CN202994344U - 自带转矩传感器的机电设备 - Google Patents

Abstract

自带转矩传感器的机电设备。它在机电设备上直接组合了转矩传感器套件，当设备运行时可以获得实时的转矩参数，该参数可以作为机电设备的控制系统的基础数据之一，可以使控制系统将机电设备之间的动力匹配等实时调控至最优状态。这将有利于机电设备的集成化和智能化，同时也有利于减小设备体积、降低设备的制造成本。

Description

自带转矩传感器的机电设备

技术领域

本实用新型涉及动力设备和机械传动设备与转矩测量设备组合的方法。 

背景技术

智能化是机电设备的重要发展方向。其重点是不断提高设备的测量技术、控制技术、执行技术并系统集成，从而利用设备测量所得的各项参数成为控制技术的基础，控制装置根据工作目的的要求结合测量参数发出指令由执行机构实施。因此，测量装置与机电设备的组合势在必行。 

实时的转矩参数(扭矩、转速和轴功率)是机械传动设备及其动力设备的最主要参数之一，相应的传感器与设备的组合将有利于机电设备的集成化和智能化，同时也有利于减小设备体积、降低设备的制造成本。 

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种高集成化、结构简单紧凑、成本低、应用方便，能够在机电设备运行时实时输出转矩信号的设备。 

本实用新型所述的自带转矩传感器的机电设备包括： 

一机电设备 

一弹性传动付 

一组信号传感器及其固定装置 

一信号处理电路 

其特征是： 

在机电设备上直接组合了转矩传感器套件，当设备运行时可以获得实时的转矩参数，该参数可以作为机电设备的控制系统的基础数据之一。 

机电设备可以是任何一种动力设备、传动设备或负载设备。两种或多种机电设备联接时，一般只需要一台自带转矩传感器的设备(以免浪费)；这时应以信号测试和信号处理方便为原则确定一台设备为自带转矩传感器的设备，一般以动力设备优先，负载设备次之。 

a、当信号传感器和信号处理电路安置在动力设备上即称为自带转矩传感器的动力设备 (如：自带转矩传感器的电动机，自带转矩传感器的内燃机，自带转矩传感器的汽轮机，自带转矩传感器的水轮机等)； 

b、当信号传感器和信号处理电路安置在传动设备上即称为自带转矩传感器的传动设备(如：自带转矩传感器的减速机，自带转矩传感器的变速器，自带转矩传感器的齿轮箱等)； 

c、当信号传感器和信号处理电路安置在负载设备上即称为自带转矩传感器的负载设备(如：自带转矩传感器的发电机，自带转矩传感器的螺旋桨，自带转矩传感器的水泵，自带转矩传感器的压缩机等)； 

d、当信号传感器和信号处理电路安置在一个既为动力源又为负载的设备上即称为自带转矩传感器的设备(如：自带转矩传感器的电机，自带转矩传感器的水轮泵等)。机电设备还可以是其本身原先就自带制动器、离合器等装置的机电设备。 

信号传感器及其及其固定装置是集中在同一机电设备一侧，并固定在同一机电设备上。固定支架能够调节信号测试点与信号接收器之间的距离。 

当多种相互联接的机电设备中有多台设备需要使用本实用新型，通常在两台相邻的设备的同一连接点上只需要一台设备使用本实用新型。 

根据实际需要，弹性传动付可以是共轴的弹性传动付，也可以是同轴的弹性传动付(如弹性联轴器或柔性联轴器等)，还可以是其它形式的能够便于测量实时转矩的弹性传动付。 

共轴弹性传动付可以利用本人提出的名为《共轴弹性传动付》的已申请专利中所描述的装置。 

同轴弹性传动付可以利用本人提出的申请号201220360247.0和201210257474.5的《一种非接触动态扭矩、转速暨轴功率信号传感器》的已申请专利中所描述的装置。 

