永磁磁悬浮涡轮传感结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁磁悬浮涡轮传感结构，包括信号采集仓与固定在该信号采集仓上的信号处理仓，在所述信号采集仓内通过中心架固定有轴向受力磁悬浮轴承，在所述轴向受力磁悬浮轴承的外壁上设置有涡轮，在该涡轮远离所述轴向受力磁悬浮轴承的端部上均安装有信号采集磁钢，所述信号处理仓内分别装设有霍尔开关与信号处理电路，其中所述霍尔开关与所述信号采集磁钢相适应。其显著效果是：运用永磁磁悬浮技术，不存在因接触产生的摩擦力，涡轮转动极为灵活，提高了传感器的测量精度；对测量环境清洁度要求不高，无需润滑和清洁，工作稳定可靠，长时间使用无需维护，制造成本和使用成本均不高，适合大范围推广。
【专利说明】
永磁磁悬浮涡轮传感结构
技术领域
[0001]本发明涉及到涡轮流量计技术领域，具体地说，是一种永磁磁悬浮涡轮传感结构。
【背景技术】
[0002]目前，采用涡轮转子传感器制作的涡轮流量计和流速仪因其测量精度高，价格便宜，耐压高，工作稳定而大量应用于各种测量领域。而在涡轮流量计和流速仪的流速传感器中最关键的环节是尽可能地使涡轮转动灵活，运用最广泛的是用高精度的轴承或顶针来支撑涡轮随流体转动，因此要求轴承或顶针的摩擦系数尽量小。
[0003]然而，要达到这样的效果轴承或顶针精度就要求很高，也需要有充分的润滑。这样就出现了一些弊端:轴承或顶针精度越高其间隙就越小，很小的杂质就会卡住使涡轮转动受到影响，对使用环境的清洁度要求高，而且需要设置一套润滑机构，润滑油也需要经常更换，维护成本很高。这样的结构会在测量中产生很多影响测量精度的不确定因素。
[0004]近年来出现一种用电磁悬浮应用于此类传感器中的新技术，能很好的解决影响涡轮转动灵活度的问题。但是电磁线圈需要持续不断的供电，一旦断电或供电不足涡轮就无法悬浮，传感器将不能工作，此时的传感器继续运行就会损坏;持续工作的电磁线圈寿命短功耗大；制造成本也大大高于传统轴或顶针式传感器。虽然使用了电磁磁悬浮技术的涡轮转子传感器解决了此类传感器的部分技术难题，但也产生不少新的故障因素，所以此类传感器技术存在较大的技术缺陷，不适合大范围推广。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种永磁磁悬浮涡轮传感结构，该传感器运用永磁磁悬浮技术的涡轮转子传感器，涡轮转动极为灵活，对测量环境清洁度要求不高，无需润滑，工作稳定可靠，长时间使用无需维护，适合大范围推广。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种永磁磁悬浮涡轮传感结构，其关键在于:包括信号采集仓与固定在该信号采集仓上的信号处理仓，在所述信号采集仓内通过中心架固定有轴向受力磁悬浮轴承，在所述轴向受力磁悬浮轴承的外壁上设置有涡轮，在该涡轮远离所述轴向受力磁悬浮轴承的端部上均安装有信号采集磁钢，所述信号处理仓内分别装设有霍尔开关与信号处理电路，其中所述霍尔开关与所述信号采集磁钢相适应。
[0008]本传感器中，所述轴向受力磁悬浮轴承的整个机械接触面只有顶针一个点，其余各方均呈悬浮状态，就实现了轴向和横向摩擦系数接近于零，因此对环境是否清洁的要求不高，无需润滑，涡轮就实现零功耗的磁悬浮。而涡轮的旋转速度与测量介质的流速之间存在一定的函数关系，涡轮的起转速与临界速之间函数呈曲线关系，临界速以上函数呈线性关系。因为本传感器中的涡轮呈悬浮状态，其临界速与传统轴承的顶针结构相比大大降低，因此不但提高了传感器的测量精度，其下限测量值也显著下降。另外，在实际运用时，信号采集部分可根据测量管道大小和流量测量需求等参数选择相应大小的信号采集仓和涡轮，大口径管道或明渠中可作为插入式使用，运用本传感器的测速功能单点或多点测量平均流速，代入横切面积就可计算出流量。所以，永磁磁悬浮涡轮转子传感器用途十分广泛。
