CN207335861U - 一种扭振检测传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扭振检测传感器。永磁式旋转加速度传感器必须与待测转轴同轴同心安装。本实用新型包括桥臂和检测单元。所述的检测单元包括输出绕组、滚轮、永磁磁钢和定子铁芯。定子铁芯内侧面的两端均支承有两个滚轮。定子铁芯内嵌有永磁磁钢。定子铁芯上缠绕有输出绕组。检测单元共有n个。n个检测单元依次排列。任意两个相邻的检测单元内定子铁芯均通过桥臂连接。桥臂与定子铁芯的连接方式为铰接。相邻两个检测单元内永磁磁钢相对端的极性相同。n个检测单元内输出绕组的绕向一致，且串联设置。本实用新型通过在直径过小的转轴上固定扩径圆盘的方式，能够检测直径小于传感器检测下限的转轴的旋转加速度。

Description

一种扭振检测传感器

技术领域

本实用新型属于扭振检测技术领域，具体涉及一种扭振检测传感器。

背景技术

扭振是旋转机械系统中存在的最常见的物理量之一，当原动机与负载之间存在转矩差则旋转机械系统就会产生扭振，这一扭振使旋转系统转轴产生旋转加速度的变化，并通过转轴传递给负载使旋转驱动系统产生振动与噪声，因此，很有必要对旋转机械系统的扭振信息进行有效测量分析，提出相应的抑制措施。目前公知的扭振测量传感器包括圆形光栅传感器和激光光栅传感器，这两种传感器所测到的信号是离散的，精度不高，安装也不方便。永磁式旋转加速度传感器测得的旋转加速度信号是连续的变化量，但永磁式旋转加速度传感器必须与转轴同轴同心直接连接，或者对于不同转轴直径制造与其相对应的便携式传感器。因此，对于已经定型并正在使用的且不能直接同轴同心安装永磁式旋转加速度传感器的场合，特别是只露出轴中间部位的场合，就无法用上述传感器对转轴的旋转加速度进行测量，也就无法观察系统产生扭振的情况。

发明内容

本实用新型的目的在于针对已经投入运行且被测转轴只露出局部的旋转机械系统内转轴扭振信息测量的实际需求，提供一种扭振检测传感器。

本实用新型包括桥臂和检测单元。所述的检测单元包括输出绕组、滚轮、永磁磁钢和定子铁芯。所述定子铁芯内侧面的两端均支承有两个滚轮。支承在定子铁芯内侧面同一端的两个滚轮轴线重合。定子铁芯的正中位置开设有磁钢槽。磁钢槽内嵌有永磁磁钢。定子铁芯上缠绕有输出绕组。

所述的检测单元共有n个，n≥2。n个检测单元依次排列。任意两个相邻的检测单元内定子铁芯均通过桥臂连接。桥臂与定子铁芯的连接方式为铰接。相邻两个检测单元内永磁磁钢相对端的极性相同。n个检测单元内输出绕组的绕向一致，且串联设置。

进一步地，本实用新型还包括扩径盘。所述的扩径盘分为柱形扩径盘和杯形扩径盘。

进一步地，所述的柱形扩径盘呈阶梯轴状。柱形扩径盘端面上开设有孔径为D₂的中心通孔，D₂等于待测转轴露出部分的直径。柱形扩径盘上直径较大的轴段直径为D₃，长度为b×a，b≥1.1，D₃≥D₁，a为检测单元沿定子铁芯中心轴线方向的宽度，D₁为任意两个相邻的定子铁芯均互相接触状态下，所对应的转轴轴径。柱形扩径盘上直径较小轴段的长度为c×a，c≥0.5。柱形扩径盘由两个第一拼接块拼接而成。两个第一拼接块通过设置在柱形扩径盘直径较小轴段上的螺栓固定。

