CN118232631A - 一种电机扭矩非接触式测量的传动结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机扭矩非接触式测量的传动结构，涉及电机扭矩测量技术领域，包括电机外壳，所述电机外壳的内部安装有电机定子，所述电机外壳的内部设置有电机转子，所述电机转子的内部固定套接有电机轴，所述电机轴的内部刚性连接有内轴，所述内轴的一端刚性连接有输出轴，所述输出轴的外表面靠近边缘处安装有输出转子，所述电机外壳的内部设置有PCBA，本发明通过将转子感应线圈和输出转子感应线圈组成的角度传感器单元设计成与电机相同的极对数，这样可以得到电机转子的位置信息；同时通过转子感应线圈和输出转子感应线圈与激励线圈和输入转子感应线圈之间设计成的1倍角度量程，可以相减得到扭矩。

Description

一种电机扭矩非接触式测量的传动结构

技术领域

本发明涉及电机扭矩测量技术领域，具体为一种电机扭矩非接触式测量的传动结构。

背景技术

电机是将电能转换为机械能的装置，主要由定子、转子、轴、轴承、端盖、绕组、电刷和换向器组成，其中电机扭矩是指电机产生的转动力矩，即电机轴上输出的力矩。

目前，电机的角度测量有光电式，磁编式，旋变式。但光电式环境适应性不好，磁编式温度敏感的特点，旋变式成本工艺性不好。

扭力测量有：1、在中轴上安装，利用转矩产生轴向位移，需要用霍尔测力矩；2、在一个单独的外置轴上，利用输入轴与输出轴的变化，来测量电感的变化从而得到扭矩信号，但这要没有电机转子绝对角度；3、用轴上应变片，通过应变片的变形来测力矩信号，但这种结构工艺复杂，精度低。

同时电机的旋转变压器角度测量：机械部件，成本高，轴向尺寸大。

电机上的磁编码器角度测量：磁编码器对温度敏感，同时，由于永磁体的干扰问题，将两个以上的磁编传感器紧凑地设计在一起效果不好。

电机的光编码器角度测量：对环境光及灰尘污染要求高。

电机上应变片式扭矩测量：工艺要求高，且很难两个传感器紧凑设计在一起。

因此，我们提出一种电机扭矩非接触式测量的传动结构，以便于解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机扭矩非接触式测量的传动结构，以解决背景技术提出的现有的电机扭矩测量结构使用效果不好，从而导致电机扭矩测量结构使用效率降低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电机扭矩非接触式测量的传动结构，包括电机外壳，所述电机外壳的内部安装有电机定子，所述电机外壳的内部设置有电机转子，所述电机转子的内部固定套接有电机轴，所述电机轴的内部刚性连接有内轴，所述内轴的一端刚性连接有输出轴，所述输出轴的外表面靠近边缘处安装有输出转子，所述电机轴的外表面靠近边缘处安装有输入转子，所述电机外壳的内部设置有PCBA，所述电机轴的外表面安装有电机轴承I，所述电机轴的外表面靠近边缘处安装有电机轴承II，所述输出轴的外表面安装有套筒轴承。

优选的，所述电机轴承II的外壁、电机轴承I的外壁和套筒轴承的外壁均与电机外壳的内壁相嵌套，所述PCBA处于输出转子和输入转子之间。

优选的，所述电机转子处于电机定子的内部，所述电机轴承I、电机轴承II和套筒轴承的圆心处于同一水平线上，所述电机轴的一端与输出轴的内壁相接触。

优选的，所述PCBA的正表面安装有输出转子感应线圈，所述PCBA的后表面安装有激励线圈，所述PCBA的后表面安装有输入转子感应线圈。

优选的，所述激励线圈、输入转子感应线圈和输出转子感应线圈组成两个电感应式角度传感器。

优选的，所述激励线圈和输入转子感应线圈与输入转子感应线圈和输出转子感应线圈的激励频率相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将转子感应线圈和输出转子感应线圈组成的角度传感器单元设计成与电机相同的极对数，这样可以得到电机转子的位置信息；同时通过转子感应线圈和输出转子感应线圈与激励线圈和输入转子感应线圈之间设计成的1倍角度量程，可以相减得到扭矩。

2、本发明同时激励线圈、输入转子感应线圈和输出转子感应线圈组成的两个电感应式角度传感器均利用了频率的差别及极对数的差别避开了干扰问题，完成电机转子角度位置的精准测量，同时通过在电机轴内部设置内轴，可以将传感部分(角度传感与扭矩传感)设计在一个PCBA上，即保证了闭环制电机结构设计得更加紧凑。

附图说明

图1为本发明一种电机扭矩非接触式测量的传动结构的电机的剖视立体图；

图2为本发明一种电机扭矩非接触式测量的部分爆炸图。

图中：1、内轴；2、电机轴；3、输出轴；4、输出转子；5、PCBA；51、激励线圈；52、输入转子感应线圈；53、输出转子感应线圈；6、输入转子；7、电机轴承I；8、电机轴承II；9、电机外壳；10、套筒轴承；11、电机转子；12、电机定子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2所示，本发明提供一种技术方案：一种电机扭矩非接触式测量的传动结构，包括电机外壳9，电机外壳9的内部安装有电机定子12，电机外壳9的内部设置有电机转子11，电机转子11的内部固定套接有电机轴2，电机轴2的内部刚性连接有内轴1，内轴1的一端刚性连接有输出轴3，电机轴2的一端与输出轴3的内壁相接触，输出轴3的外表面靠近边缘处安装有输出转子4，电机轴2的外表面靠近边缘处安装有输入转子6，电机外壳9的内部设置有PCBA5，电机轴2的外表面安装有电机轴承I7，电机轴2的外表面靠近边缘处安装有电机轴承II8，输出轴3的外表面安装有套筒轴承10。

