CN105576933A - 一种便携式测速发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式测速发电机，包括支架、铁心组件、磁钢组件、霍尔组件、轴承、铆钉和弹簧。其中支架为两组，互为对称式结构，每个支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；铁心组件为扇环形分体式结构，固定在支架铁心槽中，且铁心组件各分体之间设有夹槽；磁钢组件和霍尔组件固定在铁心组件各分体之间夹槽中，且为交替式排列；支架挡板处设有轴承孔，轴承嵌装在其中；铆钉穿过支架安装孔和弹簧后固定；弹簧两端为直线伸出，分别与两组支架的手柄处压紧。本发明的便携式测速发电机，安装方便，使用时只需将被测转轴夹紧即可，能够直接将转速转换为电信号输出；结构简单，无旋转部件，无换向装置，无绕组、无剩余电压、不存在低速失灵区。

Description

一种便携式测速发电机

技术领域

本发明涉及一种测速发电机，更具体的是涉及一种便携式测速发电机。

背景技术

测速发电机是一种测量转速的微型电气装置，其功能是把输入的机械转速变换为电压信号输出，且使输出的电压信号与转速成正比。测速发电机主要分为直流测速发电机和交流异步测速发电机两大类：直流测速发电机在负载运行时，输出电压与转速并不能保持严格的正比关系，存在误差，主要是由于电枢反应的去磁作用、电刷接触电阻的非线性、以及温度的影响，此外由于铁心齿槽的存在，会产生一定的齿谐波电动势；交流异步测速发电机运行时，输出特性同样存在非线性误差，主要原因是转子旋转时产生的脉振磁场，以及杯型转子存在漏抗，除此之外，由于交流异步测速发电机的两相定子绕组不完全垂直，或是气隙不均，磁路不对称，亦或是空心杯转子的壁厚不均以及制造杯型转子的材料不均，都会造成一定的剩余电压。

此外，常用的测速发电机一般需要和被测旋转设备的转轴同心连接，对于已经定型并正在使用的且不能同心安装测速发电机的场合，特别是只露出转轴中间部位的局部又不影响原系统运行的场合，就无法用上述测速发电机与转轴同心对接的方式进行测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种便携式测速发电机。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种便携式测速发电机，包括上支架、下支架、上铁心组件、下铁心组件、上磁钢组件、下磁钢组件、上霍尔组件、下霍尔组件、轴承、铆钉和弹簧；

所述上支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；所述上铁心组件为扇环形分体式结构，固定在上支架的铁心槽中，且上铁心组件的各分体之间设有夹槽；所述上磁钢组件和上霍尔组件，固定在上铁心组件各分体之间的夹槽中，且为交替式排列；所述上支架的挡板处设有轴承孔，轴承嵌装在挡板的轴承孔中；

所述下支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；所述下铁心组件为扇环形分体式结构，固定在下支架的铁心槽中，且下铁心组件的各分体之间设有夹槽；所述下磁钢组件和下霍尔组件，固定在下铁心组件各分体之间的夹槽中，且为交替式排列；所述下支架的挡板处设有轴承孔，轴承嵌装在挡板的轴承孔中；

所述铆钉依次穿过上支架、弹簧和下支架的安装孔后固定；所述弹簧的两端为直线伸出，分别与上支架的手柄处和下支架的手柄处压紧，使得上支架和下支架组装在一起可以实现夹子的功能；

所述上支架和下支架为对称结构；

所述上铁心组件的分体数为六，各分体之间的夹槽数为五，上磁钢组件和上霍尔组件置于五个夹槽中，排放顺序为磁钢-霍尔元件-磁钢-霍尔元件-磁钢；

所述下铁心组件的分体数为六，各分体之间的夹槽数为五，下磁钢组件和下霍尔组件置于五个夹槽中，排放顺序为磁钢-霍尔元件-磁钢-霍尔元件-磁钢；

所述嵌放在上铁心组件的上磁钢组件，磁极排放顺序依次以SN、NS和SN；

所述嵌放在下铁心组件的下磁钢组件，磁极排放顺序依次以SN、NS和SN；

所述上支架和下支架均为非铁磁材料，上铁心组件和下铁心组件均为硅钢叠片。

本发明的有益效果：本发明的便携式测速发电机，安装方便，占用空间小，无需使用联轴装置，使用时只需将被测转轴夹紧即可，能够直接将瞬时转速转换为对应的电信号输出；结构简单，无旋转部件，不会对原有旋转系统的转动惯量产生影响，具有较好的动态响应特性；无换向装置，不存在电刷接触电阻造成的非线性误差，输出特性线性度良好；无绕组、无剩余电压，并能够在低速时精确的测量转速，不存在低速失灵区。

附图说明

图1为本发明的一种便携式测速发电机的结构图；

图2为本发明的一种便携式测速发电机的A-A截面图；

图3为本发明的一种便携式测速发电机支架的结构图。

图4为本发明的一种便携式测速发电机支架与对应组件的组装图。

图5为本发明的一种便携式测速发电机的磁场分布图。

图6为本发明的一种便携式测速发电机的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步描述本发明的一种便携式测速发电机的实施。

