CN105758568B - 一种内转子开关磁阻电机力矩传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种内转子开关磁阻电机新型力矩传感器装置，包括电机固定调整座、电机固定支架、传感器调整支架、压力传感器下层板、压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器、传感器电路板。本发明通过测量电机定子对支架的转矩从而测量电机转子输出转矩，同时设计的电机左右支撑面与电机的中轴在同一水平面内，支撑点处的横向力不会对电机产生扭矩。本发明能有效实时地检测开关磁阻电机输出转矩，有助于解决开关磁阻电机低频脉动问题。

Description

一种内转子开关磁阻电机力矩传感器装置

技术领域

本发明涉及一种电机传感器，特别涉及一种内转子开关磁阻电机新型力矩传感器装置。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单、成本低、系统可靠性高等优点。但是，一直以来，开关磁阻电机低频脉动问题严重阻碍了开关磁阻电机的推广应用。许多学者提出了一些解决开关磁阻电机低频脉动问题的控制算法，能够减小开关磁阻电机的低频脉动。但是这些算法大都需要实时采集开关磁阻电机的输出转矩。因此，实时有效地检测开关磁阻电机的输出转矩，对于解决开关磁阻电机低频脉动问题具有重要的意义。

发明内容

发明的意义：为了检测开关磁阻电机输出转矩，从而解决开关磁阻电机低频脉动问题，本发明设计了一种内转子开关磁阻电机新型力矩传感器装置。

本发明所采用的技术方案是：一种内转子开关磁阻电机新型力矩传感器装置，包括电机固定调整座、电机固定支架、传感器调整支架、压力传感器下层板、压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器及传感器电路板。所述压力传感器下层板、压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器、传感器电路板装配在一起组成一个压力传感器组合。所述压力传感器组合检测能检测到压力传感器下层板与压力传感器上层板之间的压紧力，其装配方式如下。压力传感器下层板有一个凹槽，压力传感器上层板有与压力传感器下层板凹槽相对应的突出部分刚好能放置到压力传感器下层板凹槽内。同时压力传感器上层板有与压力传感器下层板间由上自下加装压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔。这样压力传感器下层板凹槽内的压力是均匀分布的。在压力传感器下层板凹槽内有一圆形孔用于安装压阻式压力传感器，压阻式压力传感器上表面与压力传感器下层板凹槽平面齐平，下端由圆形孔内的凸台支撑。所述压阻式压力传感器与传感器电路板连接，电路板输出电压大小随压阻式压力传感器上表面压强线性变化。由于压力传感器下层板凹槽内的压力是均匀分布的，所以压阻式压力传感器测得压力传感器下层板凹槽内的压强就测到了压力传感器上层板有与压力传感器下层板间的压力。

压力传感器组合装配在传感器调整支架中，压力传感器组合弧形上下表面刚好与传感器调整支架相接触，设计采用弧形面接触允许传感器调整支架相对于压力传感器组合有一定的转动，保证压力传感器下层板凹槽内受力分布均匀。电机固定调整座与传感器调整支架通过可横向滑动的槽连接，在装配时调整电机固定调整座相对传感器调整支架的位置保证压力传感器下层板凹槽内受力分布均匀。将左右两组电机固定调整座、传感器调整支架和压力传感器组合装配完成后将它们通过电机固定调整座固定到电机左右的四个螺纹孔上。

通过传感器调整支架外端伸出的圆柱体将以上含电机的装配整体支撑，调整调整电机固定调整座相对传感器调整支架的位置直到电机轴向上平衡，此时电机重心在左右调整支架外端伸出的圆柱的连线上，再将传感器调整支架上的固定螺钉拧紧固定调整电机固定调整座相对传感器调整支架的位置。

