CN112444287A - 传感器单元和具有至少一个这种传感器单元的传动装置 - Google Patents

传感器单元和具有至少一个这种传感器单元的传动装置 Download PDF

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Abstract

传感器单元与具有至少一个这种传感器单元的传动装置。本发明涉及一种传感器单元(1)，其包括不同传感器装置的传感器构件以及电路板(9)的至少一个电源组件和信号传输组件，所述电路板具有并连接到所述传感器构件，其特征在于，传感器单元(1)具有容纳传感器构件以及至少一个电路板(9)的环形基体(4)。此外本发明还涉及具有这种传感器单元(1)的传动装置(3)。另外本发明还涉及具有这种传动装置(3)的传动系(26)以及具有这种传动装置(3)的工业应用(28)。

Description

传感器单元和具有至少一个这种传感器单元的传动装置
技术领域
本发明涉及一种传感器单元，其包括不同的传感器装置的传感器构件以及至少一个电路板，其具有电源和信号传输组件，该电路板连接到传感器构件。本发明还涉及具有这种传感器单元的传动装置。另外本发明还涉及具有这种传动装置的传动系以及具有这种传动装置的工业应用。
背景技术
将例如传动装置形式的机械系统设计为有IOT能力(IOT：Internet of Things，物联网)，是所期望的。对此，加装有传感器装置，以接收像转矩、转速、振动和温度这样的测量量。在传动装置的情况下，传感器装置的测量量采集器被安装在传动装置其上和其中的不同位置处，然后它们连接至一个或多个电路板，这些电路板具有对于相应传感器来说必需的电源和信号传输组件。这些电路板又与至少一个外部的电源和信号评估装置连接。这种方式的布线带来了很高的时间和成本耗费。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目的在于提供具有可选结构的传感器单元。
为了实现该目的，本发明提供了一种传感器单元，其特征在于，该传感器单元具有容纳传感器构件以及至少一个电路板的环形的基体。由于不同的传感器装置的传感器构件以及具有用于这些传感器构件的电源和信号传输组件的电路板预先安装在单独的环形基体上并且相互适宜地连接，根据本发明的传感器单元可以快速且简单地在机械系统中进行安装，因为只有基体必须被装入。相应地，根据本发明的传感器单元的安装带有低的时间和成本耗费。
根据本发明的一个设计方案，不同的传感器装置具有至少一个温度传感器装置和/或至少一个转矩传感器装置和/或至少一个振动传感器装置。因此，可以利用单独的传感器单元来采集全部数据，尤其是对监控传动装置所必需的全部数据。
优选在基体上设有用于连接外部的电源和信号传输导线的可从外部触及的单独的接口。以这种方法，对根据本发明的传感器单元在将传感器单元连接至外部电源和信号评估装置方面的操作，得到明显改进。
有利地，作为传感器构件，至少一个温度传感器装置的测量量采集器和至少一个转矩传感器装置的测量量采集器位于基体的第一端侧处，并且电源和信号传输接口位于基体的相对的第二端侧处。相应地，在安装基体时，温度传感器装置和振动传感器装置的测量量采集器能够指向待监控的组件地定向，其中，例如其是传动轴承，同时在基体另一端侧实现电源和信号传输导线的连接。
作为转矩传感器装置的传感器构件，信号接收器、尤其是环形设计的信号接收器(例如测量带形式或类似形式的信号接收器)优选位于基体的内环周处。转矩传感器装置的所属测量量采集器和所属信号发射器在传动装置的情况下在基体径向内部位于传动轴上。
根据本发明的一个设计方案，电路板位于基体内部中。电路板的这种设置的优点在于，使电路板免受外部影响。类似的，这适用于存在在传感器构件与电路板之间的布线。
基体优选由耐油、耐温和耐压材料制成，尤其是由塑料、优选聚酰胺制成。相应地，基体可以无问题地承受占据在传动装置或机械系统中的条件。材料的耐油性、耐温性和耐压性的程度可以分别根据有传感器单元集成在其中的机械系统的运行条件来确定。
根据本发明的一个设计方案，基体以增材的方式制成，这带来了在生产基体和传感器单元时的高灵活性。替选地，原则上也可以使用其他制造技术来生产基体。
此外本发明还提供了一种具有至少一个根据本发明的传感器单元的传动装置。
