柱體纏繞，而所述初級繞組繞所述次級繞組纏繞。

-所述傳感器進(jìn)一步包括采集和處理單元，所述采集和處理單元被設(shè)置成測量所述次級繞組的端子處的電壓，并由此推導(dǎo)出所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子的旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明還涉及一種組件，所述組件包括：

-扭轉(zhuǎn)軸和自由軸，所述扭轉(zhuǎn)軸和所述自由軸是同軸的并且被安裝成相對于彼此具有角位移，

-驅(qū)動器，所述驅(qū)動器包括驅(qū)動兩個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)輸出軸，和

-根據(jù)前面描述的旋轉(zhuǎn)傳感器，該傳感器的轉(zhuǎn)子與自由軸是整體旋轉(zhuǎn)的，而定子與扭轉(zhuǎn)軸是整體旋轉(zhuǎn)的，

其中，該傳感器的采集和處理單元進(jìn)一步被設(shè)置成根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度確定出扭轉(zhuǎn)軸所受的轉(zhuǎn)矩。

所提出的旋轉(zhuǎn)傳感器使得可以通過包括轉(zhuǎn)子與定子間的不對稱的氣隙的結(jié)構(gòu)來檢測轉(zhuǎn)子和定子之間甚至最小的相對旋轉(zhuǎn)。因此，可以利用這樣的傳感器來直接測量驅(qū)動器的輸出軸上的轉(zhuǎn)矩而不影響其剛度。

附圖說明

本發(fā)明的其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)通過下文中的說明揭示，所述說明是純說明性的而非限制性的，并且必須參照附圖閱讀，其中：

-圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)傳感器的透視圖，

-圖2a示出了圖1的傳感器的剖視圖，

-圖2b示出了圖1的傳感器的轉(zhuǎn)子的圓盤的透視圖,

-圖2c示出了圖1的傳感器的正視圖，

-圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的傳感器的氣隙的磁導(dǎo)，該磁導(dǎo)取決于轉(zhuǎn)子和定子的相對旋轉(zhuǎn)角度。

-圖3b示出了傳感器的初級繞組和次級繞組的磁通量與旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)。

-圖3c示出了傳感器的次級繞組的電壓與旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，

-圖3d示出了傳感器的靈敏度與旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，

-圖3e示出了傳感器的靈敏度與扭轉(zhuǎn)載荷的函數(shù)。

-圖4示意性地示出了包括驅(qū)動器和轉(zhuǎn)矩傳感器的組件。

具體實(shí)施方式

轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)

參見圖1，示出了旋轉(zhuǎn)傳感器1。

該傳感器包括定子A和轉(zhuǎn)子B，定子A和轉(zhuǎn)子B是兩個(gè)與軸線X-X同軸的部件。轉(zhuǎn)子B相對于定子A可旋轉(zhuǎn)地安裝，或者考慮到待測量的旋轉(zhuǎn)的小角度，至少被安裝成相對于定子具有角位移。

有利地但是可選地，定子A和轉(zhuǎn)子B是關(guān)于軸線X-X軸向?qū)ΨQ的部件。

定子A和轉(zhuǎn)子B一起構(gòu)成磁回路。為此，它們由磁性材料例如鐵制成。

旋轉(zhuǎn)傳感器1進(jìn)一步包括初級繞組30，初級繞組30被設(shè)置成響應(yīng)于對繞組施加交流電而在磁回路中產(chǎn)生磁場。

最后，旋轉(zhuǎn)傳感器1包括至少一個(gè)次級繞組40，次級繞組40被設(shè)置成響應(yīng)于磁激勵(lì)而具有電位差。具體地，通過初級繞組在磁回路中產(chǎn)生磁場導(dǎo)致在次級繞組的端子處出現(xiàn)電位差。

該電位差根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的角位移變化，如下文所解釋的，并且通過傳感器1的采集和處理單元50進(jìn)行測量，以從其推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)的角度。