再将以上装配体左右两端的压力传感器组合装配到电机固定支架的槽内，将电机固定支架下端拧紧到需要固定的基座上装配完成。装配完成后，左右电机固定支架直接约束的对象是压力传感器组合的竖直方向的运动。电机、电机固定调整座与传感器调整支架是完全固定的连接，传感器调整支架套在压力传感器组合上，压力传感器组合约束电机、电机固定调整座与传感器调整支架竖直方向的运动。不管电机对压力传感器组合有向上或向下的力都将使压力传感器组合上下板产生压紧力。

左右压力传感器组合测得的压力其实质是电机及其上固定件左右两边的支撑力，同时设计时将支撑点相对于传统设计支撑点上移。支撑点与电机的中轴在同一水平面内，支撑点处的横向力不会对电机产生扭矩。因此，竖直方向的支撑力对电机及其固定件的扭矩为支撑部分对电机定子部分的全部扭矩。

由于电机转子在输出转矩时，对电机定子部分也同样有一个相同大小方向相反的转矩，而电机定子没有转动角加速度，支撑部分对电机定子部分的全部扭矩也就等于电机转子部分施加给定子部分的转矩大小。因此，通过测量左右支撑力微控制器计算得到电机的输出转矩。

本发明的优点：1. 利用反作用力测量电机定子的转矩从而得到电机转子的输出转矩，减少了传统力矩测量方式对运动物体力矩测量的难度。2. 电机固定调整座与传感器调整支架通过可横向滑动的槽连接，设计不同的电机固定调整座，本发明可用于测量不同电机的输出转矩。

附图说明

图1是本发明装配到待测开关磁阻电机上的效果图。

图2是本发明的三维图。

图3是本发明的横截面图。

图4是本发明的传感器组合图。

如图所示，一种内转子开关磁阻电机新型力矩传感器装置，包括电机固定调整座1，电机固定支架2，传感器调整支架3，压力传感器下层板4，压力传感器上层板5，压力传感器橡胶垫片6，压力传感器铝箔7，压阻式压力传感器8，传感器电路板9。

具体实施方案

下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明有左右相同的两部分，对称地安装于开关磁阻电机的左右两端作为开关磁阻电机的支撑架。本发明的左右两部分是完全相同的，分别用于测量开关磁阻电机的左右两端竖直方向的支撑力。因此，后面只需介绍一部分即可。左右两部分对电机的支撑面与电机中轴线在同一水平面内，支撑面对电机的横向力将不会相对电机的轴向产生力矩，根据测量到的左右支撑面竖直方向的作用力可以计算出支撑架对电机产生的总力矩。电机在转动时，转子对外输出转矩，同时也对电机的定子有大小相同方向相反的反作用力矩。电机的定子固定不动，没有转动角加速度，以上测得的支撑架对电机产生的总力矩大小也就等于电机的转子对电机定子的反作用力矩大小，同时也就是转子的输出转矩大小。

如图1中所示，电机固定调整座1通过四个螺钉与电机固定，电机固定调整座1与传感器调整支架3通过槽型配合连接，传感器调整支架3相对电机固定调整座1可沿电机轴向调整位置。在调整时，将电机左右两端的电机固定调整座1与传感器调整支架3安装好，使用传感器调整支架3最外部伸出的圆柱体支撑电机，电机固定调整座1与传感器调整支架3使电机前后平衡。调整位置调整完成后传感器调整支架3上有4个锁紧螺钉，将传感器调整支架3与电机固定调整座1相对位置固定。

如图4所示，传感器调整支架3的中间有一个通孔，孔内由上往下安装，压力传感器上层板5，压力传感器橡胶垫片6，压力传感器铝箔7，压阻式压力传感器8，压力传感器下层板4。如图3所示，压阻式压力传感器8安装于压力传感器下层板4内的一个圆柱形孔内，此孔下端由台阶支撑压阻式压力传感器8，压阻式压力传感器8上表面刚好与压力传感器下层板4与压力传感器铝箔7接触的平面齐平。压阻式压力传感器8用于测量此平面的压强，由于使用以上材料和安装方式，被测平面受力均匀分布，根据压阻式压力传感器8测得压强可得到压力传感器上层板5与压力传感器下层板4之间的压力。压阻式压力传感器8与传感器电路板9连接，压阻式压力传感器8上表面不同大小压强在传感器电路板9上有与之相对应的线性变化电压输出。

