CN109341913B - 一种转矩测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种转矩测量装置。所述测量装置包括：测量模块、电磁联轴器、主动端、从动端；电磁联轴器包括鼠笼式转子和永磁转子，鼠笼式转子与永磁转子同轴设置，所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间设置有空隙；鼠笼式转子或所述永磁转子中的一者与所述主动端连接，另一者与所述从动端连接；主动端转动带动所述从动端转动；所述测量模块用于获取鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速，并根据鼠笼式转子的转速和永磁转子的转速计算主动端与从动端之间传递的转矩。所述转矩测量装置中的电磁联轴器能够实现联轴功能，无须精确对中，安装维护简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及转矩测量领域，特别是涉及一种转矩测量装置。
背景技术
目前，绝大部分的转矩测量装置都是通过测量应变片的应变来进行转矩的测量，因此，测量设备都是安装在主动端和从动端之间的，在很多空间狭小的场合难以安装；另一方面需要很好的机械对中，否则，在高速旋转时容易造成被测设备或者测量设备的损坏，机械对中繁琐且耗时。同时转矩测量使用的应变片受到外力或恶劣环境下容易损坏，修复困难。尤其在高速测试中，联轴器的动平衡特性和机械对中的好坏对系统的振动、噪音影响很大，同时降低了转矩测量结果的准确度。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够通过机械转速的测量来计算传递转矩的转矩测量装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种转矩测量装置，所述测量装置包括：
测量模块、电磁联轴器、主动端、从动端；
所述电磁联轴器包括鼠笼式转子和永磁转子，所述鼠笼式转子与所述永磁转子同轴设置，所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间设置有空隙；
所述鼠笼式转子或所述永磁转子中的一者与所述主动端连接，另一者与所述从动端连接；所述主动端转动带动所述从动端转动；
所述测量模块用于获取所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速，并根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述主动端与所述从动端之间传递的转矩。
可选的，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆柱筒形结构，所述永磁转子的内圆周的直径大于所述鼠笼式转子的外圆周的直径；
所述永磁转子包括永磁转子铁芯和永磁体，所述永磁体按照N极与S极交替的顺序沿圆周方向排列在所述永磁转子铁芯的内壁；
所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁芯、鼠笼条、导电端环；
所述鼠笼转子铁芯的外圆周设置有凹槽，所述凹槽为导体槽，所述鼠笼条插入所述导体槽内；
所述鼠笼条的两端分别通过所述导电端环连接；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用嵌套式同轴固定设置；
所述永磁体与所述鼠笼条相对设置。
可选的，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆柱筒形结构，所述永磁转子的外圆周的直径小于所述鼠笼式转子的内圆周的直径；
所述永磁转子包括永磁转子铁芯和永磁体，所述永磁体按照N极与S极交替的顺序沿圆周方向排列在所述永磁转子铁芯的外壁；
所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁芯、鼠笼条、导电端环；
所述鼠笼转子铁芯的内圆周设置有凹槽，所述凹槽为导体槽，所述鼠笼条插入所述导体槽内；
所述鼠笼条的两端分别通过所述导电端环连接；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用嵌套式同轴固定设置；
所述永磁体与所述鼠笼条相对设置。
可选的，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆盘式结构；
所述永磁转子包括永磁转子铁芯、永磁体；
所述永磁体按照N极与S极交替的顺序排列在所述永磁转子铁芯的一侧的盘面上；
所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁芯、鼠笼条、导电端环；
所述鼠笼转子铁芯的一侧盘面设置有凹槽，所述凹槽为导体槽，所述导电槽内设置有所述鼠笼条；
所述鼠笼条的两端分别通过所述导电端环连接；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用并列同轴固定设置。
可选的，所述测量模块包括：转速测量单元、转矩计算单元、通讯单元、用户终端；
所述转速测量单元用于测量所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速；
所述转矩计算单元与所述转速测量单元连接，所述转矩计算单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间传递的转矩；
所述用户终端通过所述通讯单元与所述转矩计算单元连接，所述转矩计算单元将所述转矩发送至所述用户终端。
可选的，所述转速测量单元为霍尔传感器、旋转变压器、速度传感器中的任意一者；
可选的，所述霍尔传感器具体包括霍尔元件、霍尔电路；
所述霍尔元件设置在所述鼠笼转子上，所述霍尔元件根据磁场的变化获得霍尔电压信号；
所述霍尔电路与所述霍尔元件连接，所述霍尔电路根据所述霍尔电压信号计算所述鼠笼式转子和所述永磁转子的转速差。
可选的，所述测量模块还包括转矩校正单元；
建立转速损耗的数据库；