有利地，如附圖中所示的，轉(zhuǎn)子通過可旋轉(zhuǎn)地安裝在定子的內(nèi)部而在定子的內(nèi)部延伸。可替換地，轉(zhuǎn)子B可圍繞定子A延伸。

因此，為了保持本發(fā)明的普遍性，徑向外部部件被標(biāo)示為10，該部件可以是定子或轉(zhuǎn)子，而徑向內(nèi)部部件被標(biāo)示為20。

徑向內(nèi)部部件20包括至少一個(gè)與軸線X-X同軸的圓盤22。該部件20優(yōu)選地包括兩個(gè)同軸且整體旋轉(zhuǎn)的圓盤22，甚至更有利地是包括三個(gè)同軸且整體旋轉(zhuǎn)的圓盤22。在該示例中，兩個(gè)側(cè)面圓盤被標(biāo)示為22L，而中心圓盤22C以距其相等的距離位于側(cè)面圓盤之間。有利地，如例如在圖2a中所示，側(cè)面圓盤22L被定位在徑向內(nèi)部部件20的軸向端。

在徑向內(nèi)部部件20包括兩個(gè)圓盤22的示例中，徑向內(nèi)部部件20進(jìn)一步包括在圓盤22之間延伸的圓柱體23。在優(yōu)選的部件20包括三個(gè)圓盤的實(shí)施例中，部件20包括兩個(gè)圓柱體23，每個(gè)圓柱體在兩個(gè)鄰接的圓盤之間延伸。在該示例中，每個(gè)圓柱23在中心圓盤22c和側(cè)面圓盤22L之間延伸。

圓盤22是一體旋轉(zhuǎn)的。有利地，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，圓盤22由具有中間圓柱體23的單個(gè)部分構(gòu)成，使得圓盤22和圓柱體23的組件形成一個(gè)單件式部件。

轉(zhuǎn)子的圓盤22和圓柱體23由磁性材料例如鐵構(gòu)成。

有利地，徑向內(nèi)部部件包括具有圓形且居中的截面的直通開口21，因此使該部件20呈管狀且空心的，以便能夠連接軸。在該示例中，如果軸是旋轉(zhuǎn)的，用于將部件20連接至處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的軸的裝置有利地被提供在該部件的內(nèi)表面，即，開口21的外周上。

在每個(gè)圓柱體23周圍，纏繞有初級繞組30的一部分和次級繞組40。有利地，圓柱體23的半徑遠(yuǎn)小于圓盤22的半徑，從而形成其中可設(shè)有繞組的槽。

此外，如在圖2a中所看到的，每個(gè)次級繞組40有利地直接環(huán)繞各自的圓柱體23纏繞，同時(shí)初級繞組30繞次級繞組纏繞，以便獲得具有相對于軸線X-X連續(xù)增大的半徑：

-圓柱體23，

-次級繞組40，和

-初級繞組30的一部分。

如下文所解釋的，磁回路在激勵(lì)位于圓盤22的徑向外端的初級繞組時(shí)由轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生，因而初級繞組30被設(shè)置成盡可能接近該回路，從而減小磁場泄露。

因此，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)部件20包括兩個(gè)圓盤時(shí)，它包括單個(gè)次級繞組，當(dāng)它包括三個(gè)圓盤時(shí)，它包括兩個(gè)圍繞各自的圓柱體纏繞的次級繞組。該實(shí)施例使得可以通過執(zhí)行次級繞組的電壓的差動處理(traitement différentiel)來測量對激勵(lì)電壓不靈敏的旋轉(zhuǎn)，如下文所述。

磁回路

磁回路包括相對于軸線X-X徑向延伸的至少一個(gè)齒220和設(shè)置成容納所述齒的槽12。齒220被安裝成相對于槽12具有角位移。有利地，齒220與轉(zhuǎn)子或定子是一體的，而槽12與定子或轉(zhuǎn)子是一體的，以便轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)引起齒相對于槽的旋轉(zhuǎn)。