根据图1所示，电机轴承II8的外壁、电机轴承I7的外壁和套筒轴承10的外壁均与电机外壳9的内壁相嵌套，PCBA5处于输出转子4和输入转子6之间，方便在电机外壳9的作用下，可以对电机外壳9内部的部件进行保护，即提高了电机的使用寿命。

根据图1所示，电机转子11处于电机定子12的内部，电机轴承I7、电机轴承II8和套筒轴承10的圆心处于同一水平线上，方便在电机轴承I7、电机轴承II8和套筒轴承10的配合下，可以保证电机轴2、内轴1和输出轴3能同步正常进行转动操作。

根据图1和图2所示，PCBA5的正表面安装有输出转子感应线圈53，PCBA5的后表面安装有激励线圈51，PCBA5的后表面安装有输入转子感应线圈52，可以在激励线圈51和输入转子感应线圈52的配合下，测量出输入转子6的角度位置。

根据图2所示，激励线圈51、输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53组成两个电感应式角度传感器，方便在输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53的配合下，可以测量出输出转子4的角度位置。

根据图2所示，激励线圈51和输入转子感应线圈52与输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53的激励频率相同，方便在激励线圈51、输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53的配合下，可以得到所需扭矩数值。

其整个机构达到的效果为：当电机空载转动时，输出转子4和输入转子6会发生相对静止，当电机有扭矩输出时，此时输出转子4和输入转子6会有一个相对的转动，此时PCBA5上的电感应单元(输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53与激励线圈51和输入转子感应线圈52)就可以分别感应并知道输出4和输入转子6的位置，这时就可以得到电机的极对数下的角度位置，随后再通过输出转子4和输入转子6两个角度的差和内轴1的刚性，即可得到电机的输出扭矩。

其中，激励线圈51和输入转子感应线圈52与输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53的激励频率均远高于电机的极对数下的电转速(百倍以上)，输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53组成的角度传感器单元中，360度范围内，被设计成与电机相同的极对数，激励线圈51和输入转子感应线圈52设计的极对数与输入转子感应线圈52和输出转子感应线圈53设计的极对数不同(固定的一倍关系)，

电机极对数：是指电机转子11上的磁极数，如果电机的极对数是6，那么对应的极数的角度就是＝360/6＝60度，本案中如果电机的极对数6(单极是60度)，特指角度传感器也设计成360度范围内6个(即每个是60度)。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (6)

1.一种电机扭矩非接触式测量的传动结构，其特征在于：包括电机外壳(9)，所述电机外壳(9)的内部安装有电机定子(12)，所述电机外壳(9)的内部设置有电机转子(11)，所述电机转子(11)的内部固定套接有电机轴(2)，所述电机轴(2)的内部刚性连接有内轴(1)，所述内轴(1)的一端刚性连接有输出轴(3)，所述输出轴(3)的外表面靠近边缘处安装有输出转子(4)，所述电机轴(2)的外表面靠近边缘处安装有输入转子(6)，所述电机外壳(9)的内部设置有PCBA(5)，所述电机轴(2)的外表面安装有电机轴承I(7)，所述电机轴(2)的外表面靠近边缘处安装有电机轴承II(8)，所述输出轴(3)的外表面安装有套筒轴承(10)。

2.根据权利要求1所述的电机扭矩非接触式测量的传动结构，其特征在于：所述电机轴承II(8)的外壁、电机轴承I(7)的外壁和套筒轴承(10)的外壁均与电机外壳(9)的内壁相嵌套，所述PCBA(5)处于输出转子(4)和输入转子(6)之间。

3.根据权利要求1所述的电机扭矩非接触式测量的传动结构，其特征在于：所述电机转子(11)处于电机定子(12)的内部，所述电机轴承I(7)、电机轴承II(8)和套筒轴承(10)的圆心处于同一水平线上，所述电机轴(2)的一端与输出轴(3)的内壁相接触。

4.根据权利要求1所述的电机扭矩非接触式测量的传动结构，其特征在于：所述PCBA(5)的正表面安装有输出转子感应线圈(53)，所述PCBA(5)的后表面安装有激励线圈(51)，所述PCBA(5)的后表面安装有输入转子感应线圈(52)。

5.根据权利要求4所述的电机扭矩非接触式测量的传动结构，其特征在于：所述激励线圈(51)、输入转子感应线圈(52)和输出转子感应线圈(53)组成两个电感应式角度传感器。

6.根据权利要求4所述的电机扭矩非接触式测量的传动结构，其特征在于：所述激励线圈(51)和输入转子感应线圈(52)与输入转子感应线圈(52)和输出转子感应线圈(53)的激励频率相同。