进一步地，所述的杯形扩径盘呈阶梯轴状。杯形扩径盘上直径较大的轴段外径为D₄，长度为b×a，b≥1.1，D₄＞D₅，a为检测单元沿定子铁芯中心轴线方向的宽度，D₅为待测转轴露出部分两侧的障碍物中回转直径较小的那个障碍物的回转直径。柱形扩径盘上直径较小轴段的长度为c×a，c≥0.5。杯形扩径盘端面中心位置上开设有阶梯通孔。阶梯通孔内孔径较大的孔段位于杯形扩径盘轴径较大轴段内且孔径为D₆，D₆＞D₅。阶梯通孔内孔径较小孔段的孔径等于待测转轴露出部分的直径D₂。杯形扩径盘由两个第二拼接块拼接而成。两个第二拼接块通过设置在杯形扩径盘直径较小轴段上的螺栓固定。

进一步地，所述的第一拼接块一端设有三角形凸起，另一端设有三角形凹陷。第一拼接块上的三角形凹陷与三角形凸起的位置对应。

进一步地，所述的第二拼接块一端设有三角形凸起，另一端设有三角形凹陷。第二拼接块上的三角形凹陷与三角形凸起的位置对应。

进一步地，所述定子铁芯的横截面呈扇环形。所述四个滚轮的轴线与定子铁芯的中心轴线平行且距离相等。

进一步地，所述定子铁芯的两端端面上均开设有方槽。输出绕组缠绕在两个方槽上。

进一步地，所述定子铁芯由工字形的硅钢片冲片叠加而成。定子铁芯的外表面经过绝缘处理。

进一步地，所述的输出绕组由漆包线绕制而成。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型针对已经定型并正在使用且不能同轴同心安装永磁式旋转加速度传感器的转轴，利用转轴露出的局部检测出转轴的旋转加速度大小，从而判断转轴的扭振情况。

2、本实用新型能够检测不同轴径的转轴的扭振情况。

3、本实用新型通过在直径过小的转轴上固定扩径盘的方式，能够检测直径小于传感器检测下限的转轴的旋转加速度。

4、本实用新型通过在直径过小且露出部分过少的转轴上固定杯式扩径圆盘的方式，能够检测直径小于传感器检测下限，露出部分小于传感器宽度的转轴的旋转加速度。

附图说明

图1为本实用新型安装在转轴上的示意图；

图2为本实用新型的俯视示意图；

图3为本实用新型使用柱形扩径盘安装在转轴上的示意图；

图4为本实用新型使用杯形扩径盘安装在转轴上的示意图；

图5为本实用新型中柱形扩径盘的端面示意图；

图6为本实用新型中杯形扩径盘的端面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1、2、3和4所示，一种扭振检测传感器，包括扩径盘、桥臂5和检测单元。检测单元包括输出绕组1、滚轮2、永磁磁钢3和定子铁芯4。定子铁芯4的横截面呈扇环形状。定子铁芯4内弧面的两端均支承有两个滚轮。支承在定子铁芯4内弧面同一端的两个滚轮轴线重合。四个滚轮的轴线与定子铁芯4内弧面的中心轴线平行且距离相等。定子铁芯4的正中位置开设有磁钢槽。磁钢槽内嵌有永磁磁钢3。永磁磁钢的磁极朝向沿定子铁芯4内弧面中心轴线的周向设置。定子铁芯4的两端面上均开设有方槽。输出绕组缠绕在两个方槽上。定子铁芯由工字形状的硅钢片冲片叠加而成。定子铁芯的外表面经过绝缘处理。

检测单元共有三个。三个检测单元依次排列。任意两个相邻的检测单元内定子铁芯4均通过桥臂5连接。桥臂5与定子铁芯4的连接方式为铰接。相邻两个检测单元内永磁磁钢3相对端的极性相同。三个检测单元内输出绕组的绕向一致，且串联设置构成一个串联回路，以使串联回路输出端的感应电势值为各输出绕组中的感应电势叠加输出，即把各检测单元的绕组按相邻检测单元内输出绕组感应电势“+”“-”端相连。两个位于最外端的输出绕组上未与相邻输出绕组连接的那个接线端分别为两个电压输出端。

