CN104201828A - 电机内置式在线转速测量装置及结构 - Google Patents

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周封
王晨光
刘健
王丙全
郝婷
崔博闻
李伟力
刘小可
肖强
胡海涛
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Abstract

本发明公开了一种电机内置式在线转速测量装置及结构，涉及转速测量领域。包括固定机构、转速测量单元、线缆、接口插座，以及电机壳体、电机接线盒、外部测量设备、电机的转轴、金属齿轮、永磁体块。固定机构将转速测量单元固定到电机壳体内部，转速测量单元经线缆连接到固定安装在电机接线盒处的接口插座上，并连接各种外部测量设备进行转速在线测量。转速测量单元检测并传输的转速信号为模拟脉冲信号。将转速测量装置与电机密切集成、不易损坏、可随时使用、实时在线测量，结构更加简单紧凑、成本低廉、接口方便，而且抗干扰能力强、测量准确、通用性强、适合于绝大多数电机和旋转机构。

Description

电机内置式在线转速测量装置及结构
技术领域
本发明涉及转速测量领域，尤其涉及一种电机内置式在线转速测量装置及结构。
背景技术
转速是电机和各种旋转机构极为重要的一个状态参数，在很多工作场合都需要配备相应的转速测量装置对电机的转速进行测量。目前常用的绝大多数方式是采用外置的转速测量装置，安装使用不方便，且由于受到各种生产作业现场的环境和条件较限制，外部测量装置可能无法安装，或在使用中经常容易损坏。
从专利检索文献上看，内置式的转速测量装置很少，中国专利“一种电机端盖内置传感器的一体化电机转速测量机构”（申请号：201110334379.6）提出的内置传感器，是将霍尔传感器芯片和圆形电路板用螺钉固定于端盖中心圆形沉台中，而对于大多数电机，电机轴是穿过端盖的，因此该方式不能使用，通用性差；此外，该专利中圆形电路板也放于电机内部，易受干扰、温度高、易损坏，且难以对现有电机进行改造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种与电机密切集成、不易损坏、可随时使用、实时在线测量的电机内置式在线转速测量装置及结构；克服现有技术的缺点，使结构更加简单紧凑、成本低廉、接口方便，而且抗干扰能力强、测量准确、通用性强、适合于绝大多数电机，而且不改变电机原有设计、方便改造。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
电机内置式在线转速测量装置包括固定机构（1）、转速测量单元（2）、线缆（3）、接口插座（4）；在结构上，固定机构（1）将转速测量单元（2）固定到电机壳体（5）内部；转速测量单元（2）经线缆（3）连接到固定安装在电机接线盒（6）处的接口插座（4）上，接口插座（4）连接各种外部测量设备（7）。
采用上述结构，在电机制造时即可装入，基本不用对电机设计进行改动，同时也可对已运行电机方便地进行改造安装。
接口插座（4）连接各种外部测量设备（7），方便其他智能仪器或控制系统直接利用，实现了在线测量，可实时、随时监测转速。
线缆（3）为屏蔽线，有效提高了测量装置的抗干扰能力。
转速测量单元（2）为霍尔元件或感应线圈，检测到的转速信号为模拟脉冲信号。主要依据磁场强度、内部感应电压或感应电流的变化规律来测量转速脉冲信号，脉冲信号本质上仍是模拟信号，则在电机运行时内部磁场干扰下，比采用数字信号传输具有更强的抗干扰能力。
生成转速脉冲信号的方式可以在电机的转轴（8）上安装有一个或多个延圆周均匀分布的金属齿轮（9），随着转轴（8）旋转；转速测量单元（2）正对金属齿轮（9）安装。则在转轴（8）旋转过程中，每次金属齿轮（9）的轮齿转到转速测量单元（2）附近时就会使其内部明显有一个磁场变化，产生反映电机转速信息的磁场强度、电压或电流脉冲。
作为一种替换方式，还可在在电机的转轴（8）上安装有一个或多个延圆周均匀分布的永磁体块（10），随着转轴（8）旋转；转速测量单元（2）正对永磁体块（11）安装。则在转轴（8）旋转过程中，每次永磁体块（10）转到转速测量单元（2）附近时同样会使其内部明显有一个磁场变化，产生反映电机转速信息的磁场强度、电压或电流脉冲。为了有效节约电机内部空间，可以使永磁体块（10）与转轴（8）平齐，嵌入转轴（8）安装。
与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
    采用电机与转速测量装置的一体化，不需额外安装调试，在运输及安装使用过程中不易损坏，而且不改变电机原有设计，可随电机出厂安装作为电机的标准配置；装置仅有信号产生部分，输出为模拟脉冲信号，使结构更加简单紧凑、成本低廉、接口方便，而且抗干扰能力强、测量准确；在电机内部转轴侧安装，通用性强、适合于绝大多数电机、对电机结构改动小、安装改造方便；经端子盒上的标准接口插座引出，方便其他智能仪器或控制系统直接利用，并可实现在线测量，可实时、随时监测电机转速。
附图说明
图1为电机内置式在线转速测量装置中采用永磁体块时的示意图。
图2为电机内置式在线转速测量装置中采用金属齿轮时的示意图。
图中：1-固定机构，2-转速测量单元，3-线缆，4-接口插座，5-电机壳体，6-接线盒，7-外部测量设备，8-转轴，9-金属齿轮，10-永磁体块，11-端盖，12-定子绕组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，电机内置式在线转速测量装置由固定机构（1）、转速测量单元（2）、线缆（3）、电机壳体（4）、电机接线盒（5）、外部测量设备（6）、电机的转轴（7）、永磁体块（9）组成。
固定机构（1）将转速测量单元（2）固定到电机壳体（4）内部，构成了内置式测量装置。固定机构（1）为机械结构，可以在电机壳体（4）内表面设计或焊接一个固定座，采用夹持机构或螺栓将转速测量单元（2）固定住，这样便于安装、维修。当然，由于不同类型电机内部结构空间不同，也可以固定到端盖（11）上或者定子绕组（12）上，总的原则就是尽量减少或不对电机作设计上的改动。
转速测量单元（2）经线缆（3）连接到固定安装在电机接线盒（6）处的接口插座（4）上，这样，在电机制造时即可装入，基本不用对电机设计进行改动，同时也可对已运行电机方便地进行改造安装。线缆（3）可经定子外侧的通风孔穿到电机接线盒（6）处，延程可以采用机械或胶粘进行固定。接口插座（4）连接各种外部测量设备（7），外部测量设备（7）可以是专门用于转速测量和输出的装置，直接安装在电机壳体（4）外部，进行实时测量、显示等，也可以是其他智能仪器或电机控制系统，测得转速用于电机的实时控制。
需要指出的是，固定机构（1）安装在电机壳体（4）内部，线缆（3）经电机接线盒（5）处引出，则在安装检修时拆开电机端盖即可；如果将固定机构（1）安装在电机端盖（11）上，拆卸和安装涉及到线缆（3），相对麻烦且容易损坏。当然此时也可以考虑在端盖上打孔，引出线缆（3），不过这样与其它测量装置和设备连接或集成的时候会带来困难。
线缆（3）可采用为多芯屏蔽线，屏蔽层接地，可有效提高了测量装置的抗干扰能力。
转速测量单元（2）采用霍尔元件或感应线圈，主要依据磁场强度、内部感应电压或感应电流的变化规律来测量转速脉冲信号，本质上仍是模拟信号，在电机运行时内部磁场干扰下，比采用数字信号传输具有更强的抗干扰能力。
产生和测量转速脉冲信号的方法和原理是：电机的转轴（8）上安装有一个或多个永磁体块（10），随着转轴（8）旋转，转速测量单元（2）正对永磁体块（10）安装，则在转轴（8）旋转过程中，每次永磁体块（10）转到转速测量单元（2）附近时就会明显有一个磁场变化，从而引起转速测量单元（2）中测量的磁场强度变化，或感应电压或感应电流较大的变化，产生类似于开关量信号；外部测量设备（7）检测到这种变化后，根据永磁体块（10）的数量，即可计算出实时转速，当然，理论上永磁体块（10）的数量越多，测量的周期就越短，精度就越高。
永磁体块（10）在转轴（8）上采用轮套或胶粘方式固定即可，这样可以不用改变转轴（8）的结构；也可以在转轴（8）上加工好安装槽，然后将永磁体块（10）嵌入，并与转轴（8）表面平齐，安装牢固、节约内部空间，不过可能会对转轴（8）的机械强度造成影响。
永磁体块（10）在转轴（8）上如果采用轮套方式固定，该轮套的直径也可以做得比较大，相应的转速测量单元（2）的固定机构（1）就要做得短一些，或者也可将转速测量单元（2）侧面对应永磁体块（10），采集转速脉冲信息。
实际应用时，在线转速测量装置还可以根据电机内部空间分布情况，选择安装在前端盖附近、或者后端盖附近。
作为另外一种实施方式，可以采用金属齿轮（9）替代与永磁体块（10），如图2所示，这时需要有外加磁场激励。转速测量单元（2）采用感应线圈，由外部测量设备（6）为感应线圈外加一个恒定的电压，则感应线圈产生一个稳定的磁场。当金属齿轮（9）的轮齿旋转到转速测量单元（2）的感应线圈位置时，轮齿运动切割该磁场，从而在轮齿中产生涡流，该涡流会引起感应线圈中的电流变化，外部测量设备（6）实时测量该电流变化，即可得到转速脉冲信号。