[0009]进一步的技术方案是，所述轴向受力磁悬浮轴承包括转动连接在所述中心架上的轴芯，在该轴芯的外壁上并排设置有第一内磁环、第二内磁环，在所述轴芯的外侧套设有轴套，所述轴芯的自由端设有位于该轴芯中心线上的顶尖，所述顶尖伸入所述轴套并顶靠在轴套端部的中心，在所述轴套上还并排设有与所述第一内磁环、第二内磁环分别对应的第一外磁环、第二外磁环。
[0010]此轴承主要是利用磁铁同极相排斥的原理。将环形磁铁同极相对固定在轴芯和轴套上，相同两极留一定的距离，就会得到两个磁极方向相同且磁力线呈内外辐射状的磁环。当内磁环和外磁环的磁力中心线重合为零时，内磁环应旋停在外磁环中，但是这个重合点只是理论上存在，实际应用中找不到这个点。通过调整两个磁环磁力中心线之间的距离，当有了一定量的偏移距离后轴芯和轴套之间就实现了旋停。在允许范围内偏移距离越小，摩擦系数越小，稳定性越差;偏移距离越大，摩擦系数越大，稳定性越好。横向受力磁悬浮轴承整个机械接触面只有顶针一个点，其余各方均呈悬浮状态，就实现了轴向和横向摩擦系数接近于零，因此对环境是否清洁的要求不高，无需润滑，涡轮就实现零功耗的磁悬浮。
[0011]进一步的技术方案是，所述轴套顶靠所述顶尖的一端设有可调整所述轴芯轴向位置的调节件，且该调节件可绕所述轴芯的中心线为轴旋转，所述顶尖顶靠在该调节件的中心。
[0012]通过调节件调节轴芯的轴向位置，进而调节内磁环与外磁环磁力中心线之间的距离，轴芯上的内磁环可悬停在轴套上的外磁环中。克服了机械式传感器需要润滑的缺陷，内部环境的清洁度要求明显低于滚珠轴承，无需润滑和清洁。
[0013]进一步的技术方案是，所述第一内磁环、第二内磁环、第一外磁环以及第二外磁环的同侧均为S级或N级。
[0014]进一步的技术方案是，所述第一内磁环、第二内磁环之间以及所述第一外磁环、第二外磁环之间均设有软铁环。
[0015]在相同两极用软铁环隔离，减缓磁环消磁，从而保证了本传感器能够具有更长的使用寿命。
[0016]进一步的技术方案是，所述顶尖的中心嵌设有可自由转动且顶靠在所述轴套端部中心的滚珠。
[0017]通过顶尖上嵌设滚珠，使得顶靠在底座上的滚珠与轴套之间的摩擦力极小，接近于零。
[0018]本发明的显著效果是:结构简单，设计新颖，运用永磁磁悬浮技术的涡轮转子传感器，整个机械接触面只有顶尖一个点，其余部位无接触，不存在因接触产生的摩擦力，涡轮转动极为灵活，因此不但提高了传感器的测量精度，其下限测量值也显著下降；而且克服了机械式传感器需要润滑的缺陷，内部环境的清洁度要求明显低于滚珠轴承，对测量环境清洁度要求不高，无需润滑和清洁，工作稳定可靠，长时间使用无需维护，制造成本和使用成本均不高，适合大范围推广。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的结构示意图；
[0020]图2是图1中所述轴向受力磁悬浮轴承的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】以及工作原理作进一步详细说明。
[0022]如图1所示，一种永磁磁悬浮涡轮传感结构，包括信号采集仓I与固定在该信号采集仓I上的信号处理仓2，在所述信号采集仓I内通过中心架3固定有轴向受力磁悬浮轴承4，在所述轴向受力磁悬浮轴承4的外壁上设置有涡轮5，在该涡轮5远离所述轴向受力磁悬浮轴承4的端部上均安装有信号采集磁钢6，所述信号处理仓2内分别装设有霍尔开关7与信号处理电路8，其中所述霍尔开关7与所述信号采集磁钢6相适应。
[0023]参见附图2，所述轴向受力磁悬浮轴承4包括转动连接在所述中心架3上的轴芯41，在该轴芯41的外壁上并排设置有第一内磁环42、第二内磁环43，在所述轴芯41的外侧套设有轴套44，所述轴芯41的自由端设有位于该轴芯41中心线上的顶尖45，所述顶尖45伸入所述轴套44并顶靠在轴套44端部的中心，在所述轴套44上还并排设有与所述第一内磁环42、第二内磁环43分别对应的第一外磁环46、第二外磁环47。
[0024]如图2所示，所述轴套44顶靠所述顶尖45的一端设有可调整所述轴芯41轴向位置的调节件48，且该调节件48可绕所述轴芯41的中心线为轴旋转，所述顶尖45顶靠在该调节件48的中心，所述顶尖45的中心嵌设有可自由转动且顶靠在所述轴套44中心的滚珠410。
