專(zhuān)利名稱(chēng)：自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的機(jī)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備與轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備組合的方法。
背景技術(shù)：
智能化是機(jī)電設(shè)備的重要發(fā)展方向。其重點(diǎn)是不斷提高設(shè)備的測(cè)量技術(shù)、控制技 術(shù)、執(zhí)行技術(shù)并系統(tǒng)集成，從而利用設(shè)備測(cè)量所得的各項(xiàng)參數(shù)成為控制技術(shù)的基礎(chǔ)，控制裝 置根據(jù)工作目的的要求結(jié)合測(cè)量參數(shù)發(fā)出指令由執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施。因此，測(cè)量裝置與機(jī)電設(shè) 備的組合勢(shì)在必行。
實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)(扭矩、轉(zhuǎn)速和軸功率)是機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備及其動(dòng)力設(shè)備的最主要 參數(shù)之一，相應(yīng)的傳感器與設(shè)備的組合將有利于機(jī)電設(shè)備的集成化和智能化，同時(shí)也有利 于減小設(shè)備體積、降低設(shè)備的制造成本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種高集成化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低、應(yīng)用方便，能夠在 機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)的設(shè)備。
本發(fā)明所述的自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的機(jī)電設(shè)備包括
一機(jī)電設(shè)備
一彈性傳動(dòng)付
一組信號(hào)傳感器及其固定裝置
一信號(hào)處理電路
其特征是
在機(jī)電設(shè)備上直接組合了轉(zhuǎn)矩傳感器套件，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)可以獲得實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩參 數(shù)，該參數(shù)可以作為機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。
機(jī)電設(shè)備可以是任何一種動(dòng)力設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備或負(fù)載設(shè)備。兩種或多種機(jī)電設(shè)備 聯(lián)接時(shí)，一般只需要一臺(tái)自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的設(shè)備(以免浪費(fèi))；這時(shí)應(yīng)以信號(hào)測(cè)試和信號(hào)處 理方便為原則確定一臺(tái)設(shè)備為自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的設(shè)備，一般以動(dòng)力設(shè)備優(yōu)先，負(fù)載設(shè)備次 之。
a、當(dāng)信號(hào)傳感器和信號(hào)處理電路安置在動(dòng)力設(shè)備上即稱(chēng)為自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的動(dòng) 力設(shè)備(如自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的電動(dòng)機(jī)，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的內(nèi)燃機(jī)，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的汽輪 機(jī)，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的水輪機(jī)等)；
b、當(dāng)信號(hào)傳感器和信號(hào)處理電路安置在傳動(dòng)設(shè)備上即稱(chēng)為自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的傳 動(dòng)設(shè)備(如自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的減速機(jī)，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的變速器，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的齒輪 箱等)；
C、當(dāng)信號(hào)傳感器和信號(hào)處理電路安置在負(fù)載設(shè)備上即稱(chēng)為自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的負(fù) 載設(shè)備(如自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的發(fā)電機(jī)，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的螺旋槳，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的水 泵，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的壓縮機(jī)等)；