在圖中所示的、下文所述的非限制性的示例中，每個(gè)齒220由徑向內(nèi)部部件20的圓盤22持有，而槽12由徑向外部部件持有?？商鎿Q地，槽12可以由在圓盤上形成的多個(gè)槽組成，這些槽是相同的并且是對齊的，而齒可以在外部部件10的徑向內(nèi)部表面上形成。

再次參見附圖的示例，如圖2c中所示，徑向外部部件10包括位于徑向內(nèi)部表面11上的至少一個(gè)槽12，槽12沿著平行于軸線X-X的軸線延伸并且具有覆蓋其整個(gè)長度(即覆蓋其整個(gè)軸向延伸部)的恒定角開口。可替換地，槽12可通過相互對齊的幾個(gè)相同的槽構(gòu)成。

優(yōu)選地，徑向外部部件10包括多個(gè)槽，所有槽是相同的并且在其內(nèi)表面11的圓周上以恒定的間隔角分布，每個(gè)圓盤22具有多個(gè)突出的齒220，該齒被容納在定子的槽12中，使得定子的每個(gè)槽容納轉(zhuǎn)子20的每個(gè)圓盤22的齒220。

因此，如果外部部件10包括在定子的內(nèi)表面11上角度地分布的多個(gè)槽12，則每個(gè)圓盤22包括同樣數(shù)量的齒220，同一圓盤的齒是相同的并且在圓盤的圓周上規(guī)律地分布，使得所有齒220被容納在相應(yīng)的槽12中。

如在圖2c中可看到的，每個(gè)齒220因此通過一間隙與容納該齒的槽12的壁隔開，該間隙包括：

-兩個(gè)切向氣隙51，其在齒的側(cè)面壁221和其中定位有齒的槽的側(cè)面壁121之間延伸，側(cè)面壁是在平行于軸線X-X的平面中延伸的壁，并且有利地是徑向的，因此氣隙正交于該平面被測量，即，它圍繞軸線X-X是切向的，

-齒220頂端處的第一徑向氣隙52，其在齒的徑向外部壁222和部件10在槽12處的內(nèi)表面之間延伸，和

-第二徑向氣隙53，其在部件10在兩個(gè)連續(xù)的槽12之間的內(nèi)表面11與面向該內(nèi)表面的圓盤的外表面224之間延伸。

齒220和槽優(yōu)選地被構(gòu)造成使得正交于齒220和槽的側(cè)面壁測量的切向氣隙51的寬度在該氣隙的整個(gè)表面上恒定。

傳感器1包括按以下方式形成的至少一個(gè)齒-槽對：轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)引起齒220和槽22之間的切向氣隙51的寬度上的變化，包括在次級繞組40的端子處的電位差的變化。

有利地，參見圖2b和2c，磁回路包括至少一個(gè)齒，所述至少一個(gè)齒被構(gòu)成使得在齒的兩側(cè)延伸的切向氣隙51具有不同的寬度。此外，有利地，切向氣隙53之一的寬度大于或等于至少兩倍的另一切向氣隙寬度，以使通過較大氣隙的磁場最小化。

通過這種方式，在轉(zhuǎn)子相對于氣隙旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒220在其最窄的切向氣隙處接近或遠(yuǎn)離槽12，從而導(dǎo)致該氣隙的磁導(dǎo)的增大或減小，并因此增大或減小次級繞組的端子處的電壓。另一方面，在較大的氣隙處，通過該氣隙的磁場無論槽中的齒的角位移如何都是可忽略的。

在該實(shí)施例中，內(nèi)部部件20包括兩個(gè)圓盤22，圓盤22的齒220被構(gòu)成為使得當(dāng)另一圓盤的齒和槽之間的切向氣隙是對稱的時(shí)，該圓盤的每個(gè)齒220和槽之間的切向氣隙51相對于齒是不對稱的。