[0025]本例中，所述第一内磁环42、第二内磁环43、第一外磁环46以及第二外磁环47的同侧均为S级。
[0026]从图2中还可以看出，所述第一内磁环42、第二内磁环43之间以及所述第一外磁环46、第二外磁环47之间均设有软铁环49。
[0027]在具体实施时，第一内磁环42、第二内磁环43的同侧为同级且存在间距，形成两个磁极方向相同且磁力线呈内外辐射状的磁环，当内磁环与外磁环的磁力中心线重合时，理论上内磁环应该旋停在外磁环中，但这个重合点只是理论上存在，实际应用中找不到这个点，因此通过调节件48调节轴芯41的轴向位置，进而调节内磁环与外磁环磁力中心线之间的距离，调节至合适距离时，轴芯41上的内磁环旋停在轴套44上的外磁环中。因此，在涡轮5的作用下，轴向受力磁悬浮轴承4切割信号采集磁钢6之间形成的磁场旋转，由此带来一组或多组南北交替的切割磁场，激发霍尔开关7发出开关信号，从而实现信号数据的采集。
[0028]涡轮5的旋转速度与测量介质的流速之间存在一定的函数关系，涡轮的起转速与临界速之间函数呈曲线关系，临界速以上函数呈线性关系。因为涡轮5呈悬浮状态，其临界速与传统轴承的顶针结构相比大大降低，不但提高了传感器的测量精度，其下限测量值也显著下降。
[0029]本传感器信号采集部分根据测量管道大小和流量测量需求等参数选择相应大小的信号采集仓I和涡轮5，涡轮5可为测气涡轮和测液涡轮，在大口径管道或明渠中可作为插入式使用，运用本传感器的测速功能单点或多点测量平均流速，代入横切面积就可计算出流量。因此，本永磁磁悬浮涡轮转子传感器用途十分广泛。
【主权项】
1.一种永磁磁悬浮涡轮传感结构，其特征在于:包括信号采集仓(I)与固定在该信号采集仓(I)上的信号处理仓(2)，在所述信号采集仓(I)内通过中心架(3)固定有轴向受力磁悬浮轴承(4)，在所述轴向受力磁悬浮轴承(4)的外壁上设置有涡轮(5)，在该涡轮(5)远离所述轴向受力磁悬浮轴承(4)的端部上均安装有信号采集磁钢(6)，所述信号处理仓(2)内分别装设有霍尔开关(7)与信号处理电路(8)，其中所述霍尔开关(7)与所述信号采集磁钢(6)相适应。2.根据权利要求1所述的永磁磁悬浮涡轮传感结构，其特征在于:所述轴向受力磁悬浮轴承(4)包括转动连接在所述中心架(3)上的轴芯(41)，在该轴芯(41)的外壁上并排设置有第一内磁环(42)、第二内磁环(43)，在所述轴芯(41)的外侧套设有轴套(44)，所述轴芯(41)的自由端设有位于该轴芯(41)中心线上的顶尖(45)，所述顶尖(45)伸入所述轴套(44)并顶靠在轴套(44)端部的中心，在所述轴套(44)上还并排设有与所述第一内磁环(42)、第二内磁环(43)分别对应的第一外磁环(46)、第二外磁环(47)。3.根据权利要求2所述的永磁磁悬浮涡轮传感结构，其特征在于:所述轴套(44)顶靠所述顶尖(45)的一端设有可调整所述轴芯(41)轴向位置的调节件(48)，且该调节件(48)可绕所述轴芯(41)的中心线为轴旋转，所述顶尖(45)顶靠在该调节件(48)的中心。4.根据权利要求2所述的永磁磁悬浮涡轮传感结构，其特征在于:所述第一内磁环(42)、第二内磁环(43)、第一外磁环(46)以及第二外磁环(47)的同侧均为S级或N级。5.根据权利要求2或4所述的永磁磁悬浮涡轮传感结构，其特征在于:所述第一内磁环(42)、第二内磁环(43)之间以及所述第一外磁环(46)、第二外磁环(47)之间均设有软铁环(49)。6.根据权利要求2或3所述的永磁磁悬浮涡轮传感结构，其特征在于:所述顶尖(45)的中心嵌设有可自由转动且顶靠在所述轴套(44)中心的滚珠(410)。
【文档编号】G01F1/22GK105865540SQ201610280304
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】王清川
【申请人】重庆市北碚区德宇仪表元件有限公司