d、當(dāng)信號(hào)傳感器和信號(hào)處理電路安置在一個(gè)既為動(dòng)力源又為負(fù)載的設(shè)備上即稱(chēng)為自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的設(shè)備(如自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的電機(jī)，自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的水輪泵等)。
機(jī)電設(shè)備還可以是其本身原先就自帶制動(dòng)器、離合器等裝置的機(jī)電設(shè)備。
信號(hào)傳感器及其及其固定裝置是集中在同一機(jī)電設(shè)備一側(cè)，并固定在同一機(jī)電設(shè)備上。
固定支架能夠調(diào)節(jié)信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與信號(hào)接收器之間的距離。
當(dāng)多種相互聯(lián)接的機(jī)電設(shè)備中有多臺(tái)設(shè)備需要使用本發(fā)明，通常在兩臺(tái)相鄰的設(shè)備的同一連接點(diǎn)上只需要一臺(tái)設(shè)備使用本發(fā)明。
根據(jù)實(shí)際需要，彈性傳動(dòng)付可以是共軸的彈性傳動(dòng)付，也可以是同軸的彈性傳動(dòng)付(如彈性聯(lián)軸器或柔性聯(lián)軸器等)，還可以是其它形式的能夠便于測(cè)量實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩的彈性傳動(dòng)付。
共軸彈性傳動(dòng)付可以利用本人提出的名為《共軸彈性傳動(dòng)付》的已申請(qǐng)專(zhuān)利中所描述的裝置。
同軸彈性傳動(dòng)付可以利用本人提出的 申請(qǐng)?zhí)?01220360247. O和201210257474. 5的《一種非接觸動(dòng)態(tài)扭矩、轉(zhuǎn)速暨軸功率信號(hào)傳感器》的已申請(qǐng)專(zhuān)利中所描述的裝置。
推薦使用改進(jìn)的彈性聯(lián)軸器。為了便于信號(hào)傳感器集中在同一設(shè)備側(cè)，設(shè)備對(duì)側(cè)的聯(lián)軸半(或傳動(dòng)輪)的傳動(dòng)爪中的一對(duì)(或若干對(duì))加長(zhǎng)至設(shè)備側(cè)聯(lián)軸半的端面(成對(duì)的加長(zhǎng)是為了動(dòng)平衡的需要)，如附圖3、和附圖4所示；而《一種非接觸動(dòng)態(tài)扭矩、轉(zhuǎn)速暨軸功率信號(hào)傳感器》的已申請(qǐng)專(zhuān)利中所描述的裝置，只是采用常用的聯(lián)軸器。
彈性傳動(dòng)付中的彈性元件，采用對(duì)溫度不敏感的金屬?gòu)椥圆牧现谱?。并且，通過(guò)設(shè)定金屬圈的金屬片的厚度和寬度或金屬絲(金屬條)的直徑(斷面尺寸)來(lái)匹配相應(yīng)的負(fù)載。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
在機(jī)電設(shè)備上直接組合了轉(zhuǎn)矩傳感器套件，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)可以獲得實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)，可以為機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以使控制系統(tǒng)將機(jī)電設(shè)備之間的動(dòng)力匹配等實(shí)時(shí)調(diào)控至最優(yōu)狀態(tài)。這將有利于機(jī)電設(shè)備的集成化和智能化，同時(shí)也有利于減小設(shè)備體積、降低設(shè)備的制造成本。


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圖示意
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圖中
I是機(jī)電設(shè)備
2是彈性傳動(dòng)付
2-1是彈性傳動(dòng)付的主動(dòng)輪
2-2是彈性傳動(dòng)付的被動(dòng)輪
2-3是彈性傳動(dòng)付的彈性部件
2-4是彈性傳動(dòng)付的信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
2-5是固定螺栓
3是信號(hào)接收器
4是信號(hào)接收器的固定支架
e是單個(gè)信號(hào)接收器經(jīng)過(guò)放大整形后輸出的波形
el是主動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收器經(jīng)過(guò)放大整形后輸出的波形
e2是被動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收器經(jīng)過(guò)放大整形后輸出的波形
L是單個(gè)信號(hào)接收器經(jīng)過(guò)放大整形后主動(dòng)半輸出的波峰與被動(dòng)半前波中心線的距離
L’是單個(gè)信號(hào)接收器經(jīng)過(guò)放大整形后主動(dòng)半的波峰與被動(dòng)半后波中心線的距離
δ是主動(dòng)輪的波形與被動(dòng)輪的波形前角的變量
δ ’是主動(dòng)論的波形與被動(dòng)輪的波形后角的變量具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