形成不對稱氣隙的第一圓盤通過其在外部部件中的相對旋轉(zhuǎn)而引起磁場中的變化，第二圓盤在不影響該場的同時(shí)閉合磁回路。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)部部件20包括三個(gè)圓盤，側(cè)面圓盤22L的齒220L被構(gòu)成為使得當(dāng)中心圓盤22C的齒220C與槽之間的切向氣隙是對稱的時(shí)，每個(gè)齒220L和槽12之間的切向氣隙是不對稱的，尤其具有不同的寬度。

此外，對于每個(gè)槽12而言，第一側(cè)面圓盤22L的齒220L的最大側(cè)面氣隙對應(yīng)于另一側(cè)面圓盤22L的齒220L的最窄氣隙。因此，第一側(cè)面圓盤的側(cè)面上的最窄氣隙面向另一側(cè)面圓盤的側(cè)面上的最大氣隙。

上文已經(jīng)指出，在本示例中，傳感器包括兩個(gè)次級繞組40，每個(gè)繞組圍繞各自的圓柱體纏繞。

應(yīng)當(dāng)理解，在本示例中，次級繞組40并不經(jīng)受相同的磁場，因此根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)方向在次級繞組的端子處并不具有相同的電位差。

事實(shí)上，對于側(cè)面圓盤22L而言，最窄的切向氣隙仍然位于相對于齒的同一側(cè)。如果轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動以減小氣隙的寬度，該氣隙的磁導(dǎo)增大，并且在相應(yīng)的次級繞組的端子處的電壓也會增大。不過，其他側(cè)面圓盤22L的最窄氣隙的磁導(dǎo)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而減小，從而減小相應(yīng)的次級繞組的端子處的電壓。

因此，該結(jié)構(gòu)使得可以根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向改變每個(gè)次級繞組的端子處的電壓，并由此根據(jù)在次級繞組上測量的電壓來確定該旋轉(zhuǎn)方向。

在本示例中，側(cè)面圓盤22L的所有齒220L被構(gòu)造成相同的，使得最大的氣隙始終位于該齒的同一側(cè)，從而在圓盤和內(nèi)部部件10發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)時(shí)，使圓盤和內(nèi)部部件10之間的整個(gè)氣隙的磁導(dǎo)的變化最大化。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，側(cè)面圓盤22L的齒220L相對于中心圓盤的圓盤220C具有減小的角開口。在傳感器只包括兩個(gè)圓盤的情況下，對應(yīng)于不對稱氣隙的圓盤的齒相對于另一圓盤的齒具有減小的角開口。

有利地，兩個(gè)側(cè)面圓盤的齒220L的角開口是相同的并且小于或等于中心圓盤22C的齒220C的角開口的50％，優(yōu)選地小于30％。

此外，在每個(gè)槽中，如在圖2b中所看到的，齒有利地相對于彼此按照以下方式設(shè)置：

-中心圓盤的齒220C的第一側(cè)壁2211與第一側(cè)面圓盤的齒220L的相應(yīng)的側(cè)壁對齊，和

-齒220C的相對側(cè)壁2212與第二側(cè)面圓盤的齒220L的相應(yīng)的側(cè)壁對齊。

現(xiàn)在將描述該傳感器的操作。

以下描述適用于優(yōu)選的實(shí)施例，其中：

-徑向內(nèi)部部件20包括用于區(qū)分轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的三個(gè)圓盤，