所述转矩矫正单元与所述转速测量单元连接，所述转矩矫正单元用于根据所述数据库、所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速修正所述转矩。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：能够通过机械转速的测量来计算传递转矩的转矩测量装置。所述转矩测量装置中的电磁联轴器能够实现联轴功能，无须精确对中，安装维护简单方便，将联轴功能与转矩测量集成在一起，节省了空间、体积和成本，测量模块根据转速计算转矩，实现了非接触式的转矩测量，环境适应性强，坚固可靠，不易损坏。
通过设置所述转矩控制器，实现了在转矩超过转矩阈值时自动解脱，防止机械损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的转矩测量装置的示意图；
图2为本发明实施例一提供的转矩测量装置的剖面图；
图3为本发明实施例一提供的转矩测量装置测量模块的位置示意图；
图4为本发明实施例二提供的转矩测量装置示意图；
图5为本发明实施例三提供的转矩测量装置中的盘式结构的永磁转子和鼠笼转子的结构示意图。
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。
本发明的目的是提供一种能够通过机械转速的测量来计算传递转矩的转矩测量装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，一种转矩测量装置，所述测量装置包括：
测量模块7、电磁联轴器、主动端5、从动端6；
所述电磁联轴器包括鼠笼式转子和永磁转子，所述鼠笼式转子与所述永磁转子同轴设置，所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间设置有空隙；
所述鼠笼式转子或所述永磁转子中的一者与所述主动端5连接，另一者与所述从动端6连接；所述主动端5转动带动所述从动端6转动；
所述测量模块7用于获取所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速，并根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述主动端5与所述从动端6之间传递的转矩。
如图1和图2所示，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆柱筒形结构，所述永磁转子的内圆周的直径大于所述鼠笼式转子的外圆周的直径；
所述永磁转子包括永磁转子铁芯1和永磁体3，所述永磁体按照N极与S极交替的顺序沿圆周方向排列在所述永磁转子铁芯1的内壁；所述永磁体的N极和S极面对着圆心，所述永磁转子铁芯1是由硅钢片叠压形成圆柱筒形结构或者由非晶导磁材料构成；
所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁芯2、鼠笼条4、导电端环40；
所述鼠笼转子铁芯2的外圆周设置有凹槽，所述凹槽为导体槽，所述鼠笼条4插入所述导体槽内；当所述鼠笼转子不具有导体槽时，形成一个圆环形的导体面；
所述鼠笼条4的两端分别通过所述导电端环40连接；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用嵌套式同轴固定设置；
所述永磁体与所述鼠笼条4相对设置，所述永磁转子和所述鼠笼式转子构成一个异步型的电磁联轴器，所述永磁转子与所述主动端5连接，所述鼠笼式转子与所述从动端6连接。
根据电机电磁理论，所述永磁转子在所述永磁转子与所述鼠笼式转子之间的空隙形成一个磁场，当所述永磁转子转动时，所述磁场随着所述永磁转子同步旋转形成旋转磁场，所述旋转磁场在所述鼠笼条4中产生感应电流，所述感应电流在旋转磁场中切割磁力线带动所述鼠笼式转子旋转。
所述测量模块包括：转速测量单元、转矩计算单元、通讯单元、用户终端；
所述转速测量单元分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述转速测量单元用于测量所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速；
所述转矩计算单元与所述转速测量单元连接，所述转矩计算单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间传递的转矩；
所述用户终端通过所述通讯单元与所述转矩计算单元连接，所述转矩计算单元将所述转矩发送至所述用户终端。
所述测量模块7固定在静止部件或所述永磁转子和所述鼠笼式转子上。
所述转速测量单元为霍尔传感器、旋转变压器、速度传感器中的任意一者。
所述旋转变压器分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述旋转变压器用于获取所述鼠笼式转子的角位移和角速度和所述永磁转子的转轴角位移和角速度。
所述速度传感器分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述速度传感器用于检测所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速。
所述霍尔传感器具体包括霍尔元件、霍尔电路；
所述霍尔元件设置在所述鼠笼转子上，所述霍尔元件根据磁场的变化获得霍尔电压信号；
所述霍尔电路与所述霍尔元件连接，所述霍尔电路根据所述霍尔电压信号计算所述鼠笼式转子和所述永磁转子的转速差。
所述测量模块还包括转矩校正单元；
建立转速损耗的数据库；
所述转矩矫正单元与所述转速测量单元连接，所述转矩矫正单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速修正所述转矩。
通过实验获得传递转矩大小和转速差的关系，将所述关系储存在所述转矩计算单元，在正常使用过程中，所述转矩计算单元能够通过所述关系查表获得准确的传递转矩，能够避免转矩损耗补偿的问题。