传感器单元的基体优选布置在传动装置壳体盖与在传动轴上布置的传动轴承之间，并且可以抵靠在这些传动组件上，尤其是在这些传动组件应该被重点考虑时。
优选地，作为转矩传感器装置的传感器构件，测量量采集器和信号发射器在基体径向内部设置在传动轴上，信号发射器将测量量采集器检测的测量数据传递至设在基体的内环周处的信号接收器。
本发明还提供了一种传动系，该传动系包括与传动装置以传递转矩的方式连接的转子轴，该转子轴又以传递转矩的方式与传动装置连接，其特征在于，该传动装置设计为根据本发明的传动装置。
本发明还提供了一种风力发电设施，该风力发电设施包括安装在机舱处的转子，其中，在机舱中布置有以传递转矩的方式与转子连接的传动系，其中，该传动系设计为根据本发明的传动系。
本发明还提供了一种工业应用，其包括驱动机构，该驱动机构以传递转矩的方式与传动装置连接，传动装置以传递转矩的方式与机械应用耦连，其中，传动装置设计为根据本发明的传动装置。
附图说明
下面结合附图中的附图标记清楚说明了本发明的其他特点和优点。在此示出：
图1是根据本发明的一个实施方式的传感器单元的立体前视图；
图2是图1所示传感器单元的立体后视图；
图3是具有图1和图2所示的传感器单元的传动装置的部分视图；
图4是根据本发明的风力发电设施的一个实施方式的局部侧视图；
图5是根据本发明的传动系的一个实施方式的示意图；以及
图6是根据本发明的工业应用的一个实施方式的示意图。
具体实施方式
图1和图2中所示传感器单元1用于监控传动装置3或其组件，在此用于监控传动轴承2，如将在接下来参考图3更详细地阐明。传感器单元1包括优选由耐油以及耐温和耐压材料、例如聚酰胺以增材的方式制成的环形基体4。温度传感器装置的测量量采集器6以及振动传感器装置的测量量采集器7位于基体4的端侧5处或被嵌入端侧5中。温度传感器装置的测量量采集器6例如可以是热电偶。用作振动传感器装置的测量量采集器7例如可以是MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System，微电机械系统)传感器。作为转矩传感器装置的传感器构件，信号接收器8位于基体4的内环周上，其在此是由测量带构成的环形设计的信号接收器的形式。测量量采集器6和7以及信号接收器8连接至电路板9处，该电路板在此位于基体4的内部并且具有对所述传感器构件来说必需的电源和信号传输组件。传感器单元1还具有单独的、可从外部触及的接口10，该接口与电路板9以线连接(verdrahten)并用于连接外部电源和信号传输组件。接口10在此位于基体4的与端侧5相对置的端侧11处。
图3示例性地示出了具有传动装置壳体的21的传动装置3的一个区域，其中，使用传动轴承2来可转动地保持传动轴12，其中，在图3中仅示出了传动轴承2中的一个。在图1和图2中所示传感器单元1在传动轴承2与通过密封件13相对传动轴12密封的传动装置壳体盖14之间被安装为，使得基体4在端侧固定地抵靠在两个组件上并且温度传感器装置和振动传感器装置的测量量采集器6和7指向待监控的传动轴承2。在接口10的区域中，传动装置壳体盖设有凹部15和与接口10轴向对齐的通孔16，以便获得用于连接在图3中用虚线示出的电源和信号传输导线17并由其穿过的空间，传感器单元1通过该电源和信号传输导线与电源和信号评估装置18连接。在基体4的径向内部，测量量采集器19和信号发射器20作为转矩传感器装置的其他传感器构件设置在传动轴12处，在此它们是嵌入传动轴12中的。
主要的优点在于，利用少量时间和成本耗费，就可以在机械系统中安装例如不同的传感器装置的传感器组件的测量量采集器6和7和信号接收器8，因为它们都布置在单独的基体4中。另一优点在于，传感器单元1得益于其接口10也可以快速简单地连接至外部的电源和信号评估装置18。
在图4中示出风力发电设施22的实施方式的局部斜视图。风力发电设施22包括可被风力转动的转子23。转子23经由转子轴24与被实施为行星变速箱的根据本发明的传动装置3以传递转矩的方式连接。传动装置3又以传递转矩的方式与发电机25连接。转子轴24、传动装置3和发电机25属于容纳在风力发电设施22的机舱27中的传动系26。发电机25具有两个、三个或四个极对。