-徑向內(nèi)部部件20是轉(zhuǎn)子，而外部部件10是定子，和

-徑向內(nèi)部部件20持有齒，而外部部件10持有槽。

在傳感器的變化的實(shí)施例中會獲得相同的功能，其中轉(zhuǎn)子和定子，和/或齒和槽的位置是可互換的。

供有電流的初級繞組30在每個(gè)圓柱體中產(chǎn)生磁場。

磁場通過每個(gè)側(cè)面圓盤后，朝向轉(zhuǎn)子或通過氣隙。

根據(jù)之前所述的結(jié)構(gòu)，齒的最大側(cè)面氣隙—例如在與側(cè)面圓盤的壁和中心圓盤的壁對齊的側(cè)面相對的側(cè)面上—足夠大以便通過該氣隙的磁通量是可忽略的。

因此，由初級繞組產(chǎn)生的磁場對于側(cè)面圓盤的每個(gè)齒來說支持最窄的側(cè)面氣隙。

然后磁場通過定子循環(huán)，之后通過中心圓盤的齒的側(cè)面氣隙循環(huán)，如正在討論的，這會在位于中心圓盤和側(cè)面圓盤之間的次級繞組中產(chǎn)生電壓。

不過，當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子的相對旋轉(zhuǎn)為零時(shí)，即，當(dāng)中心圓盤的齒的兩側(cè)上的氣隙相等時(shí)，最窄的氣隙(也被稱為測量氣隙)的寬度有利地小于0.5mm，并且有利地為0.3mm。

因?yàn)檫@個(gè)尺寸，倘若轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)，氣隙的磁導(dǎo)則顯著變化，這導(dǎo)致次級繞組中的電壓的變化，并允許根據(jù)該電壓變化推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子和定子的相對旋轉(zhuǎn)的幅度。

最后，在定子的每個(gè)槽中，當(dāng)最窄氣隙被定位在兩個(gè)側(cè)面圓盤的齒的相對側(cè)上時(shí)，每個(gè)氣隙的磁導(dǎo)(由此相應(yīng)的次級繞組的電壓)對于給定的相對旋轉(zhuǎn)來說具有異號的斜率。這使得可以根據(jù)次級端子處的電壓推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子和定子之間的相對旋轉(zhuǎn)的方向和絕對值。

因此，例如，在圖2c示出的結(jié)構(gòu)中：如果轉(zhuǎn)子在該圖的平面中向左旋轉(zhuǎn)，在第一側(cè)面圓盤的每個(gè)測量氣隙的寬度會被減小。每個(gè)氣隙的磁導(dǎo)增大，且對應(yīng)于該圓盤的次級繞組的電壓增大。

另一側(cè)面圓盤(不可見)被設(shè)置在中心圓盤的另一側(cè)上。對于該圓盤來說，當(dāng)轉(zhuǎn)子向左轉(zhuǎn)動時(shí)，測量氣隙的寬度增大，從而其磁導(dǎo)降低。結(jié)果是，對應(yīng)于該圓盤的次級繞組的電壓減小。

因此，通過讀取兩個(gè)次級繞組的電壓，可推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)的方向和旋轉(zhuǎn)的振幅。

在前所述的傳感器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被顯示在圖3a到3e中。

該傳感器具有以下尺寸：內(nèi)部直徑(在直通開口21處)為15mm，外部直徑(在定子的徑向外部表面)為40mm。

當(dāng)中心圓盤的齒的兩側(cè)上的氣隙相等時(shí)，各齒的測量氣隙的寬度為0.3mm。切向氣隙52和53的寬度為0.6mm。

最后，定子具有四個(gè)槽，并且每個(gè)圓盤具有四個(gè)齒，側(cè)面圓盤22L的齒的角開口為中心圓盤22C的齒的角開口的20％。

在圖3a中，測量氣隙的磁導(dǎo)被顯示為變形角的函數(shù)。兩個(gè)側(cè)面圓盤的測量(最窄的)氣隙的磁導(dǎo)被標(biāo)為P_22L1和P_22L2，中心圓盤的磁導(dǎo)(側(cè)面氣隙的累積磁導(dǎo))被標(biāo)為P22C。