如图4所示，压力传感器上层板5，压力传感器橡胶垫片6，压力传感器铝箔7，压阻式压力传感器8，压力传感器下层板4，传感器电路板9完全装配到传感器调整支架3内之后左右两端对称的伸出一段。将左右对称伸出的一段放置到电机固定支架2上端对称的两个槽内。装配完成后如图1所示，电机固定支架2下端由用于固定到基座的条形孔，使用螺钉将左右两端的电机固定支架2固定与基座之上。此时电机固定支架2的槽上下表面约束了压力传感器上板5和压力传感器下板4。如图3所示，当电机对传感器调整支架有上拉的力时，将使压力传感器下板4向上压，此时压力传感器上板5受到电机固定支架2的槽上表面约束，压力传感器上板5和压力传感器下板4相互挤压，传感器电路板9输出与挤压力相对应的电压。当电机对传感器调整支架有下压的力时，将使压力传感器上板5下压，此时压力传感器下板4受到电机固定支架2的槽下表面约束，压力传感器上板5和压力传感器下板4相互挤压，传感器电路板9输出与挤压力相对应的电压。因此，不管电机对左右支撑部分有向上或者向下的力，都能通过本发明测得，进而计算出支撑部分对电机转子部分的总力矩，也就是电机转子的输出转矩。另外，由于上拉的力和下压的力都是反映在压力传感器上板5和压力传感器下板4的挤压上，在区分下压还是上拉力时，通过比较左右部分支撑部件力的大小来区分。区分的原理是，左右两端的力的总和等于电机为转动时的重力大小，在左右最大压力超过重力后一边存在上拉力，而此时绝地值大的力肯定为压力，绝对值小的为拉力。

Claims (2)

1.一种内转子开关磁阻电机力矩传感器装置，包括左右相同的两部分，对称地安装于开关磁阻电机的左右两端作为开关磁阻电机的支撑架，分别用于测量开关磁阻电机的左右两端竖直方向的支撑力，所述左右相同的两部分分别包括有电机固定调整座、电机固定支架、传感器调整支架、压力传感器下层板、压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器、传感器电路板，电机左右两侧的所述压力传感器下层板、压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器、传感器电路板分别装配在一起组成左、右压力传感器组合；其特征在于，所述左、右压力传感器组合分别用于检测左、右两侧的压力传感器下层板与压力传感器上层板之间的压紧力；所述传感器调整支架的中间有一个通孔，孔内由上往下安装压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器、压力传感器下层板，压阻式压力传感器安装于压力传感器下层板内的一个圆柱形孔内，此孔下端由台阶支撑压阻式压力传感器，压阻式压力传感器上表面刚好与压力传感器下层板和压力传感器铝箔接触的平面齐平，压阻式压力传感器与传感器电路板连接，压阻式压力传感器上表面不同大小压强在传感器电路板上有与之相对应的线性变化电压输出；压力传感器上层板、压力传感器橡胶垫片、压力传感器铝箔、压阻式压力传感器、压力传感器下层板、传感器电路板完全装配到传感器调整支架内之后左右两端对称的伸出一段，将左右对称伸出的一段放置到电机固定支架上端对称的两个槽内，电机固定支架下端由用于固定到基座的条形孔，使用螺钉将左右两端的电机固定支架固定与基座之上。

2.如权利要求1所述一种内转子开关磁阻电机力矩传感器装置，其特征在于测量电机定子对支架的转矩从而测量电机转子输出转矩，同时设计的电机左右支撑面与电机的中轴在同一水平面内，支撑点处的横向力不会对电机产生扭矩。