附圖5描述一種以梅花柔性聯(lián)軸器為基礎(chǔ)設(shè)置兩個(gè)信號(hào)接收器的自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的機(jī)電設(shè)備。首先，制作彈性傳動(dòng)付的靜態(tài)扭矩與主動(dòng)輪和被動(dòng)論之間相對(duì)位移的關(guān)系圖表，將該關(guān)系表輸入信號(hào)處理電路的第一個(gè)數(shù)據(jù)處理器作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)彈性傳動(dòng)付帶動(dòng)被動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)
a、當(dāng)被動(dòng)輪空載，扭矩為零(或接近零)，兩個(gè)傳動(dòng)輪之間的相對(duì)位移為零，兩個(gè)信號(hào)接收器從信號(hào)測(cè)試點(diǎn)分別獲得波動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大、整形和比相可以獲得兩個(gè)相位一致波形，此時(shí)相位差δ為零，這兩個(gè)信號(hào)中的任一個(gè)經(jīng)放大進(jìn)入計(jì)數(shù)器與時(shí)鐘信號(hào)對(duì)比獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)(以下同，不重復(fù)敘述)；
b、當(dāng)被動(dòng)輪有實(shí)際負(fù)載，扭矩為正數(shù)值，兩個(gè)傳動(dòng)輪之間產(chǎn)生相對(duì)位移(被動(dòng)輪滯后)，兩個(gè)信號(hào)接收器從信號(hào)測(cè)試點(diǎn)分別獲得波動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大、整形和比相可以獲得兩個(gè)相位不一致波形，此時(shí)相位差δ為正數(shù)值，該數(shù)值對(duì)比第一個(gè)數(shù)據(jù)處理器中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以獲得具體的即時(shí)扭矩?cái)?shù)據(jù)，第二個(gè)數(shù)據(jù)處理器根據(jù)軸功率與扭矩、轉(zhuǎn)速的關(guān)系推導(dǎo)出即時(shí)軸功率；
C、當(dāng)之前的負(fù)載輸出動(dòng)力帶動(dòng)之前的主動(dòng)軸(如汽車(chē)掛擋滑行時(shí)，車(chē)輛的慣性經(jīng)車(chē)輪通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以下同)，此時(shí)被動(dòng)輪成為實(shí)際的主動(dòng)輪，其位移超前于實(shí)際的被動(dòng)輪，信號(hào)處理電路能夠得出δ為負(fù)數(shù)，推導(dǎo)出的即時(shí)軸功率為負(fù)值。
d、當(dāng)主動(dòng)軸反向旋轉(zhuǎn)，被動(dòng)輪滯后的位移方向與之前相反，信號(hào)處理電路可以顯示出主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)向。
轉(zhuǎn)速和扭矩可以組成轉(zhuǎn)矩和軸功率數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、扭矩、軸功率均可以通過(guò)信號(hào)處理電路的顯示電路和相應(yīng)器件顯示。必要時(shí)，相關(guān)數(shù)據(jù)還可以通過(guò)無(wú)線電、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，其中通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測(cè)遙控。第一個(gè)數(shù)據(jù)處理器和第二個(gè)數(shù)據(jù)處理器可以合并為一個(gè)，這里分成兩個(gè)只是為了方便描述。
附圖6描述一種以梅花柔性聯(lián)軸器為基礎(chǔ)設(shè)置單個(gè)信號(hào)接收器的非接觸動(dòng)態(tài)扭矩、轉(zhuǎn)速暨軸功率傳感器。同樣，先制作該彈性傳動(dòng)付的靜態(tài)扭矩與主動(dòng)輪和被動(dòng)輪之間相對(duì)位移的關(guān)系圖表，將該關(guān)系表輸入信號(hào)處理電路的第一個(gè)數(shù)據(jù)處理器作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)彈性傳動(dòng)付使被動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)
a、當(dāng)被動(dòng)軸空載，扭矩為零(或接近零)，兩個(gè)傳動(dòng)輪之間的相對(duì)位移為零，這個(gè)信號(hào)接收器從信號(hào)測(cè)試點(diǎn)分別獲得兩個(gè)聯(lián)軸半的波動(dòng)信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大、整形和比相可以獲得主動(dòng)半波峰與被動(dòng)半前波和后波距離(L和L’ )相同，此時(shí)相位差 δ 為零(2 δ = L’ -L)；