为了防止磁场的耦合干扰，如图3所示，将所述永磁转子和所述永磁体3在轴向增长，所述鼠笼转子的鼠笼条4轴向长度小于所述永磁转子的永磁体的长度，所述测量模块7距离所述鼠笼式转子预设距离，轴向并列放置，同时与所述永磁体3能够相对设置。
实施例二
一种转矩测量装置，所述测量装置包括：
测量模块7、电磁联轴器、主动端5、从动端6；
所述电磁联轴器包括鼠笼式转子和永磁转子，所述鼠笼式转子与所述永磁转子同轴设置，所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间设置有空隙；
所述鼠笼式转子或所述永磁转子中的一者与所述主动端5连接，另一者与所述从动端6连接；所述主动端5转动带动所述从动端6转动；
所述测量模块7与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述测量模块7用于获取所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速，并根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述主动端与所述从动端之间传递的转矩。
如图4所示，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆柱筒形结构，所述永磁转子的外圆周的直径小于所述鼠笼式转子的内圆周的直径；
所述永磁转子包括永磁转子铁芯1和永磁体3，所述永磁体3按照N极与S极交替的顺序沿圆周方向排列在所述永磁转子铁芯1的外壁；
所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁芯2、鼠笼条4、导电端环；
所述鼠笼转子铁芯2的内圆周上设置有凹槽，所述凹槽为导体槽，所述鼠笼条4所述导体槽内；
所述鼠笼条4的两端分别通过所述导电端环连接；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用嵌套式同轴固定设置；
所述永磁体3与所述鼠笼条4相对设置。
所述测量模块7包括：转速测量单元、转矩计算单元、通讯单元、用户终端；
所述转速测量单元分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述转速测量单元用于测量所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速；
所述转矩计算单元与所述转速测量单元连接，所述转矩计算单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间传递的转矩；
所述用户终端通过所述通讯单元与所述转矩计算单元连接，所述转矩计算单元将所述转矩发送至所述用户终端。
所述转速测量单元为霍尔传感器、旋转变压器、速度传感器中的任意一者。
所述旋转变压器分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述旋转变压器用于获取所述鼠笼式转子的角位移和角速度和所述永磁转子的转轴角位移和角速度。
所述速度传感器分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述速度传感器用于检测所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速。
所述霍尔传感器具体包括霍尔元件、霍尔电路；
所述霍尔元件设置在所述鼠笼转子上，所述霍尔元件根据磁场的变化获得霍尔电压信号；
所述霍尔电路与所述霍尔元件连接，所述霍尔电路根据所述霍尔电压信号计算所述鼠笼式转子和所述永磁转子的转速差。
所述测量模块7还包括转矩校正单元；
所述转矩矫正单元与所述转速测量单元连接，所述转矩矫正单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速修正所述转矩。
所述测量装置还包括：转矩控制器，所述转矩控制器与所述测量模块连接，当所述主动端的转矩大于转矩阈值时，所述转矩控制器停止转动。
实施例三
一种转矩测量装置，所述测量装置包括：
测量模块7、电磁联轴器、主动端5、从动端6；
所述电磁联轴器包括鼠笼式转子和永磁转子，所述鼠笼式转子与所述永磁转子同轴设置，所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间设置有空隙；
所述鼠笼式转子或所述永磁转子中的一者与所述主动端连接，另一者与所述从动端连接；所述主动端转动带动所述从动端转动；
所述测量模块7与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述测量模块用于获取所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速，并根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述主动端5与所述从动端6之间传递的转矩。
如图5所示，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆盘式结构；
所述永磁转子包括永磁转子铁芯1、永磁体3；
所述永磁体3按照N极与S极交替的顺序排列在所述永磁转子铁芯1的一侧的盘面上；
所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁2芯、鼠笼条4、导电端环；
所述鼠笼转子铁芯2的一侧盘面设置有径向分布的所述导体槽，所述导电槽内设置有所述鼠笼条4；
所述鼠笼条4的两端分别通过所述导电端环连接；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用并列同轴固定设置。
所述测量模块7包括：转速测量单元、转矩计算单元、通讯单元、用户终端；
所述转速测量单元分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述转速测量单元用于测量所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速；
