一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置制造方法

一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置，该装置包括：多对永磁体，每个永磁体具有相同规格安装于旋转轴上，各永磁体对间成不平行排列，所形成的磁极对方向不平行；多个电磁感应回路，各电磁感应回路与永磁体对一一对应，以于多对永磁体的磁极相应转动时，各磁极对切割各电磁感应回路，产生周期性的感应电压，多个电磁感应回路感应出相应的电压信号；AD转换模块，连接该多个电磁感应回路，将该多个电磁感应回路感应出的模拟的感应电压信号进行模数转换，转换为数字的感应电压信号；以及数据处理模块，连接该AD转换模块，通过本实用新型，不仅可以在测量扭矩的同时测量轴功率，且具有较高精度。
【专利说明】一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置

【技术领域】
[0001] 本实用新型关于一种扭矩和功率测量装置，特别是涉及一种基于非平行永磁体对 的非接触式扭矩和功率测量装置。

【背景技术】
[0002] 目前测转动轴的功率的方法中，最常见的是依赖于在转动轴上贴附应变片的方 法，应变片信号的传递方式主要有滑环和遥测的方法两种，其中，滑环的方法是导电滑环保 证在轴转动时，应变片信号不间断的传递到采集电路中。然而其存在如下缺点：1、由于导电 滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电 滑环的使用寿命。2、由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。 遥测的方法是要在转轴上安装一种通过滑动电池提供电力的发射器，发射器将应变片的电 流变化通过无线信号传递到采集电子电路中，然而，遥测的方法也存在如下缺点：
[0003] 一、易受使用现场电磁波的干扰；
[0004] 二、由于是电池供电，所以只能短期使用。
[0005] 三、由于在旋转轴上附加了结构，易引起高转速时的动平衡问题。在小量程及小直 径轴时更突出。
[0006] 除了上述方法，目前一些较新的系统有的也采用了霍尔传感器。这一方案一般是 在转动轴上相距一定距离处安装两个大齿轮来拾取信号。在两个大齿轮上的测量敏感处分 别设置了两个霍尔效应传感器，在轴转动过程中两个霍尔器件能输出相同宽度的脉冲。当 轴被施加负载后，两个脉冲之间的相位差会发生变化。可以通过检测两路脉冲之间的相位 差来计算受载轴的扭转角。该方法的优点是实现了转矩信号的非接触传递，检测信号为数 字信号，缺点为体积较大，不易安装，低转速时由于脉冲波的前后沿较缓不易比较，因此低 速性能不理想。 实用新型内容
[0007] 为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种基于非平行永 磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置，其克服了现有技术中接触式与非接触扭矩和功率 测量装置的缺陷，不仅可以在测量扭矩的同时测量轴功率，且具有较高精度。
[0008] 为达上述及其它目的，本实用新型提出一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩 和功率测量装置，至少包括：
[0009] 多对永磁体，每个永磁体具有相同规格安装于旋转轴上，以于旋转轴旋转时磁极 相应转动，各永磁体对间成不平行排列，所形成的磁极对方向不平行；
[0010] 多个电磁感应回路，各电磁感应回路与永磁体对 对应，以于多对永磁体的磁 极相应转动时，各磁极对切割各电磁感应回路，产生周期性的感应电压，多个电磁感应回路 感应出相应的电压信号；
[0011] AD转换模块，连接该多个电磁感应回路，将该多个电磁感应回路感应出的模拟的 感应电压信号进行模数转换，转换为数字的感应电压信号；以及
[0012] 数据处理模块，连接该AD转换模块。
[0013] 进一步地，该测量装置还包括滤波模块，该滤波模块连接于该多个电磁感应回路 与该AD转换模块之间。
[0014] 进一步地，该多个电磁感应回路的中心线所在的平面相互平行。
[0015] 进一步地，各电磁感应回路为单圈线匝或多圈线匝。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测 量装置通过将多对非平行排列的永磁体安装于旋转轴，各永磁体对所形成的磁极对方向不 平行，其磁极对随着旋转轴同步转动切割相应的电磁感应回路，各电磁感应回路感应出相 应的电压后，感应电压信号经滤波及模数转换后送至数据处理模块进行处理计算得出扭矩 和轴旋转周期，进而得出轴功率，在克服现有技术接触式与非接触扭矩和功率测量装置的 缺陷基础上，不仅可以在测量扭矩的同时测量轴功率，且具有较高精度。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置的 系统架构示意图；
[0018] 图2为本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置之 较佳实施例的永磁体安装位置侧视图；
[0019] 图3为本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置之 较佳实施例的工作过程示意图；

