CN209387059U - 一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置，采用隔爆防护外壳对旋变以及信号解算板进行稳定性加固，从而有效提高了安装的精密性与同步性；该结构的设计经过长时间的验证能够满足矿用设备的抗震需求，并且防爆等级达到IP54级别，满足电气设备应用于采矿领域的标准要求。通过本实用新型，可实时且精准测量转动装置的角位移及角速度，能够有效解决由外界振动及冲击造成的采集数据跳变问题。

Description

一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置

技术领域

本实用新型涉及旋转测量领域，尤其涉及一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置。

背景技术

随着煤炭领域朝着提高开采率、少人以及无人的方向持续发展，矿用装备制造方已经开始利用高科技手段逐步对以往的开采及运输模式进行革命性的升级改造，并且当下远程遥控技术已基本成熟，能够满足智能装备开采需求。在这种大跨越的发展过程中，旋转数据的高精度测量已经成为装备智能化程度判断至关重要的环节。智能化的机械产品不但能够提升矿产资源的开采效率，而且为实现矿区无人化开采奠定了坚实基础。

在矿用装备中，常见的铰接车、梭车、连采机的皮带运输装置等都需要获取精准的角位移及角速度数据进行辅助运行，以往矿用设备常用的信号采集装置有光电编码器、光栅尺、磁性编码器等。经过长期工程实践验证，该类测量装置在使用过程中存在诸多问题，光电编码器密封性不高，抗冲击能力较差，而且不能应用于高速旋转测量环境；光栅尺虽然精度较高，但价格高贵，而且对环境要求比较严格；磁性编码器主要通过磁极的变化来测量旋转物体的角位移及角速度，但是由于测量精度较差以及响应时间慢等原因导致应用面窄。

现有技术中，应用旋转变压器（简称旋变）进行测量的模式有以下几种模式：

一、选用有刷旋变进行角位移及角速度的测量，其特点是结构简单、体积小、测量精度高，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋变的可靠性差、寿命也较短，而且成本较高、工艺技术一般，导致市场需求量较少。

二、选用无刷型的绕线式旋变，其内部的绕线方式决定了旋变的精度，其中用来产生激磁信号的绕组主要为双层短距绕组和正弦分布绕组，而双层短距分布绕组虽工艺性较好，但弊端在于激磁磁势中的谐波分量较高，导致精度较低。同心式的正弦绕组属于高精度绕组，能够有效抑制次谐波的干扰。其特点是可靠性高、测量精度高并且可以绝对定位。

三、选用无刷型的磁阻式旋变，磁阻式旋变的信号绕组和激磁绕组均固定在旋变的定子上，通过转子凸极效应产生具有正弦轨迹的气隙磁导变化。其特点是没有耦合变压器、无接触结构，具有结构简单、成本低、对环境要求不高、容易实现传动系统一体化，更适合应用于数据系统的高精度控制。

旋变的信号输出是两相正交的模拟信号，它的幅值随正交做正余弦变化，频率和励磁频率一致。信号解算模块的分辨率越高、旋转装置的转速越快，旋变输出信号频率越高。当旋变信号频率较高，并进行长距离信号的传输时，只能通过差分方式才能提高系统的可靠性。因此，该装置在应用到矿用装备中，不仅需要考虑与旋变连接的空间问题，还需要考虑矿用防爆认证的要求，既要保证测量精度的准确性又需保证运行的安全可靠问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置。

本实用新型的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置，包括：隔爆保护外壳，及设置于隔爆保护外壳内部的旋转测量机构；

其中，所述旋转测量机构包括信号解码板、用于信号解码板的出线腔、用于固定信号解码板的支撑柱、旋转变压器、传动连轴器及销轴；所述出线腔固定于隔爆保护外壳上，并联通隔爆保护外壳内部，信号解码板的信号线通过出线腔与外部的信号接收装置连接，信号解码板通过信号线与旋转变压器连接，旋转变压器通过传动联轴器连接销轴；

所述隔爆保护外壳包括第一端盖、第二端盖和第三端盖，第一端盖和一保护板连接，形成保护信号解码板的第一腔体，第一端盖和第二端盖之间设置空隙形成保护旋转变压器的第二腔体，第二端盖和第三端盖连接，形成保护传动联轴器的第三腔体，旋转变压器的定子固定于第二腔体中，转子穿过第二端盖，连接到第三腔体中的传动联轴器，销轴一端连接传动联轴器，另一端穿出第三端盖，传动联轴器和销轴随旋转变压器的转子转动而转动。

其中，第二腔体契合所述旋转变压器的定子，以固定定子，定子外侧设置保护外壳套筒，保护外壳套筒通过多个螺钉与第一端盖固定连接。

其中，保护外壳套筒和第一端盖及第二端盖接触的位置设置胶圈进行密封。

其中，出线腔由A0堵头和A0联通节配合形成，A0堵头与第一端盖固定接触，A0联通节设置于A0堵头内，A0堵头和A0联通节均设置导线孔，与设置于第一端盖的线束通孔配合，使信号解码板的信号线从线束通孔经由出线腔与信号接收装置连接。