图5示意性地示出了根据本发明的传动系26的另一实施方式的结构，该结构可以被用于未详细示出的风力发电设施22或未详细示出的工业应用28。传动系26包括根据本发明的被实施为行星变速箱的传动装置3，该传动装置在入口侧与风力发电设施22的驱动机构29或转子23连接并被供给有驱动功率30。在风力发电设施22中这借助于转子轴24完成。在此，传动装置3包括前后依次布置的行星级31、32和33以及端侧轮级34。传动级31、32、33和34将输出功率35输出给发电机25或机械应用36。
图6示意性地示出了工业应用28的一个实施方式的结构，该工业应用具有驱动机构29。驱动机构29设计用于提供通过传递转矩的连接传输到根据本发明的传动装置3的驱动功率30。传动装置3又以传递转矩的方式与机械用途36连接，从而将输出功率35传输给机械应用36。
虽然通过优选实施例详细示出并描述了本发明，但本发明不由公开的示例限制，并且其他变型可以由领域内的技术人员推导出而不脱离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种传感器单元(1)，所述传感器单元包括不同的传感器装置的传感器构件以及至少一个电路板(9)，所述电路板具有用于所述传感器构件的电源和信号传输组件，所述传感器构件与所述电路板连接，其特征在于，所述传感器单元(1)具有容纳所述传感器构件以及至少一个所述电路板(9)的环形的基体(4)，其中，所述传感器单元(1)的所述基体(4)布置在传动装置壳体盖(14)与在传动轴(12)上布置的传动轴承(2)之间，其中，在所述基体(4)的径向内部，测量量采集器(19)和信号发射器(20)作为转矩传感器装置的传感器构件设置在所述传动轴(12)处。
2.根据权利要求1所述的传感器单元(1)，其特征在于，所述不同的传感器装置具有至少一个温度传感器装置和/或至少一个转矩传感器装置和/或至少一个振动传感器装置。
3.根据权利要求1或2所述的传感器单元(1)，其特征在于，在所述基体(4)上设有用于连接外部的电源和信号传输导线(17)的、能从外部触及的单独的接口(10)。
4.根据权利要求3所述的传感器单元(1)，其特征在于，至少一个温度传感器装置的测量量采集器(6)和至少一个振动传感器装置的测量量采集器(7)作为传感器构件位于所述基体(4)的第一端侧(5)处，并且用于电源和信号传输的接口(10)位于所述基体(4)的相对置的第二端侧(11)处。
5.根据前述权利要求2至4中任一项所述的传感器单元(1)，其特征在于，信号接收器(8)、尤其是环形设计的信号接收器(8)作为转矩传感器装置的传感器构件位于所述基体(4)的内环周处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(1)，其特征在于，所述电路板(9)位于所述基体(4)的内部中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(1)，其特征在于，所述基体(4)由耐油、耐温和耐压的材料制成，尤其由塑料、优选由聚酰胺制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(1)，其特征在于，所述基体(4)以增材的方式制成。
9.一种具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元(1)的传动装置(3)。
10.根据权利要求9所述的传动装置(3)，其特征在于，所述传感器单元(1)的基体(4)布置在传动装置壳体盖(14)与在传动轴(12)上布置的传动轴承(2)之间并且抵靠传动装置组件。
11.一种传动系(26)，包括与传动装置(3)以传递转矩的方式连接的转子轴(24)，所述传动装置又以传递转矩的方式与发电机(25)连接，其特征在于，所述传动装置(3)根据权利要求9或10来设计。
12.一种风力发电设施(22)，包括安装在机舱(27)上的转子(23)，其中，在所述机舱(27)中布置有传动系(26)，所述传动系与所述转子(23)以传递转矩的方式连接，其特征在于，所述传动系(26)根据权利要求11来设计。
13.一种工业应用(28)，包括驱动机构(29)，所述驱动机构以传递转矩的方式与传动装置(3)耦连，所述传动装置以传递转矩的方式与机械应用(36)连接，其特征在于，所述传动装置(3)根据权利要求9或10来设计。
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