如图3、4、5和6所示，扩径盘分为柱形扩径盘6和杯形扩径盘8。如果待测转轴的材质为金属，D₂≥D₁，且s>a，则不使用扩径盘，D₁为传感器能够检测最小直径转轴的直径，即所有滚轮均与直径为D₁的转轴接触的情况下，任意两个相邻的定子铁芯均互相接触。D₂为待测转轴露出部分的直径，s为待测转轴9露出部分的长度，a为检测单元沿定子铁芯中心轴线方向的宽度。如果待测转轴的材质为非金属或D₂<D₁，则选择使用柱形扩径盘或杯形扩径盘。若s≥2a，则使用柱形扩径盘。若0.9a≤s≤2a，则使用杯形扩径盘。

如图2和4所示，柱形扩径盘6呈阶梯轴状。柱形扩径盘6端面上开设有孔径为D₂的中心通孔，D₂等于待测转轴露出部分的直径。柱形扩径盘上直径较大的轴段直径为D₃，长度为1.3a，D₃≥D₁。柱形扩径盘上直径较小轴段的长度为0.7a。柱形扩径盘6由两个完全相同的第一拼接块11拼接而成。第一拼接块11一端设有三角形凸起12，另一端设有三角形凹陷。三角形凹陷与三角形凸起12的位置对应。第二拼接块13上的三角形凹陷与三角形凸起12用于两个第二拼接块13的快速定位。两个第一拼接块11通过设置在柱形扩径盘6直径较小轴段上的螺栓10固定。

如3和5所示，杯形扩径盘8呈阶梯轴状。杯形扩径盘8上直径较大的轴段外径为D₄，长度为1.3a，D₄＞D₅，其中，D₅为待测转轴露出部分两侧的障碍物7中回转直径较小的那个障碍物7的回转直径。柱形扩径盘上直径较小轴段的长度为0.7a。杯形扩径盘端面中心位置上开设有阶梯通孔。阶梯通孔内孔径较大的孔段位于杯形扩径盘轴径较大轴段内且孔径为D₆，D₆＞D₅。阶梯通孔内孔径较小孔段的孔径等于待测转轴露出部分的直径D₂。杯形扩径盘8由两个完全相同的第二拼接块13拼接而成。第二拼接块13一端设有三角形凸起12，另一端设有三角形凹陷。三角形凹陷与三角形凸起12的位置对应。第二拼接块13上的三角形凹陷与三角形凸起12用于两个第二拼接块13的快速定位。两个第一拼接块11通过设置在杯形扩径盘8直径较小轴段上的螺栓10固定。

本实用新型的工作原理如下：

步骤一、测量待测转轴9露出部分的直径D₂及宽度s。如果待测转轴的材质为金属，D₂≥D₁，且s>a，则将三个检测单元内定子铁芯的内弧面朝向并靠近待测转轴9。永磁磁钢与待测转轴9产生吸力，三个检测单元均被吸附在待测转轴9上，三个检测单元上的滚轮均与待测转轴9外圆周接触。三个定子铁芯的内圆弧均与待测转轴9具有气隙。在待测转轴9转动的情况下，滚轮在待测转轴9上滚动，三个检测单元在空间上均保持静止，故待测转轴9与三个检测单元产生相对运动。由于检测单元与桥臂5能够相对转动，故三个检测单元对于不同轴径的待测转轴9均能够实现良好吸附。

如果D₂<D₁或待测转轴的材质为非金属，则选择制造柱形扩径盘或杯形扩径盘。若s≥2a，则制造金属材料制成的柱形扩径盘6。如图3和5所示，柱形扩径盘6呈阶梯轴状。柱形扩径盘6端面上开设有孔径为D₂的中心通孔。柱形扩径盘上直径较大轴段的直径为D₃，长度为1.3a，D₃≥D₁。柱形扩径盘上直径较小的轴段的长度为0.7a。柱形扩径盘6由两个完全相同的第一拼接块11拼接而成。第一拼接块11一端设有三角形凸起12，另一端设有三角形凹陷。第一拼接块11上的三角形凹陷与三角形凸起12的位置对应。第一拼接块11上的三角形凹陷与三角形凸起12用于两个第一拼接块的快速定位。两个第一拼接块11通过设置在柱形扩径盘6直径较小轴段上的螺栓10固定。得到柱形扩径盘6后，将两个柱形扩径盘6内的第一拼接块11拆开后套上待测转轴9并固定。将三个检测单元内定子铁芯的内弧面朝向并靠近柱形扩径盘6上直径较大的轴段。永磁磁钢与柱形扩径盘6上直径较大的轴段产生吸力，三个检测单元被吸附在柱形扩径盘6直径较大的轴段上，三个检测单元上的滚轮均与柱形扩径盘6上直径较大的轴段外圆周接触。