Claims (6)

1.电机内置式在线转速测量装置及结构，其特征在于：装置包括固定机构（1）、转速测量单元（2）、线缆（3）、接口插座（4）；固定机构（1）将转速测量单元（2）固定到电机壳体（5）内部；转速测量单元（2）经线缆（3）连接到固定安装在电机接线盒（6）处的接口插座（4）上，接口插座（4）连接各种外部测量设备（7）。
2.根据权利要求1所述的电机内置式在线转速测量装置及结构，其特征在于：线缆（3）为屏蔽线。
3.根据权利要求1所述的电机内置式在线转速测量装置及结构，其特征在于：转速测量单元（2）为霍尔元件或感应线圈，检测到的转速信号为模拟脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的电机内置式在线转速测量装置及结构，其特征在于：在电机的转轴（8）上安装有一个或多个金属齿轮（9），随着转轴（8）旋转；转速测量单元（2）正对金属齿轮（9）安装。
5.根据权利要求1所述的电机内置式在线转速测量装置及结构，其特征在于：在电机的转轴（8）上安装有一个或多个永磁体块（10），随着转轴（8）旋转；转速测量单元（2）正对永磁体块（10）安装。
6.根据权利要求5所述的电机内置式在线转速测量装置及结构，其特征在于：永磁体块（10）与转轴（8）平齐。
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