CN110161276B - 一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，包括测速探头和传输电缆，测速探头包括探头外壳、印刷电路板、一个霍尔敏感元件和两个精密双路运放，印刷电路板的一端与霍尔敏感元件固接，另一端与传输电缆固接，两个精密双路运放分别安装在印刷电路板的正反两面。本发明传感器体积大小不变的前提下，通过在印刷电路板的正反两面设置精密双路运放，从而使一个霍尔敏感元件输出两路方波信号，经过印刷电路板后，能够产生四路信号，同时满足轨道车辆的牵引系统与制动系统的需求。

Description

一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器

技术领域

本发明属于传感器领域，具体为一种能够输出四路信号的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器。

背景技术

在轨道车辆上，车辆动力系统的控制很大程度上取决于它所采集到的速度信号的精度和可靠性，而所采集的速度信号包括当前速度值以及速度的变化量。在机车的牵引控制、车轮滑动保护、列车控制、车门控制过程中都要涉及到速度信号的采集问题，其一般是通过许多的速度传感器完成。

目前最常用的速度传感器类型是霍尔式双通道速度传感器，它的感应元件是两个磁性偏置霍尔敏感元件(传统的两个霍尔元件每一个元件只产生一路方波信号，用一个双路运放即可对信号进行处理。注：双路运放是指有两个运算放大器的芯片)，与放大器和短路保护线路激励器相接。由于探头存在两个磁性偏置霍尔敏感元件，使得测速探头直径较大、无法达到客户图纸

的要求。

此外，部分轨道车辆由于其电机端盖与轴承端盖之间空间较小，或是为了减少成本，要求速度传感器输出4路信号分别传输到牵引系统和制动系统(每个系统需要2路相位差为90°的方波信号，不同系统的两路方波对应成180°)，传统单个速度传感器只能输出2路信号无法满足应用要求(在车辆控制系统中，牵引系统与制动系统不能使用相同的两路方波信号作为系统控制的依据，否则会造成系统混乱，无法正常工作)。

同时，由于轨道车辆运行环境恶劣，速度回路中存在各种电磁干扰，电磁干扰中以大能量的浪涌电压/电流对速度传感器带来的危害最大，当浪涌电压/电流的能量超过速度传感器保护元件功率时，会直接摧毁保护元件进而损坏速度传感器。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，包括测速探头和传输电缆，所述测速探头包括探头外壳、印刷电路板、一个霍尔敏感元件和两个精密双路运放，所述印刷电路板的一端与所述霍尔敏感元件固接，另一端与所述传输电缆固接，两个精密双路运放分别安装在所述印刷电路板的正反两面，其中一个精密双路运放的输入端与所述霍尔敏感元件的输出端连接，输出端通过所述传输电缆连接至轨道车辆的牵引系统，另一个精密双路运放的输入端与所述霍尔敏感元件的输出端连接，输出端通过所述传输电缆连接至轨道车辆的制动系统。

进一步的，其中一个精密双路运放与所述霍尔敏感元件连接的输入端为同相输入端，另一个精密双路运放与所述霍尔敏感元件连接的输入端为反相输入端。

进一步的，所述霍尔敏感元件为霍尔电路与磁铁、极片集成为一体的、且可输出两路相位差为90°的方波信号的芯片。

进一步的，还包括一定位件，所述定位件的一端通过自身的卡合孔与所述霍尔敏感元件卡接，另一端通过自身的卡合槽与所述印刷电路板卡接。

进一步的，还包括两个分别安装在所述印刷电路板两侧的两个贴片式保护元件，其中一个贴片式保护元件设置在所述精密双路运放和牵引系统之间的线路上，另一个贴片式保护元件设置在所述精密双路运放和制动系统之间的线路上。