b、當(dāng)被動(dòng)輪有實(shí)際負(fù)載，扭矩為正數(shù)值，兩個(gè)聯(lián)軸半之間產(chǎn)生相對(duì)位移(被動(dòng)輪滯后)，這信號(hào)接收器從信號(hào)測(cè)試點(diǎn)獲得波動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路放大、整形和比相可以獲得主動(dòng)輪波峰與被動(dòng)輪前波和后波距離(L和L’)不同，此時(shí)相位差δ為正數(shù)值，該數(shù)值對(duì)比第一個(gè)數(shù)據(jù)處理器中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以獲得具體的即時(shí)扭矩?cái)?shù)據(jù)，第二個(gè)數(shù)據(jù)處理器根據(jù)軸功率與扭矩、轉(zhuǎn)速的關(guān)系推導(dǎo)出即時(shí)軸功率；
C、當(dāng)之前的負(fù)載輸出動(dòng)力帶動(dòng)之前的主動(dòng)軸(位移差為主動(dòng)輪滯后)，信號(hào)處理電路能夠得出δ為負(fù)數(shù)，推導(dǎo)出的軸功率為負(fù)值。
這里還可以通過(guò)信號(hào)處理電路中的調(diào)相電路將輸入的信號(hào)直接調(diào)制成為在空載時(shí)兩個(gè)同相位的波形信號(hào)(el和e2)，在有負(fù)載時(shí)可以直接對(duì)比出δ。
主動(dòng)輪與被動(dòng)輪(或之前相應(yīng)發(fā)明中稱(chēng)呼的主動(dòng)半與被動(dòng)半)在不同的應(yīng)用場(chǎng)合其稱(chēng)呼可以互換。
信號(hào)接收器可采用光感應(yīng)、電磁感應(yīng)等各種類(lèi)型。推薦采用電磁類(lèi)型，它具有結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單和獲取信號(hào)更可靠和高效的特點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)接收器采用電磁信號(hào)，信號(hào)測(cè)試點(diǎn)可以是凸點(diǎn)也可以是凹點(diǎn)，只要微凸或微凹即可。
權(quán)利要求
1.自帶轉(zhuǎn)矩傳感器的機(jī)電設(shè)備，包含一機(jī)電設(shè)備、一彈性傳動(dòng)付、一組信號(hào)傳感器及其固定裝置、一信號(hào)處理電路，其特征在于在機(jī)電設(shè)備上直接組合了轉(zhuǎn)矩傳感器套件，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)可以獲得實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)，該參數(shù)可以作為機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電設(shè)備，其特征是機(jī)電設(shè)備可以是任何一種動(dòng)力設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備或負(fù)載設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電設(shè)備，其特征是還可以是其本身原先就自帶制動(dòng)器、離合器等裝置的機(jī)電設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性傳動(dòng)付，其特征是彈性傳動(dòng)付可以是共軸的彈性傳動(dòng)付，也可以是同軸的彈性傳動(dòng)付，還可以是其它形式的能夠便于測(cè)量實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩的彈性傳動(dòng)付。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)傳感器及其及其固定裝置，其特征是信號(hào)傳感器及其固定裝置是集中在同一機(jī)電設(shè)備的一側(cè)，并固定在同一設(shè)備上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)傳感器及其及其固定裝置，其特征是固定支架能夠調(diào)節(jié)信號(hào)測(cè)試點(diǎn)與信號(hào)接收器之間的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性傳動(dòng)付，其特征是彈性傳動(dòng)付中的彈性元件均采用金屬?gòu)椥圆牧现谱鳌?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求4所述彈性傳動(dòng)付，其特征是當(dāng)采用彈性聯(lián)軸器作為彈性傳動(dòng)付時(shí)， 推薦使用改進(jìn)的彈性聯(lián)軸器。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)力設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備與轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備組合的方法。它在機(jī)電設(shè)備上直接組合了轉(zhuǎn)矩傳感器套件，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)可以獲得實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)，該參數(shù)可以作為機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，可以使控制系統(tǒng)將機(jī)電設(shè)備之間的動(dòng)力匹配等實(shí)時(shí)調(diào)控至最優(yōu)狀態(tài)。這將有利于機(jī)電設(shè)備的集成化和智能化，同時(shí)也有利于減小設(shè)備體積、降低設(shè)備的制造成本。
文檔編號(hào)G01L3/00GK103017958SQ20121035772
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者王建鈞 申請(qǐng)人:王建鈞