如图1、图2所示，一种便携式测速发电机，包括上支架1、上铁心组件2、上霍尔组件3、上磁钢组件4、下支架5、下铁心组件6、下霍尔组件7、下磁钢组件8、轴承9、铆钉10和弹簧11。

所述上支架1设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；所述上铁心组件2为扇环形分体式结构，固定在上支架1的铁心槽中，且上铁心组件2的各分体之间设有夹槽；所述上磁钢组件4和上霍尔组件3，固定在上铁心组件1各分体之间的夹槽中，且为交替式排列；所述上支架1的挡板处设有轴承孔，轴承9嵌装在挡板的轴承孔中；

所述下支架5设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；所述下铁心组件6为扇环形分体式结构，固定在下支架5的铁心槽中，且下铁心组件6的各分体之间设有夹槽；所述下磁钢组件8和下霍尔组件7，固定在下铁心组件6各分体之间的夹槽中，且为交替式排列；所述下支架5的挡板处设有轴承孔，轴承9嵌装在挡板的轴承孔中；

所述铆钉10依次穿过上支架1、弹簧11和下支架5的安装孔后固定；所述弹簧11的两端为直线伸出，分别与上支架1的手柄处和下支架5的手柄处压紧，使得上支架1和下支架5组装在一起可以实现夹子的功能；

所述上支架1和下支架5为对称结构；

所述上铁心组件2的分体数为六，各分体之间的夹槽数为五，上磁钢组件4和上霍尔组件3置于五个夹槽中，排放顺序为磁钢-霍尔元件-磁钢-霍尔元件-磁钢；

所述下铁心组件6的分体数为六，各分体之间的夹槽数为五，下磁钢组件8和下霍尔组件7置于五个夹槽中，排放顺序为磁钢-霍尔元件-磁钢-霍尔元件-磁钢；

所述嵌放在上铁心组件2的上磁钢组件4，磁极排放顺序依次以SN、NS和SN；

所述嵌放在下铁心组件6的下磁钢组件8，磁极排放顺序依次以SN、NS和SN；

所述上支架1和下支架5均为非铁磁材料，上铁心组件2和下铁心组件6均为硅钢叠片。

图3为本发明的一种便携式测速发电机的支架结构图：上支架1的结构如图3(a)所示，包括铁心槽101、挡板102、安装孔103和手柄104，其中挡板102设有轴承孔；下支架5的结构如图3(b)所示，包括铁心槽501、挡板502、安装孔503和手柄504，其中挡板502设有轴承孔。

图4为本发明的一种便携式测速发电机支架与对应组件的组装图：上支架1与对应组件的组装图如图4(a)所示，上铁心组件2的各分体分别为201、202、203、204、205和206；上霍尔组件3包括霍尔元件301和302；上磁钢组件4包括永磁磁钢401、402和403。各组件的组装顺序依次为201-401-202-301-203-402-204-302-205-403-206，其中上铁心组件2的分体202、203、204和205的尺寸均相同，且分体202和分体206设有轴承孔，与支架1挡板处的轴承孔位置重合；磁钢401、402和403的尺寸相同，且磁极排放顺序为SN-NS-SN。

下支架5与对应组件的组装图如图4(b)所示，下铁心组件6的各分体分别为601、602、603、604、605和606；下霍尔组件7包括霍尔元件701和702；下磁钢组件8包括永磁磁钢801、802和803。各组件的组装顺序依次为601-801-602-701-603-802-604-702-605-803-606；其中下铁心组件6的分体602、603、604和605的尺寸均相同，且分体602和分体606设有轴承孔，与支架2挡板处的轴承孔位置重合；磁钢801、802和803的尺寸相同，且磁极排放顺序为SN-NS-SN。

轴承9包括901、902、903和904，其中901和902安装在上支架1挡板的轴承孔处，903和904安装在下支架5挡板处的轴承孔处。

图5为本发明的一种便携式测速发电机的磁场分布图：首先用便携式测速发电机将被测转轴夹紧，转轴为铁磁材料，通过上、下支架挡板处的轴承建立被测转轴与测速发电机之间的空气隙。上、下磁钢组件形成的磁场分布情况如图5所示，磁力线经由铁心组件、空气隙和被测转轴后形成闭合回路，磁场的方向如图5所示。

图6为本发明的一种便携式测速发电机的工作原理图：霍尔元件301、302、701和702的控制端通入工作电流，被测转轴停转时，上、下磁钢组件形成的磁场分布情况如图5所示，此时上、下磁钢组件形成的磁场，与霍尔元件301、302、701和702无匝链，霍尔元件301、302、701和702无霍尔电势输出；被测转轴转动时，如图6所示，被测转轴的表面可以看做是多根导条，顺时针切割上、下磁钢组件形成的磁场，产生如图6所示的切割电动势，方向通过右手定子判断，被测转轴的表面产生电流，该电流产生的磁场分布情况如图6所示，其方向根据右手螺旋定则判断，此时被测转轴表面电流产生的磁场与霍尔元件301、302、701和702分别匝链，霍尔元件301、302、701和702分别输出相应的霍尔电势。

