CN203747583U - 电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机，其包括一个电机本体和一个电机轴，电机本体上设有一个编码器，编码器通过一根编码器信号线与电机的驱动器连接；该电机还包括：一个固定在电机本体上的外壳；一个绕制在电机轴上的第一线圈；一个固定在外壳上的第二线圈，第一线圈和第二线圈构成一个变压器；固定在外壳上的交流励磁电路，其与第二线圈连接；固定在电机轴上的整流电路，其与第一线圈连接；固定在电机轴上的应变片式传感电路，其与整流电路连接；固定在电机轴上的调制电路，其分别与应变片式传感电路和第一线圈连接；和固定在外壳上的解调电路，其分别与所述第二线圈和编码器信号线连接。本实用新型能够减小电机体积，简化其部件，降低电机成本。

Description

电机

技术领域

本实用新型涉及一种电机，特别是一种带有扭矩检测装置的电机。 

背景技术

电机通常需要检测其扭矩来确定其转速等参数。传统的电机扭矩测量方法是通过检测电机绕组的电流，根据电流计算电机的扭矩。但是，由于电机的电流存在很大波动，因此很难精确获取电机的扭矩。为了解决上述技术问题，现有技术主要通过加设一个独立的扭矩传感器(下面称为分立式扭矩传感器)来测量电机的扭矩。具体而言，现有的分立式扭矩传感器一端通过一个联轴器与电机连接，另一端通过另一个联轴器与负载设备(例如机床或者泵等由电机带动的设备)连接。该扭矩传感器包括定子和转子，定子和转子之间需要设置轴承，以使得转子能相对于定子转动。同时，还需要一个支架来固定定子。 

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种体积小、结构简单、成本低的电机电机扭矩检测方案。 

本实用新型提供一种电机，其包括一个电机本体和一个电机轴，其中电机本体上设置有一个编码器，所述编码器通过一根编码器信号线与电机的驱动器连接；其中，该电机还包括： 

一个外壳，其固定在所述电机本体上； 

一个第一线圈，其绕制在所述电机轴上； 

一个第二线圈，其固定在所述外壳上，所述第一线圈和所述第二线圈构成一变压器； 

交流励磁电路，其固定在所述外壳上，并与所述第二线圈连接； 

整流电路，其固定在所述电机轴上，并与所述第一线圈连接； 

应变片式传感电路，其固定在所述电机轴上，并与所述整流电路连接； 

调制电路，其固定在所述电机轴上，并分别与所述应变片式传感电路和所述第一线圈连接； 

解调电路，其固定在所述外壳上，并分别与所述第二线圈和所述编码器信号线连接。 

优选地，所述应变片式传感电路包括： 

至少两片应变片，其与所述整流电路连接； 

应变测量电路，其分别与所述至少两片应变片以及所述调制电路连接。 

优选地，所述应变片是粘贴在所述电机轴上的。 

如上所述的，优选地，所述整流电路包括一个二极管和一个电容；所述二极管的一端与所述第一线圈连接，所述二极管的另一端与所述应变片连接；所述电容的一端与所述二极管的另一端连接，所述电容的另一端与所述第一线圈连接。 

在本实用新型的上述方案中，在电机本体上固定外壳，在外壳上固定第二线圈，在电机轴上绕制第一线圈，交流励磁电路通过第一线圈、第二线圈和整流电路，向应变片式传感电路和调制电路供电。在电机轴承受扭矩时，应变片式传感电路通过调制电路、第一线圈、第二线圈和解调电路传输应变片产生形变下的电压信号，从而获取电机轴旋转时的扭矩。由于第一线圈绕制在电机轴上，第二线圈固定在外壳上，且交流励磁电路和解调电路固定在外壳上，整流电路、应变片式传感电路和调制电路固定在电机轴上，因此能够有效地减小体积。并且，和现有技术中的分立式扭矩传感器相比，上述方案不需要再设置联轴器、轴承和定子支架等部件，从而简化了传感器的结构。另外，上述方案中解调电路和编码器共用信号线，将电压信号传输给电机的驱动器，以供电机的驱动器根据电压信号对电机扭矩进行监控，由于无需设置专门的信号线传输电压信号，因此有效地降低了成本。 

附图说明

下面将参照附图详细说明本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚地了解本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中： 