推荐使用改进的弹性联轴器。为了便于信号传感器集中在同一设备侧，设备对侧的联轴半(或传动轮)的传动爪中的一对(或若干对)加长至设备侧联轴半的端面(成对的加长是为了动平衡的需要)，如附图3、和附图4所示；而《一种非接触动态扭矩、转速暨轴功率信号传感器》的已申请专利中所描述的装置，只是采用常用的联轴器。 

弹性传动付中的弹性元件，采用对温度不敏感的金属弹性材料制作。并且，通过设定金属圈的金属片的厚度和宽度或金属丝(金属条)的直径(断面尺寸)来匹配相应的负载。 

本实用新型和现有技术相比具有以下优点： 

在机电设备上直接组合了转矩传感器套件，当设备运行时可以获得实时的转矩参数，可以为机电设备的控制系统提供基础数据，可以使控制系统将机电设备之间的动力匹配等实时调控至最优状态。这将有利于机电设备的集成化和智能化，同时也有利于减小设备体积、降低设备的制造成本。 

附图说明

图1是组合了以共轴弹性传动付为基础，且采用两个信号接收器的示意图 

图2是组合了以传动轴为主动轮的弹性传动付为基础，且采用两个信号接收器的示意图 

图3是组合了以改进的联轴器为基础，且采用两个信号接收器的示意图 

图4是组合了以改进的联轴器为基础，且只采用一个信号接收器的示意图 

图5是组合了以普通联轴器为基础，且采用两个信号接收器及其电原理框图的示意图 

图6是以普通联轴器为基础，且只采用一个信号接收器及其电原理框图的示意图 

图7是用弹性金属片制作的梅花形联轴器的弹性元件的形状示意图 

图8是用弹性金属片制作的共轴弹性传动付的弹性圈组合的示意图 

图中： 

1是机电设备 

2是弹性传动付 

2-1是弹性传动付的主动轮 

2-2是弹性传动付的被动轮 

2-3是弹性传动付的弹性部件 

2-4是弹性传动付的信号测试点 

2-5是固定螺栓 

3是信号接收器 

4是信号接收器的固定支架 

e是单个信号接收器经过放大整形后输出的波形 

e1是主动轮对应的信号接收器经过放大整形后输出的波形 

e2是被动轮对应的信号接收器经过放大整形后输出的波形 

L是单个信号接收器经过放大整形后主动半输出的波峰与被动半前波中心线的距离 

L’是单个信号接收器经过放大整形后主动半的波峰与被动半后波中心线的距离 

δ是主动轮的波形与被动轮的波形前角的变量 

δ’是主动论的波形与被动轮的波形后角的变量 

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步的描述： 

附图5描述一种以梅花柔性联轴器为基础设置两个信号接收器的自带转矩传感器的机电设备。首先，制作弹性传动付的静态扭矩与主动轮和被动论之间相对位移的关系图表，将该关系表输入信号处理电路的第一个数据处理器作为基础数据。在主动轴转动并通过弹性传动付带动被动轮转动时： 

a、当被动轮空载，扭矩为零(或接近零)，两个传动轮之间的相对位移为零，两个信号接收器从信号测试点分别获得波动信号，这两个信号经过信号处理电路放大、整形和比相可以获得两个相位一致波形，此时相位差δ为零，这两个信号中的任一个经放大进入计数器与时钟信号对比获得转速数据(以下同，不重复叙述)； 

b、当被动轮有实际负载，扭矩为正数值，两个传动轮之间产生相对位移(被动轮滞后)，两个信号接收器从信号测试点分别获得波动信号，这两个信号经过信号处理电路放大、整形和比相可以获得两个相位不一致波形，此时相位差δ为正数值，该数值对比第一个数据处理器中的基础数据可以获得具体的即时扭矩数据，第二个数据处理器根据轴功率与扭矩、转速的关系推导出即时轴功率； 

c、当之前的负载输出动力带动之前的主动轴(如汽车挂挡滑行时，车辆的惯性经车轮通过传动机构带动发动机转动，以下同)，此时被动轮成为实际的主动轮，其位移超前于实际的被动轮，信号处理电路能够得出δ为负数，推导出的即时轴功率为负值。 

d、当主动轴反向旋转，被动轮滞后的位移方向与之前相反，信号处理电路可以显示出主动轴的转向。 

转速和扭矩可以组成转矩和轴功率数据。转速、转向、扭矩、轴功率均可以通过信号处理电路的显示电路和相应器件显示。必要时，相关数据还可以通过无线电、计算机网络实现远距离传输，其中通过计算机网络可以实现远程遥测遥控。第一个数据处理器和第二个数据处理器可以合并为一个，这里分成两个只是为了方便描述。 