根据磁路的欧姆定理，永磁磁钢产生的磁通量为：

${\mathrm{\Φ}}_P=\frac{F_P}{R_{mP}}---\left(1\right),$

式中F_p为永磁磁钢的磁势，R_mp为永磁磁钢产生的磁通经过磁路的磁阻。

根据法拉第电磁感应定律，被测转轴顺时针以转速n切割永磁磁钢的磁通，所产生的切割电动势为：

e_R＝C_eΦ_Pn(2)，

式中C_e为与测速发电机结构相关的常数。

根据欧姆定律，被测转轴产生的电流为：

$i_R=\frac{e_R}{r_R}---\left(3\right),$

式中r_R为被测转轴表面的等效电阻。

根据磁路的欧姆定理，被测转轴表面的电流产生的磁通量为：

${\mathrm{\Φ}}_R=\frac{N_R{i}_R}{R_{mR}}---\left(4\right),$

式中N_R为被测转轴表面的等效有效匝数，R_mR为被测转轴表面电流产生的磁通经过磁路的磁阻。

根据霍尔效应可知，霍尔元件产生的霍尔电势为：

E_H＝K_HIΦ_R(5)，

式中K_H为与霍尔元件结构和性质相关的常数，I为霍尔元件的控制电流。

联立式(1)～式(5)，可得：

$E_H=\frac{C_e{F}_P{N}_R{K}_{H}I}{R_{mP}{R}_{mR}{r}_R}n---\left(6\right).$

根据所述式(6)可知，本发明的一种便携式测速发电机，能够直接将被测转轴的转速转换成对应的电信号输出。若霍尔元件的控制电流为直流电，则发电机输出与转速成正比的直流霍尔电势，若霍尔元件的控制电流为交流电，则发电机输出幅值与转速成正比的交流霍尔电势，频率与霍尔元件控制电流的频率相同。

所述的一种便携式测速发电机，安装方便，占用空间小，无需使用联轴装置，使用时只需将被测转轴夹紧即可，能够直接将瞬时转速转换为对应的电信号输出；结构简单，无旋转部件，不会对原有旋转系统的转动惯量产生影响，具有较好的动态响应特性；无换向装置，不存在电刷接触电阻造成的非线性误差，输出特性线性度良好；无绕组、无剩余电压，并能够在低速时精确的测量转速，不存在低速失灵区。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便携式测速发电机，包括上支架、下支架、上铁心组件、下铁心组件、上磁钢组件、下磁钢组件、上霍尔组件、下霍尔组件、轴承、铆钉和弹簧；

其特征在于：所述上支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；所述上铁心组件为扇环形分体式结构，固定在上支架的铁心槽中，且上铁心组件的各分体之间设有夹槽；所述上磁钢组件和上霍尔组件，固定在上铁心组件各分体之间的夹槽中，且为交替式排列；所述上支架的挡板处设有轴承孔，轴承嵌装在挡板的轴承孔中；

所述下支架设有铁心槽、挡板、安装孔和手柄；所述下铁心组件为扇环形分体式结构，固定在下支架的铁心槽中，且下铁心组件的各分体之间设有夹槽；所述下磁钢组件和下霍尔组件，固定在下铁心组件各分体之间的夹槽中，且为交替式排列；所述下支架的挡板处设有轴承孔，轴承嵌装在挡板的轴承孔中；

所述铆钉依次穿过上支架、弹簧和下支架的安装孔后固定；所述弹簧的两端为直线伸出，分别与上支架的手柄处和下支架的手柄处压紧，使得上支架和下支架组装在一起可以实现夹子的功能。

2.根据权利要求1所述的一种便携式测速发电机，其特征在于：所述上支架和下支架为对称结构。

3.根据权利要求1所述的一种便携式测速发电机，其特征在于：所述上铁心组件的分体数为六，各分体之间的夹槽数为五，上磁钢组件和上霍尔组件置于五个夹槽中，排放顺序为磁钢-霍尔元件-磁钢-霍尔元件-磁钢。

4.根据权利要求1所述的一种便携式测速发电机，其特征在于：所述下铁心组件的分体数为六，各分体之间的夹槽数为五，下磁钢组件和下霍尔组件置于五个夹槽中，排放顺序为磁钢-霍尔元件-磁钢-霍尔元件-磁钢。

5.根据权利要求1所述的一种便携式测速发电机，其特征在于：所述嵌放在上铁心组件的上磁钢组件，磁极排放顺序依次以SN、NS和SN。

6.根据权利要求1所述的一种便携式测速发电机，其特征在于：所述嵌放在下铁心组件的下磁钢组件，磁极排放顺序依次以SN、NS和SN。

7.根据权利要求1所述的一种便携式测速发电机，其特征在于：所述上支架和下支架均为非铁磁材料，上铁心组件和下铁心组件均为硅钢叠片。