磁導(dǎo)通過公式提供，其中，μ為介質(zhì)的磁導(dǎo)率，S為氣隙的截面積，ι是其寬度。

應(yīng)當(dāng)注意，在圖3a中，當(dāng)其他圓盤的磁導(dǎo)減小時(shí)，側(cè)面圓盤的氣隙的磁導(dǎo)隨著旋轉(zhuǎn)角度增大而增大。

在圖3b中，示出了在初級繞組30和次級繞組40處的磁通量的值，Φ_P和Φ_S表示為在初級繞組和次級繞組處的磁通量，n_p和n_s表示相應(yīng)繞組的匝數(shù)，i表示初級繞組中的電流。

次級繞組處的磁通量根據(jù)氣隙的磁導(dǎo)變化。

在圖3c中，示出了由磁通量得出的次級繞組上的電壓的值。在圖中注意到，每個(gè)繞組處的電壓的值不僅提供關(guān)于轉(zhuǎn)子和定子之間的旋轉(zhuǎn)角度的值的信息，還提供關(guān)于旋轉(zhuǎn)方向的信息。

傳感器的靈敏度用V/V/deg表示，該靈敏度被顯示在圖3d中。傳感器的靈敏度從角度0.1或0.2°開始記錄，這證實(shí)了相對于在前所提出的RVDT型傳感器而提高的精確度，RVDT型傳感器的靈敏度大約為幾度。

圖4示出了用于測量由驅(qū)動器傳送的轉(zhuǎn)矩的傳感器1的使用。

圖4示出了一種組件，該組件包括驅(qū)動器2，驅(qū)動器2包括旋轉(zhuǎn)輸出軸120，旋轉(zhuǎn)輸出軸120驅(qū)動扭轉(zhuǎn)軸130或測試體，待被驅(qū)動的負(fù)載4安裝到該扭轉(zhuǎn)軸或測試體上。131示出了扭轉(zhuǎn)軸對負(fù)載4進(jìn)行驅(qū)動的部分，132示出了該軸超過負(fù)載的端部部分，該部分不經(jīng)受傳至負(fù)載的轉(zhuǎn)矩。

該組件進(jìn)一步包括與扭轉(zhuǎn)軸同軸的軸131。該軸3不經(jīng)受轉(zhuǎn)矩，不發(fā)生變形。

這兩個(gè)軸通過驅(qū)動器的輸出軸被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。

傳感器被設(shè)置成使得定子A與這些軸中的一個(gè)，有利的為扭轉(zhuǎn)軸成一體旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子B與另一軸，有利的為自由軸成一體旋轉(zhuǎn)。傳感器相對于驅(qū)動器被設(shè)置在軸的相對端，以便不妨礙驅(qū)動器和扭轉(zhuǎn)軸3之間的轉(zhuǎn)矩的傳送，來驅(qū)動負(fù)載。

因此，傳感器的處理單元50測量自由軸和扭轉(zhuǎn)軸之間的相對旋轉(zhuǎn)。在本示例中，旋轉(zhuǎn)傳感器被用作轉(zhuǎn)矩傳感器，處理單元50進(jìn)一步被設(shè)置成根據(jù)扭轉(zhuǎn)軸的剛度從扭轉(zhuǎn)軸和自由軸之間的相對角度的值中推導(dǎo)出由驅(qū)動器施加至扭轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩是剛度與所測量的角度的絕對值相乘的結(jié)果。

對于扭轉(zhuǎn)剛度為3800N.m/deg的扭轉(zhuǎn)軸來說，轉(zhuǎn)矩傳感器1的靈敏度根據(jù)圖3e中示出的力獲得。該靈敏度對應(yīng)于次級繞組的電壓隨由驅(qū)動器施加至扭轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩而變化的斜率。

因此，所提出的傳感器對于小的旋轉(zhuǎn)來說具有提高的靈敏度，從而使得可以測量由驅(qū)動器傳送的轉(zhuǎn)矩，而不會影響驅(qū)動器的輸出軸的剛度。