图1为本实用新型电机的一种结构示意图； 

图2为图1示出的电机的立体示意图； 

图3为本实用新型中电机的电路部分的一种工作原理图； 

图4为图3中示出的电路部分的一种具体结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。 

实施例一 

图1为本实用新型电机的一种结构示意图。如图1所示，本实施例的电机包括一个电机本体11和一个电机轴12。电机本体11上固定有外壳16。图1中为示出外壳16内包含的具体部件，故以阴影表示外壳16。电机本体11上还设置有一个编码器13，该编码器13通过一根编码器信号线14与该电机的一个驱动器15连接。编码器信号线14可为光纤。 

图2为图1示出的电机的立体示意图。图2主要示出了图1中电机本体11和电子轴12的具体部件及其结构。外壳16固定在电机本体11上。例如外壳16借助螺钉或者焊接方式固定在电机本体11上。第一线圈17绕制在电机轴11上。第二线圈18固定在外壳16上。第一线圈17和第二线圈18构成一变压器。图2中还示出了电机安装在电机轴上的电路部分A。电路部分A包括：整流电路20、应变片传感电路21和调制电路22(三个电路均在图3中具体示出)。还需要说明的是，在本实施例中，第二线圈18可以用强力胶粘在外壳16上，也可以借助一个中间部件固定在外壳16上，例如可以通过一个固定在外壳16上的筒，使第二线圈18绕制在筒上即可。 

图3为本实用新型中电机的电路部分的一种工作原理图。如图3所示，一交流励磁电路19固定在外壳16上，与第二线圈18连接。交流励磁电路19的作用是产生高频电压，为第二线圈18提供电能。第一线圈17和第二线圈18形成一个变压器。整流电路20固定在电机轴12上，与第一线圈17连接。应变片传感电路21固定在该电机轴12上，与整流电路20连接；调制电路22固定在该电机轴12上，分别与应变片式传感电路21和第一线圈17连接；解调电路23固定在外壳16上，分别与第二线圈18和编码器信号线14连接。 

在本实施例中，交流励磁电路19提供高频电压给变压器。整流电路20将交流电压转换为直流电压后，对应变片传感电路21和调制电路22供电。应变片传感电路21主要 包括应变片，当电机轴承受扭矩时，应变片随着电机轴的应变一起发生形变，使应变片的电阻值发生变化，从而应变片的电压也会发生变化。因此，通过采集应变片的电压信号能够获取电机轴的扭矩。将应变片的电压信号传输给调制电路22，调制电路22生成高频电压信号，并通过变压器将高频电压信号传输给解调电路23，以供解调电路23对该高频电压信号进行解调，获取电压信号，进而可以根据电压信号获取电机轴的扭矩。同时，解调电路23还借助电缆等与编码器13的编码器信号线14连接，从而能够通过编码器信号线14将电压信号发送给与编码器信号线14连接的电机的驱动器15上，以供电机驱动器15根据电压信号对电机扭矩进行调节。 

需要说明的是，在本实用新型中，仅仅使用一对线圈17和18构成的变压器就能起到供电和传递电压信号的双重作用。结构简单紧凑，成本低廉。从电源角度讲，即交流励磁电路19将高频电压通过第一线圈17和第二线圈18构成的变压器传输给整流电路20，整流电路20将高频电压转换为直流电压后，直流电压对应变片传感电路21和调制电路22供电。此时，变压器中的第二线圈18为原边，第一线圈17为副边。从信号角度讲，电机轴承受扭矩时，应变片传感电路21中的应变片产生形变，并采集该形变下的电压信号，再将电压信号传输给调制电路22，调制电路22生成高频电压信号，通过变压器将该高频电压信号传输给解调电路23，以使解调电路23对高频电压信号进行解调获取电压信号。此时，变压器的第一线圈17为原边，第二线圈18为副边。 