其中，旋转变压器的定子与转子均为空心结构，转子放置于定子的空心结构内，转子的空间结构内设置转轴；转子两端分别安装轴承，用以辅助转子及转轴进行同步运转。

其中，信号解码板连接旋转变压器，对接收到的旋转变压器的粗、精信号进行放大及滤波处理，对处理完的信号进行组合、误差矫正以及幅值补偿，接着进行角位移及角速度的解算，输出数字信号。

区别于现有技术，本实用新型的高精度矿用隔爆型旋转测量装置采用隔爆防护外壳对旋变以及信号解算板进行稳定性加固，从而有效提高了安装的精密性与同步性；该结构的设计经过长时间的验证能够满足矿用设备的抗震需求，并且防爆等级达到IP54级别，满足电气设备应用于采矿领域的标准要求。通过本实用新型，可实时且精准测量转动装置的角位移及角速度，能够有效解决由外界振动及冲击造成的采集数据跳变问题。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型提供的一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置中旋转变压器固定方式的结构示意图。

图3是本实用新型提供的一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置的旋转变压器的定子与转子的结构示意图。

图4是本实用新型提供的一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置的旋转变压器信号解解码板的结构示意图。

图5是本实用新型提供的一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置的旋转变压器信号解解码板的计算流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，图1是本实用新型提供的一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置的结构示意图。该装置包括：隔爆保护外壳，及设置于隔爆保护外壳内部的旋转测量机构；

其中，旋转测量机构包括信号解码板4、用于信号解码板4的出线腔、用于固定信号解码板4的支撑柱5、旋转变压器8、传动连轴器11及销轴13；出线腔固定于隔爆保护外壳上，并联通隔爆保护外壳内部，信号解码板4的信号线通过出线腔与外部的信号接收装置连接，信号解码板4通过信号线与旋转变压器8连接，旋转变压器8通过传动联轴器11连接销轴13；

隔爆保护外壳包括第一端盖6、第二端盖10和第三端盖12，第一端盖6和一保护板1连接，形成保护信号解码板4的第一腔体，第一端盖6和第二端盖10之间设置空隙形成保护旋转变压器8的第二腔体，第二端盖10和第三端盖12连接，形成保护传动联轴器11的第三腔体，旋转变压器8的定子303固定于第二腔体中，转子304穿过第二端盖10，连接到第三腔体中的传动联轴器11，销轴13一端连接传动联轴器11，另一端穿出第三端盖12，传动联轴器11和销轴13随旋转变压器8的转子304转动而转动。

其中，第二腔体契合旋转变压器8的定子303，以固定定子303，定子303外侧设置保护外壳套筒7，保护外壳套筒7通过多个螺钉9与第一端盖6固定连接。

其中，保护外壳套筒7和第一端盖6及第二端盖10接触的位置设置胶圈202和204进行密封。如图2所示。

其中，出线腔由A0堵头3和A0联通节2配合形成，A0堵头3与第一端盖6固定接触，A0联通节2设置于A0堵头3内，A0堵头3和A0联通节2均设置导线孔，与设置于第一端盖6的线束通孔207配合，使信号解码板4的信号线从线束通孔207经由出线腔与信号接收装置连接。

其中，旋转变压器的定子303与转子304均为空心结构，转子304放置于定子303的空心结构内，转子304的空间结构内设置转轴305；转子304两端分别安装轴承，用以辅助转子304及转轴305进行同步运转。如图3所示。

其中，信号解码板4连接旋转变压器8，对接收到的旋转变压器8的粗、精信号进行放大及滤波处理，对处理完的信号进行组合、误差矫正以及幅值补偿，接着进行角位移及角速度的解算，输出数字信号。

测量装置的工作方式如下：销轴13连接外界物体的旋转装置，另一端从A0联通节2输出的线束连接外界物体的控制接口，该测量装置需外界控制端口通过信号线给信号解码板4及旋转变压器8进行同步供电，并且用户可以根据实际应用需求对信号解算模块4进行功能预设，输出信号可以设置为角位移、角速度以及低转速时输出角位移和高转速时输出角速度。

如图4、5所示，信号解码板4的算法部分由专用解码芯片AD2S1210实现，通过板载主控芯片FPGA对AD2S1210芯片进行参数的配置，按照解码系统中各电路模块的工作时序设计控制模块，实现了FPGA对解码系统的控制。激磁生成模块主要是PWM模块和外部滤波以及功率放大模块组成。当系统配置自检通过后进入数据采集模式，分别对接收到的粗、精信号进行放大及滤波处理，对处理完的信号进行组合、误差矫正以及幅值补偿，接着进行角位移及角速度的解算，最后输出数字信号给外接主控模块。

