一种基于霍尔效应的扭矩传感器研究
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  • 英文篇名:The development of a torque sensor based on Hall effect
  • 作者:郭彦青 ; 李赛 ; 段志强 ; 高宏伟
  • 英文作者:Guo Yanqing;Li Sai;Duan Zhiqiang;Gao Hongwei;School of Mechanical Engineering, North Central University;
  • 关键词:扭矩传感器 ; 霍尔效应 ; 磁环永磁体 ; 简谐信号
  • 英文关键词:torque sensor;;Hall effect;;magnetic ring permanent magnet;;simple harmonic signal
  • 中文刊名:JXZZ
  • 英文刊名:Machine Design and Manufacturing Engineering
  • 机构:中北大学机械工程学院;
  • 出版日期:2019-04-15
  • 出版单位:机械设计与制造工程
  • 年:2019
  • 期:v.48;No.425
  • 基金:山西省青年科技研究基金资助项目(2015021123);; 山西省重点实验室开放基金资助项目(XJZZ201605)
  • 语种:中文;
  • 页:JXZZ201904012
  • 页数:4
  • CN:04
  • ISSN:32-1838/TH
  • 分类号:60-63
摘要
设计了一种基于霍尔效应的非接触式扭矩传感器。将极性相反的瓦型永磁体交替排列在径向圆盘基体上形成磁环,以此为激励源产生交变磁场。传感器工作过程中轴两端磁环随着轴的旋转产生周期性变化磁场,由霍尔元件在交变磁场中的霍尔效应输出两路具有相位差的周期性电压信号,通过计算两路电压信号之间的相位差可得到轴两端相对扭转角大小,从而确定扭矩值,并由此建立了轴端负载扭矩与霍尔电压之间的对应关系。利用Ansoft Maxwell软件对扭矩传感器工作过程进行仿真,通过仿真得到传感器的测量精度与磁环永磁体尺寸相关的结论。讨论了不同气隙距离处磁感应强度的变化规律,得到霍尔元件较好的工作位置是距永磁体表面0.5~0.7mm处。
        A non-contact torque sensor based on Hall effect is designed. The tile-type permanent magnets of opposite polarities are arranged in parallel on the radial disk substrate to form a magnetic ring,and thereby to generate an alternating magnetic field for the excitation source. During the working process of the sensor, the magnetic ring at both ends of the shaft generates a periodically changing magnetic field with the rotation of the shaft. The Hall effect of the Hall element in the alternating magnetic field outputs two periodic voltage signals with phase difference. By calculating the phase difference between the two voltage signals, it obtains the relative torsion angles of the two ends of the shaft and determines the current torque value. This establishes the correspondence between the shaft end load torque and the Hall voltage. It simulates working process of the torque sensor in Ansoft Maxwell software, shows that the measurement accuracy of the sensor is related to the size of the magnetic ring permanent magnet. It analyzes the variation law of magnetic induction intensity at different air gap distances. The better working position of the Hall element is 0.5~0.7 mm from the surface of the permanent magnet.
引文
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