【具体实施方式】
[0020] 以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】

【附图说明】本实用新型的实施方式，本领域技术人 员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可 通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应 用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
[0021] 图1为本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置的 系统架构示意图。如图1所示，本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功 率测量装置，至少包括：多对永磁体10、多个电磁感应回路11、AD转换模块12以及数据处 理模块13。
[0022] 其中，多对永磁体10中每个永磁体具有相同规格，安装在旋转轴上，以于旋转轴 旋转时磁极相应转动，在本实用新型较佳实施例中，多对永磁体10的多个永磁体安装在轴 上，成多对排列（两对或两对以上)，各永磁体对间成不平行排列，所形成的磁极对方向不平 行；多个电磁感应回路11，与永磁体对 对应，各电磁感应回路以于各对永磁体的磁极 相应转动时，空气中磁场发生周期性变化，磁极对切割电磁感应回路，根据法拉第电磁感应 定律，多个电磁感应回路中感应出相应的电压信号，根据此可以得出信号周期以及信号相 位差，在本实用新型较佳实施例中，各电磁感应回路可以是单圈线匝，也可以是多圈线匝， 多个电磁感应回路的中心线所在的平面相互平行；AD转换模块12与多个电压电流检测模 块11连接，用于将感应电压信号进行模数转换，转换为数字的感应电压信号；数据处理模 块13对获得的数字的感应电压信号进行处理计算，得出扭矩和轴旋转周期，进而得出轴功 率。数据处理模块13对数据进行处理，得出扭矩和轴旋转周期，进而得出轴功率。数据处 理模块13根据电压的周期可以得出轴的转速，根据相位的不同，可以得出轴形变的大小， 根据轴的材料力学性质，进而可以得出扭矩的大小，根据扭矩和转速，则可以得出轴功率的 大小，由于数据处理模块13的计算处理为已有技术，在此不予赘述。
[0023] 较佳的，本实用新型之基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置还包 括一滤波模块14,滤波模块14与电磁感应回路11相接，对电磁感应回路11感应出的电压 信号进行滤波，以滤除杂波后再送入AD转换模块12进行模数转换，在本实用新型较佳实施 例中，滤波模块14根据频率来滤波，因为感应电压信号的频率跟轴旋转的频率一致，因此， 其他频率的信号都是杂波。
[0024] 图2为本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置之 较佳实施例的永磁体安装位置侧视图。在本实用新型较佳实施例中，多个永磁体安装在旋 转轴上，成多对排列（两对或两对以上)，各永磁体对间成不平行排列，所形成的磁极对方向 不平行。
[0025] 图3为本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置之 较佳实施例的工作过程示意图。以下将配合图3对本实用新型之工作过程及原理做一说 明。
[0026] 空载时，假设摩擦等阻力矩等于零，此时旋转轴没有扭转，永磁体随着轴同步转 动，因而磁极对也同步转动，空气中磁场发生周期性变化，磁极对切割相应的电磁感应回 路，根据法拉第电磁感应定律，各电磁感应回路（电压电流检测环节）中会产生周期性的感 应电压，感应出相应的电压信号。此时多个电压信号同相位，电压叠加。根据电压的周期可 以得出轴的转速。经过滤波模块滤波，可以得到所需的感应电压信号，在此，滤波模块可根 据频率来滤波，因为感应电压信号的频率跟轴旋转的频率一致，因此，其他频率的信号都是 杂波。经滤波模块滤波后的感应电压信号，经过AD转换模块A/D转换，把模拟量转换为数 字量，然后，把数据传输给数据处理模块，数据处理模块对数据进行处理，得出扭矩和轴旋 转周期，进而得出轴功率(此时扭矩和轴功率均为零)。
[0027] 带负载时，永磁体随着旋转轴同步转动，磁极对也同步转动，空气中磁场发生周期 性变化，每个磁极对切割相应的电磁感应回路，根据法拉第电磁感应定律，各电磁感应回路 中会产生相应的周期性的感应电压，感应出相应的电压信号。此时多个电压信号相位不同， 但周期相同(据此可以得出信号周期以及信号相位差)。经过滤波模块滤波，可以得到所需 的感应电压信号，这里，滤波模块可根据频率来滤波，因为感应电压信号的频率跟轴旋转的 频率一致，因此，其他频率的信号都是杂波。根据电压的周期可以得出轴的转速，以第一对 永磁体对为基准，其他各对永磁体对相对于第一对永磁体对有不同的相位差，根据各对永 磁体对在轴上位置的不同，可以得出轴形变的大小，根据轴的材料力学性质，进而可以得出 扭矩的大小，根据扭矩和转速，则可以得出轴功率的大小。经过AD转换模块A/D转换后，把 电压信号模拟量转换为数字量。把数据传输给数据处理模块，数据处理模块对数据进行处 理，得出扭矩和轴旋转周期，进而得出轴功率，在此说明的是，数据处理模块的计算处理为 已有技术，在此不予赘述。
[0028] 综上所述，本实用新型一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置 通过将多对非平行排列的永磁体安装于旋转轴，各永磁体对所形成的磁极对方向不平行， 其磁极对随着旋转轴同步转动切割相应的电磁感应回路，各电磁感应回路感应出相应的电 压后，感应电压信号经滤波及模数转换后送至数据处理模块进行处理计算得出扭矩和轴旋 转周期，进而得出轴功率，在克服现有技术接触式与非接触扭矩和功率测量装置的缺陷基 础上，不仅可以在测量扭矩的同时测量轴功率，且具有较高精度。
[0029] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新 型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修 饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1. 一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置，至少包括： 多对永磁体，每个永磁体具有相同规格安装于旋转轴上，各永磁体对间成不平行排列， 所形成的磁极对方向不平行； 多个电磁感应回路，各电磁感应回路与永磁体对 对应，以于多对永磁体的磁极相 应转动时，各磁极对切割各电磁感应回路，产生周期性的感应电压，多个电磁感应回路感应 出相应的电压信号； AD转换模块，连接该多个电磁感应回路，将该多个电磁感应回路感应出的模拟的感应 电压信号进行模数转换，转换为数字的感应电压信号；以及 数据处理模块，连接该AD转换模块。
2. 如权利要求1所述的一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置，其 特征在于：该测量装置还包括滤波模块，该滤波模块连接于该多个电磁感应回路与该AD转 换模块之间。
3. 如权利要求1所述的一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置，其 特征在于：该多个电磁感应回路的中心线所在的平面相互平行。
4. 如权利要求1所述的一种基于非平行永磁体对的非接触式扭矩和功率测量装置，其 特征在于：各电磁感应回路为单圈线阻或多圈线阻。
【文档编号】G01L3/00GK203837848SQ201420153037
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】李义新 申请人:上海电机学院