若0.9a≤s≤2a，则制造金属材料制成的杯形扩径盘8。如图4和6所示，杯形扩径盘8呈阶梯轴状。杯形扩径盘上直径较大的轴段外径为D₄，长度为1.3a，D₄＞D₅，其中，D₅为待测转轴露出部分两侧的障碍物中回转直径较小的那个障碍物的回转直径。杯形扩径盘上直径较小轴段的长度为0.7a。杯形扩径盘端面中心位置上开设有阶梯通孔。阶梯通孔内孔径较小孔段的孔径等于D₂。阶梯通孔内孔径较大的孔段位于杯形扩径盘轴径较大轴段内，且孔径为D₆，深度为e，e＞2a-s，D₆＞D₅。进而确保各检测单元在转轴转动中不与障碍物发生碰撞。杯形扩径盘8由两个完全相同的第二拼接块13拼接而成。第二拼接块13一端设有三角形凸起12，另一端设有三角形凹陷。第二拼接块13上的三角形凹陷与三角形凸起12的位置对应。第二拼接块13上的三角形凹陷与三角形凸起12用于两个第二拼接块的快速定位。两个第二拼接块13通过设置在杯形扩径盘8直径较小轴段上的螺栓10固定。得到杯形扩径盘8后，将两个杯形扩径盘8内的第二拼接块13拆开后套上待测转轴9固定，并使得杯形扩径盘8内阶梯通孔孔径较大孔段套住待测转轴9露出部分两侧的障碍物7中回转直径较小的那个障碍物7。将三个检测单元内定子铁芯的内弧面朝向并靠近杯形扩径盘8上直径较大的轴段。永磁磁钢与杯形扩径盘8上直径较大的轴段产生吸力，三个检测单元被吸附在杯形扩径盘8直径较大的轴段上，三个检测单元上的滚轮均与杯形扩径盘8上直径较大的轴段外圆周接触。三个定子铁芯的内圆弧均与杯形扩径盘8上直径较大的轴段具有气隙，在待测转轴9转动的情况下，滚轮在杯形扩径盘8直径较大的轴段上滚动，三个检测单元保持静止，故杯形扩径盘8上直径较大的轴段与三个检测单元产生相对运动。由于检测单元与桥臂5能够相对转动，故三个检测单元对于不同外径的杯形扩径盘8上直径较大的轴段均能够实现良好吸附。

步骤二、以与滚轮接触的待测转轴、柱形扩径盘或杯形扩径盘作为转子，转子表面的金属层作为转子导体。永磁磁钢N极—定子铁芯—转子与定子铁芯间气隙—转子—转子与定子铁芯间气隙—定子铁芯—永磁磁钢S极—永磁磁钢构成闭合磁路，其产生的磁通为Φ₁。待测转轴转动，转子导体切割永磁磁钢产生的气隙磁场，产生感应电动势和感应电流。转子导体在感应电流的作用下产生磁通为Φ₂的磁场，该磁通Φ₂经过转子—转子与定子铁芯间气隙—定子铁芯—桥臂—定子铁芯—转子与定子铁芯间气隙—转子构成闭合磁路，磁通Φ₂与输出绕组相交链。