进一步的，所述贴片式保护元件为瞬变二极管。

进一步的，还包括一中套和电缆固定头，所述中套的一端与探头外壳螺纹紧固，另一端与电缆固定头螺纹紧固。

进一步的，所述传输电缆穿过所述电缆固定头，且所述传输电缆位于所述电缆固定头外的部分套接有电缆保护软管，所述传输电缆和电缆保护软管同时被所述电缆固定头锁紧。

进一步的，所述测速探头和中套内的间隙中填充有绝缘导热包封材料。

进一步的，所述印刷电路板上的电子元件和绝缘导热包封材料之间还覆盖有涂覆胶。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明传感器大小不变的前提下，通过在印刷电路板的正反两侧设置精密双路运放，从而使一个霍尔敏感元件输出的两路路相位差为90°的方波信号，经过两个精密双路运放处理后，能够产生四路信号，同时满足轨道车辆的牵引系统与制动系统的需求。通过导入贴片式保护元件，在浪涌电压/电流出现时能够有效抑制干扰信号、确保速度传感器正常工作。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例公开的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的信号流程示意图。

图例说明：

1、霍尔敏感元件；2、定位件；3、涂覆胶；4、精密双路运放；5、探头外壳；6、贴片式保护元件；7、印刷电路板；8、绝缘导热包封材料；9、中套；10、传输电缆；11、电缆固定头；12、电缆保护软管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-2所示，本发明公开了一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，包括测速探头和传输电缆10，测速探头包括探头外壳5、印刷电路板7和一个霍尔敏感元件1和两个精密双路运放4，印刷电路板7的一端与霍尔敏感元件1固接，另一端与传输电缆10固接，两个精密双路运放4分别焊接安装在印刷电路板7的两侧，其中一个精密双路运放4的一端(同向输入端)与霍尔敏感元件1连接，另一端通过传输电缆10连接至轨道车辆的牵引系统，另一个精密双路运放4的一端(反向输入端)与霍尔敏感元件1连接，另一端通过传输电缆10连接至轨道车辆的制动系统。其中，霍尔敏感元件1与印刷电路板7的固接是通过特殊高分子材质的定位件2来实现；霍尔敏感元件1的金属管脚穿过定位件2上的过孔并焊接，而定位件2上设置有卡合槽，从而与印刷电路板7卡接。从而在现有的印刷电路板7大小基本不变的前提下，通过在印刷电路板7的正反两侧设置精密双路运放4(具体的，本实施例所应用的型号为：AD8512)，从而使一个霍尔敏感元件1(具体的，本实施例所应用的型号为：ATS605LSG)输出的两路路相位差为90°的方波信号，经过印刷电路板7后，能够产生四路信号，同时满足轨道车辆的牵引系统与制动系统的需求。

在本实施例中，为了进一步减少霍尔敏感元件1的尺寸，简化装配过程，霍尔敏感元件1为霍尔电路与磁铁、极片集成为一体的、且可输出2路相位差为90°的方波信号的芯片。

同时，为了避免回路中存在的各种电磁干扰带来的浪涌电压/电流，进而对速度传感器带来的破坏，还包括两个分别安装在印刷电路板7两侧的两个贴片式保护元件6(本实施例采用瞬变二极管)，其中一个贴片式保护元件6设置在精密双路运放4和牵引系统之间的线路上，另一个贴片式保护元件6设置在精密双路运放4和制动系统之间的线路上。

在本实施例中，考虑到印刷电路板7的装配，还包括一中套9和电缆固定头11，中套9的一端与探头外壳5螺纹紧固，另一端与电缆固定头11螺纹紧固。

在本实施例中，传输电缆10穿过电缆固定头11，且传输电缆10位于电缆固定头11外的部分套接有电缆保护软管12，传输电缆10和电缆保护软管12同时被电缆固定头11锁紧，从而使传输电缆10在轨道车辆在恶劣运行环境下得到保护，使速度传感器整体防护等级达到IP68。

在本实施例中，测速探头和中套9内的间隙中填充有绝缘导热包封材料8，从而可以对印刷电路板7和传输电缆10进行固定，同时，也可以将印刷电路板7上的电子元器件工作时产生的热量实现传导发散，同时，印刷电路板7上的电子元件和绝缘导热包封材料8之间还覆盖有涂覆胶3(具体的，本实施例所应用的型号为：DC-3140)，通过涂覆胶消3除或减小绝缘导热包封材料8固化时电子元件焊点所受的应力。