本实用新型中，隔爆保护外壳符合矿用设备应用标准，隔爆面是采用法兰连接的隔爆保护方式，起到爆炸性危险的预防及隔离作用。传动联轴器11采用稳定性较高的挠性连轴器，传递动力和转矩的同时还能对测量点轴向、径向、角向进行性能补偿，并起到不同程度减震、缓冲作用，保证动力源信号的同步传递。测量外接装置转动数据的旋转变压器8，其中定子303与转子304均为空心柱体，定子303通过紧定螺钉固定，确保定子303基准位置的固定性；转子304嵌套于转轴305上放置于定子303内部空间中配合使用。定子304电性连接至旋转变压器8引线，旋转变压器8引线获取转子304的转速和相位信息，并将转速与相位信息传递出去。信号解码板4配合旋转变压器8使用，接收转速与相位信息进行解算处理并输出，信号解码板4可以根据用户的实际需要进行相应设置，第一项设置功能为单独输出角位移及角速度，或根据转动速度的快慢设置分界线，慢速转动则输出角位移信息，快速转动输出角速度信息；第二项设置功能是通讯过程中传输速率可调，通讯接口支持CAN、RS232和RS485；第三项设置功能是对应旋变的极对数可调。该信号解码模块的数值分辨率为32位有符号整型，可解码不同型号的旋变信号。

信号解码板4搁置于隔爆外壳第一腔体中，通过四根支撑柱5紧固在腔体顶部的法兰接合面。旋转变压器8的固定方式为，转子304嵌套在转轴305之上，转轴305一端连接轴承，轴承的外径与第二腔体底部凹槽的内径尺寸对应，防止轴承的滑动影响测量数据的有效性。定子303放置位置与转子304的固定位置持水平平行状态，定子303的固定方式是通过第二腔体的顶部法兰接合面嵌入到第二腔体内部的部分，并开设了四个紧定螺钉9，通过四面螺钉同步挤压受力面对定子303进行可靠性固定，防止定子303滑动摩擦从而影响数据测量的准确性。传动连轴器11一端嵌套于转轴305的末端，传动连轴器11另一端连接对外的销轴13，第三腔体的顶盖部分采用平面性结构，通过四根螺钉进行固定。

综上所述，在煤矿领域矿用设备测量旋转数据时，采用本实用新型的测量装置，能够有效解决由外界振动及冲击造成的采集数据跳变问题。具体实施方式为采用隔爆防护外壳对旋变以及信号解算板进行稳定性加固，从而有效提高了安装的精密性与同步性。该结构的设计经过长时间的验证能够满足矿用设备的抗震需求，并且防爆等级达到IP54级别，满足电气设备应用于采矿领域的标准要求。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高精度矿用隔爆型旋转测量装置，其特征在于，包括：隔爆保护外壳，及设置于隔爆保护外壳内部的旋转测量机构；

其中，所述旋转测量机构包括信号解码板、用于信号解码板的出线腔、用于固定信号解码板的支撑柱、旋转变压器、传动连轴器及销轴；所述出线腔固定于隔爆保护外壳上，并联通隔爆保护外壳内部，信号解码板的信号线通过出线腔与外部的信号接收装置连接，信号解码板通过信号线与旋转变压器连接，旋转变压器通过传动联轴器连接销轴；

所述隔爆保护外壳包括第一端盖、第二端盖和第三端盖，第一端盖和一保护板连接，形成保护信号解码板的第一腔体，第一端盖和第二端盖之间设置空隙形成保护旋转变压器的第二腔体，第二端盖和第三端盖连接，形成保护传动联轴器的第三腔体，旋转变压器的定子固定于第二腔体中，转子穿过第二端盖，连接到第三腔体中的传动联轴器，销轴一端连接传动联轴器，另一端穿出第三端盖，传动联轴器和销轴随旋转变压器的转子转动而转动。

2.根据权利要求1所述的高精度矿用隔爆型旋转测量装置，其特征在于，所述第二腔体契合所述旋转变压器的定子，以固定定子，定子外侧设置保护外壳套筒，保护外壳套筒通过多个螺钉与第一端盖固定连接。

3.根据权利要求2所述的高精度矿用隔爆型旋转测量装置，其特征在于，所述保护外壳套筒和第一端盖及第二端盖接触的位置设置胶圈进行密封。

4.根据权利要求1所述的高精度矿用隔爆型旋转测量装置，其特征在于，所述出线腔由A0堵头和A0联通节配合形成，A0堵头与第一端盖固定接触，A0联通节设置于A0堵头内，A0堵头和A0联通节均设置导线孔，与设置于第一端盖的线束通孔配合，使信号解码板的信号线从线束通孔经由出线腔与信号接收装置连接。

5.根据权利要求1所述的高精度矿用隔爆型旋转测量装置，其特征在于，旋转变压器的定子与转子均为空心结构，转子放置于定子的空心结构内，转子的空间结构内设置转轴；转子两端分别安装轴承，用以辅助转子及转轴进行同步运转。

6.根据权利要求1所述的高精度矿用隔爆型旋转测量装置，其特征在于，信号解码板连接旋转变压器，对接收到的旋转变压器的粗、精信号进行放大及滤波处理，对处理完的信号进行组合、误差矫正以及幅值补偿，接着进行角位移及角速度的解算，输出数字信号。