若转子旋转速度稳定，则转子导体上产生的感应电动势恒定，产生的电流恒定，产生的磁场恒定，输出绕组中不产生感应电动势。若转子转速不稳定，则转子导体切割磁通为Φ₁的磁场时，切割速度存在变化分量，从而使转子导体上产生的感应电动势存在变化分量，产生的感应电流存在变化分量，因而磁通Φ₂也存在变化分量，磁通Φ₂的变化分量与各个输出绕组相交链，在各个输出绕组中产生感应电动势。由于各输出绕组串联，故输出绕组中的感应电动势叠加后从两个电压输出端输出。待测转轴的旋转加速度越大，则两个电压输出端输出的电压值越大，即扭振越严重。可见，电压输出端输出的电动势的变化情况反映了待测转轴旋转加速度的变化情况。由于旋转加速度与原动机、负载之间的扭矩差成正比。扭振由原动机、负载之间的扭矩差产生。因此，待测转轴旋转加速度能够直接反映出扭振情况。

Claims (10)

1.一种扭振检测传感器，包括桥臂和检测单元；其特征在于：所述的检测单元包括输出绕组、滚轮、永磁磁钢和定子铁芯；所述定子铁芯内侧面的两端均支承有两个滚轮；支承在定子铁芯内侧面同一端的两个滚轮轴线重合；定子铁芯的正中位置开设有磁钢槽；磁钢槽内嵌有永磁磁钢；定子铁芯上缠绕有输出绕组；

所述的检测单元共有n个，n≥2；n个检测单元依次排列；任意两个相邻的检测单元内定子铁芯均通过桥臂连接；桥臂与定子铁芯的连接方式为铰接；相邻两个检测单元内永磁磁钢相对端的极性相同；n个检测单元内输出绕组的绕向一致，且串联设置。

2.根据权利要求1所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：还包括扩径盘；所述的扩径盘分为柱形扩径盘和杯形扩径盘。

3.根据权利要求2所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述的柱形扩径盘呈阶梯轴状；柱形扩径盘端面上开设有孔径为D₂的中心通孔，D₂等于待测转轴露出部分的直径；柱形扩径盘上直径较大的轴段直径为D₃，长度为b×a，b≥1.1，D₃≥D₁；a为检测单元沿定子铁芯中心轴线方向的宽度，D₁为任意两个相邻的定子铁芯均互相接触状态下，所对应的转轴轴径；柱形扩径盘上直径较小轴段的长度为c×a，c≥0.5；柱形扩径盘由两个第一拼接块拼接而成；两个第一拼接块通过设置在柱形扩径盘直径较小轴段上的螺栓固定。

4.根据权利要求2所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述的杯形扩径盘呈阶梯轴状；杯形扩径盘上直径较大的轴段外径为D₄，长度为b×a，b≥1.1，D₄＞D₅，a为检测单元沿定子铁芯中心轴线方向的宽度，D₅为待测转轴露出部分两侧的障碍物中回转直径较小的那个障碍物的回转直径；柱形扩径盘上直径较小轴段的长度为c×a，c≥0.5；杯形扩径盘端面中心位置上开设有阶梯通孔；阶梯通孔内孔径较大的孔段位于杯形扩径盘轴径较大轴段内且孔径为D₆，D₆＞D₅；阶梯通孔内孔径较小孔段的孔径等于待测转轴露出部分的直径D₂；杯形扩径盘由两个第二拼接块拼接而成；两个第二拼接块通过设置在杯形扩径盘直径较小轴段上的螺栓固定。

5.根据权利要求3所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述的第一拼接块一端设有三角形凸起，另一端设有三角形凹陷；第一拼接块上的三角形凹陷与三角形凸起的位置对应。

6.根据权利要求4所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述的第二拼接块一端设有三角形凸起，另一端设有三角形凹陷；第二拼接块上的三角形凹陷与三角形凸起的位置对应。

7.根据权利要求1所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述定子铁芯的横截面呈扇环形；所述四个滚轮的轴线与定子铁芯的中心轴线平行且距离相等。

8.根据权利要求1所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述定子铁芯的两端端面上均开设有方槽；输出绕组缠绕在两个方槽上。

9.根据权利要求1所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述定子铁芯由工字形的硅钢片冲片叠加而成；定子铁芯的外表面经过绝缘处理。

10.根据权利要求1所述的一种扭振检测传感器，其特征在于：所述的输出绕组由漆包线绕制而成。