所述转矩计算单元与所述转速测量单元连接，所述转矩计算单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间传递的转矩；
所述用户终端通过所述通讯单元与所述转矩计算单元连接，所述转矩计算单元将所述转矩发送至所述用户终端。
正常工作时，所述鼠笼式转子与所述永磁转子并列同轴排布，所述永磁转子的永磁体3与所述鼠笼条4相对设置。
所述转速测量单元为霍尔传感器、旋转变压器、速度传感器中的任意一者。
所述旋转变压器分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述旋转变压器用于获取所述鼠笼式转子的角位移和角速度和所述永磁转子的转轴角位移和角速度；
所述速度传感器分别与所述鼠笼式转子和所述永磁转子连接，所述速度传感器用于检测所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速。
所述霍尔传感器具体包括霍尔元件、霍尔电路；
所述霍尔元件设置在所述鼠笼转子上，所述霍尔元件根据磁场的变化获得霍尔电压信号；
所述霍尔电路与所述霍尔元件连接，所述霍尔电路根据所述霍尔电压信号计算所述鼠笼式转子和所述永磁转子的转速差。
所述测量模块7还包括转矩校正单元；
所述转矩矫正单元与所述转速测量单元连接，所述转矩矫正单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速修正所述转矩。
所述测量装置还包括：转矩控制器，所述转矩控制器与所述测量模块7连接，当所述主动端5的转矩大于转矩阈值时，所述转矩控制器停止转动。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种转矩测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
测量模块、电磁联轴器、主动端、从动端；
所述电磁联轴器包括鼠笼式转子和永磁转子，所述鼠笼式转子与所述永磁转子同轴设置，所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间设置有空隙；所述永磁转子包括永磁转子铁芯和永磁体；所述永磁体按照N极和s极交替的顺序排列；所述鼠笼式转子包括鼠笼转子铁芯、鼠笼条和导电端环；所述鼠笼转子铁芯设置有凹槽，所述凹槽为导体槽，所述导体槽内设置有鼠笼条；所述鼠笼条的两端分别通过所述导电端环连接；所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用嵌套式同轴固定设置；所述永磁体与所述鼠笼条相对设置
所述鼠笼式转子或所述永磁转子中的一者与所述主动端连接，另一者与所述从动端连接；所述主动端转动带动所述从动端转动；
所述测量模块用于获取所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速，并根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述主动端与所述从动端之间传递的转矩。
2.根据权利要求1所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆柱筒形结构，所述永磁转子的内圆周的直径大于所述鼠笼式转子的外圆周的直径；
所述永磁体按照N极与S极交替的顺序沿圆周方向排列在所述永磁转子铁芯的内壁；
所述鼠笼转子铁芯的外圆周设置有凹槽，所述鼠笼条插入所述导体槽内。
3.根据权利要求1所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆柱筒形结构，所述永磁转子的外圆周的直径小于所述鼠笼式转子的内圆周的直径；
所述永磁体按照N极与S极交替的顺序沿圆周方向排列在所述永磁转子铁芯的外壁；
所述鼠笼转子铁芯的内圆周设置有凹槽，所述鼠笼条插入所述导体槽内。
4.根据权利要求1所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述鼠笼式转子和所述永磁转子均为圆盘式结构；
所述永磁体按照N极与S极交替的顺序排列在所述永磁转子铁芯的一侧的盘面上；
所述鼠笼转子铁芯的一侧盘面设置有凹槽，所述导体槽内设置有所述鼠笼条；
所述鼠笼式转子和所述永磁转子采用并列同轴固定设置。
5.根据权利要求1所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述测量模块包括：转速测量单元、转矩计算单元、通讯单元、用户终端；
所述转速测量单元用于测量所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速；
所述转矩计算单元与所述转速测量单元连接，所述转矩计算单元用于根据所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速计算所述所述鼠笼式转子与所述永磁转子之间传递的转矩；
所述用户终端通过所述通讯单元与所述转矩计算单元连接，所述转矩计算单元将所述转矩发送至所述用户终端。
6.根据权利要求5所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述转速测量单元为霍尔传感器、旋转变压器、速度传感器中的任意一者。
7.根据权利要求6所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述霍尔传感器具体包括霍尔元件、霍尔电路；
所述霍尔元件设置在所述鼠笼式转子上，所述霍尔元件根据磁场的变化获得霍尔电压信号；
所述霍尔电路与所述霍尔元件连接，所述霍尔电路根据所述霍尔电压信号计算所述鼠笼式转子和所述永磁转子的转速差。
8.根据权利要求5所述的一种转矩测量装置，其特征在于，所述测量模块还包括转矩校正单元；
建立转速损耗的数据库；
所述转矩矫正单元与所述转速测量单元连接，所述转矩矫正单元用于根据所述数据库、所述鼠笼式转子的转速和所述永磁转子的转速修正所述转矩。
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