采用印刷电路板7的结构设计后，主要是产生以下影响：轨道车辆在运行速度较快的情况下时，牵引电机测速齿轮盘会产生一定量的抖动；之前传统速度传感器探头采用2个霍尔敏感元件1感应测速齿轮盘的磁场信号，在组装时需要以错开的形式进行安装以确保输出信号成90°，无法保证2个霍尔敏感元件1均与测速齿轮盘对心，当测速齿轮盘抖动量超过一定范围，其中一个霍尔敏感元件1将无法感应到测速齿轮盘的磁场，造成速度传感器丢信号从而使轨道车辆控制系统报故障(霍尔敏感元件1通过敏感点来感应测速齿轮的磁场强度及其变化量，再通过霍尔敏感元件1的内部电路将这个变化量转换成为交替变化的高、低电平进行输出，当敏感点与测速齿轮超过一定距离时，将无法感应到磁场强度，也就无法输出信号。传统霍尔敏感元件1只能输出一路方波信号，因此需要应用两个霍尔敏感元件1来实现两路成90°的方波信号输出，为确保两路方波信号成90°，需要将两个传统的霍尔敏感元件1错开一个距离安装在定位件2上，也就是说两个元件的四个敏感点占用的径向距离远远大于一个新型元件的两个敏感点距离。一个新型元件的两个敏感点肯定会比四个敏感点更加与测速齿轮的中心对齐。当测速齿轮存在径向跳动超过一定范围时，四个敏感点中就会有某一个或多个敏感点感应不到磁场强度，造成传感器工作异常)；而印刷电路板7的结构设计可以保证单个霍尔敏感元件1均与测速齿轮盘对心，运行时允许测速齿轮盘产生更大的抖动量仍能正常工作，具备更加可靠的运行稳定性。进一步，速度传感器探头设计有定位销(未示出)，可以确保测速探头位于测速齿轮盘的径向中心，进一步提高传感器的稳固强度。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，包括测速探头和传输电缆(10)，所述测速探头包括探头外壳(5)、印刷电路板(7)、一个霍尔敏感元件(1)和两个精密双路运放(4)，所述印刷电路板(7)的一端与所述霍尔敏感元件(1)固接，另一端与所述传输电缆(10)固接，两个精密双路运放(4)分别安装在所述印刷电路板(7)的正反两面，其中一个精密双路运放(4)的输入端与所述霍尔敏感元件(1)的输出端连接，输出端通过所述传输电缆(10)连接至轨道车辆的牵引系统，另一个精密双路运放(4)的输入端与所述霍尔敏感元件(1)的输出端连接，输出端通过所述传输电缆(10)连接至轨道车辆的制动系统；其中一个精密双路运放(4)与所述霍尔敏感元件(1)连接的输入端为同相输入端，另一个精密双路运放(4)与所述霍尔敏感元件(1)连接的输入端为反相输入端。

2.根据权利要求1所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，所述霍尔敏感元件(1)为霍尔电路与磁铁、极片集成为一体的、且可输出两路相位差为90°的方波信号的芯片。

3.根据权利要求1所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，还包括一定位件(2)，所述定位件(2)的一端通过自身的卡合孔与所述霍尔敏感元件(1)卡接，另一端通过自身的卡合槽与所述印刷电路板(7)卡接。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，还包括两个分别安装在所述印刷电路板(7)两侧的两个贴片式保护元件(6)，其中一个贴片式保护元件(6)设置在所述精密双路运放(4)和牵引系统之间的线路上，另一个贴片式保护元件(6)设置在所述精密双路运放(4)和制动系统之间的线路上。

5.根据权利要求4所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，所述贴片式保护元件(6)为瞬变二极管。

6.根据权利要求1-3任一所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，还包括一中套(9)和电缆固定头(11)，所述中套(9)的一端与探头外壳(5)螺纹紧固，另一端与电缆固定头(11)螺纹紧固。

7.根据权利要求6所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，所述传输电缆(10)穿过所述电缆固定头(11)，且所述传输电缆(10)位于所述电缆固定头(11)外的部分套接有电缆保护软管(12)，所述传输电缆(10)和电缆保护软管(12)同时被所述电缆固定头(11)锁紧。

8.根据权利要求7所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，所述测速探头和中套(9)内的间隙中填充有绝缘导热包封材料(8)。

9.根据权利要求8所述的用于轨道车辆牵引电机的速度传感器，其特征在于，所述印刷电路板(7)上的电子元件和绝缘导热包封材料(8)之间还覆盖有涂覆胶(3)。

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