在本实施例中，在电机本体11上固定外壳16，在该外壳上固定第二线圈18，在电机轴12上绕制第一线圈17，第一线圈17和第二线圈18构成一变压器，交流励磁电路19通过变压器和整流电路20，向应变片式传感电路21和调制电路22供电。同时，在电机轴承受扭矩时，应变片式传感电路将其应变片产生形变下的电压信号通过调制电路、第一线圈1、第二线圈18和解调电路23进行传输，从而获取电机轴旋转时的扭矩。和现有的分立式扭矩传感器相比，由于本实用新型的第一线圈17直接绕制在电机轴12上，第二线圈18直接固定在外壳16上，且交流励磁电路19和解调电路23固定在外壳16上，整流电路20、应变片式传感电路21和调制电路22固定在电机轴12上，不需要再设置联轴器、轴承和定子支架等部件，因此能够有效地节省空间。并且，简化了电机的结构，进而降低了扭矩传感器成本。同时，本实用新型使扭矩检测电路和编码器共用一个信号线，将电压信号传输给电机的驱动器15，以供电机的驱动器15根据电压信号对电机扭矩进行监控，无需要另配信号线传输应变片的电压信号，因此能够有效地降低成本。 

实施例二 

图4为图3中示出的电路部分的一种具体结构示意图。在上述实施例一的基础上，该应变片式传感电路21具体包括至少两个应变片211和应变测量电路212；其中，至少两个应变片211与整流电路20连接；应变测量电路212分别与至少两片应变片211以及调制电路22连接。 

在本实施例中，以四片应变片211为例详细介绍本实施例的技术方案：在电机轴12承受扭矩时，四片应变片211由于承受应力产生形变，其电阻值发生相应的变化。通过应变测量电路212根据该形变获取对应的电压信号，并将该应变片211的电压信号传输给调制电路22，调制电路22生成高频电压信号，并通过变压器将高频电压信号传输给解调电路23，以供解调电路23对该高频电压信号进行解调，获取电压信号，从而可以根据该电压信号，获取电机轴的扭矩。同时，解调电路23还可以通过编码器13的编码器信号线14将该电压信号发送给与编码器信号线14连接的电机驱动器15，以供电机驱动器15根据电压信号对电机扭矩进行监控。 

另外，需要说明的是，在本实施例中还可以采用两片应变片。4片应变片的检测精度高于2片应变片的检测精度。可以根据实际需要确定适当的应变片数量。并且，除了图4中示出的形式，应变片211还可以以多种形式配置，例如双竖八字形式，全桥形式或者半桥形式。 

可选地，应变片211是粘贴在电机轴12上的，粘贴方式能够实现在电机轴12承受扭矩时，使应变片211随着电机轴12应力的变化而产生形变。在本实施例中，优选采用强力胶粘贴，该方式能够确保应变片与电机轴的形变量一样。 

参见图4，可选地，整流电路20包括二极管和电容；该二极管的一端与该第一线圈17连接，该二极管的另一端与应变片211连接；该电容的一端与该二极管的另一端连接，该电容的另一端与该第一线圈17连接。 

在本实施例中，通过二极管和电容构成的整流电路不仅使得电路结构简单，还能有有效地实现将交流电流转换为直流电流，以向应变片式传感电路21和调制电路22供电。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种电机，其包括一个电机本体(11)和一个电机轴(12)，其中电机本体(11)上设置有一个编码器(13)，所述编码器(13)通过一根编码器信号线(14)与电机的驱动器(15)连接；其特征在于，该电机还包括： 

一个外壳(16)，其固定在所述电机本体(11)上； 

一个第一线圈(17)，其绕制在所述电机轴(12)上； 

一个第二线圈(18)，其固定在所述外壳(16)上，所述第一线圈(17)和第二线圈(18)构成一变压器； 

一交流励磁电路(19)，其固定在所述外壳(16)上，并与所述第二线圈(18)连接； 

一整流电路(20)，其固定在所述电机轴(12)上，并与所述第一线圈(17)连接； 

一应变片式传感电路(21)，其固定在所述电机轴(12)上，并与所述整流电路(20)连接； 

一调制电路(22)，其固定在所述电机轴(12)上，并分别与所述应变片式传感电路(21)和所述第一线圈(17)连接； 

一解调电路(23)，其固定在所述外壳(16)上，并分别与所述第二线圈(18)和所述编码器信号线(14)连接。 

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述应变片式传感电路(21)包括： 

至少两片应变片(211)，其与所述整流电路(20)连接； 

应变测量电路(212)，其分别与所述至少两片应变片以及所述调制电路(22)连接。 

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述应变片(211)是粘贴在所述电机轴上的。 

4.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述整流电路(20)包括一个二极管和一个电容；所述二极管的一端与所述第一线圈(17)连接，所述二极管的另一端与所述应变片(211)连接；所述电容的一端与所述二极管的另一端连接，所述电容的另一端与所述第一线圈(17)连接。