附图6描述一种以梅花柔性联轴器为基础设置单个信号接收器的非接触动态扭矩、转速暨轴功率传感器。同样，先制作该弹性传动付的静态扭矩与主动轮和被动轮之间相对位移的关系图表，将该关系表输入信号处理电路的第一个数据处理器作为基础数据。在主动轴转动并通过弹性传动付使被动轮转动时： 

a、当被动轴空载，扭矩为零(或接近零)，两个传动轮之间的相对位移为零，这个信号接收器从信号测试点分别获得两个联轴半的波动信号，这两个信号经过信号处理电路放大、整形和比相可以获得主动半波峰与被动半前波和后波距离(L和L’)相同，此时相位差δ为零(2δ＝L’-L)； 

b、当被动轮有实际负载，扭矩为正数值，两个联轴半之间产生相对位移(被动轮滞后)，这信号接收器从信号测试点获得波动信号经过信号处理电路放大、整形和比相可以获得主动轮波峰与被动轮前波和后波距离(L和L’)不同，此时相位差δ为正数值，该数值对比第一个数据处理器中的基础数据可以获得具体的即时扭矩数据，第二个数据处理器根据轴功率与扭矩、转速的关系推导出即时轴功率； 

c、当之前的负载输出动力带动之前的主动轴(位移差为主动轮滞后)，信号处理电路能够得出δ为负数，推导出的轴功率为负值。 

这里还可以通过信号处理电路中的调相电路将输入的信号直接调制成为在空载时两个同相位的波形信号(e1和e2)，在有负载时可以直接对比出δ。 

主动轮与被动轮(或之前相应发明中称呼的主动半与被动半)在不同的应用场合其称呼可以互换。 

信号接收器可采用光感应、电磁感应等各种类型。推荐采用电磁类型，它具有结构更简单和获取信号更可靠和高效的特点。当信号接收器采用电磁信号，信号测试点可以是凸点也可以是凹点，只要微凸或微凹即可。 

Claims (8)

1.自带转矩传感器的机电设备，包含一机电设备、一弹性传动付、一组信号传感器及其固定装置、一信号处理电路，其特征在于：在机电设备上直接组合了转矩传感器套件，当设备运行时可以获得实时的转矩参数，该参数可以作为机电设备的控制系统的基础数据之一。 

2.根据权利要求1所述的机电设备，其特征是：机电设备可以是动力设备、传动设备或负载设备。 

3.根据权利要求1所述的机电设备，其特征是：还可以是其本身原先就自带制动器、离合器等装置的机电设备。 

4.根据权利要求1所述的自带转矩传感器的机电设备，其特征是：弹性传动付可以是共轴的弹性传动付，也可以是同轴的弹性传动付，还可以是其它形式的能够便于测量实时转矩的弹性传动付。 

5.根据权利要求1所述的自带转矩传感器的机电设备，其特征是：信号传感器及其固定装置是集中在同一机电设备的一侧，并固定在同一设备上。 

6.根据权利要求1所述的自带转矩传感器的机电设备，其特征是：固定支架能够调节信号测试点与信号接收器之间的距离。 

7.根据权利要求1所述的自带转矩传感器的机电设备，其特征是：弹性传动付中的弹性元件均采用金属弹性材料制作。 

8.根据权利要求1所述的自带转矩传感器的机电设备，其特征是：当采用弹性联轴器作为弹性传动付时，可采用改进的弹性联轴器。 

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