Датчик крутящего момента

Авторы патента:

Спиридонов Алексей Александрович (RU)

G01L3/10 - с электрическими или магнитными индикаторными средствами

Владельцы патента RU 2334962:

Закрытое акционерное общество "ЗЭиМ-Лайн" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения крутящего момента вала рулевого колеса, скорости и положения ротора в системе управления электромеханическим усилителем руля. Устройство содержит вал и ротор, соединенные упругой муфтой. Упругая муфта выполнена из двух полумуфт, на которых закреплены магнитные кольца, намагниченные с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, причем кольца могут быть выполнены из магнитотвердого материала с последующим многополюсным намагничиванием. Полумуфты соединены упругими плоскими пружинами. На неподвижном корпусе закреплены два или более датчиков измерения величины магнитного поля, расположенные над магнитными кольцами и смещенные относительно друг друга. Плата обработки сигналов установлена в корпусе, либо вне его, либо во внешнем устройстве и подключена к датчикам. Технический результат заключается в упрощении конструкции датчика, повышении технологичности и расширении выполняемых функций, а именно: измерении крутящего момента, угловой скорости, направления вращения и положения ротора. 1 ил.

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами, и может использоваться в качестве датчика бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала, датчика положения и датчика скорости ротора в системе управления электромеханическим усилителем руля.

Известен датчик частоты и крутящего момента [1], содержащий механический узел, состоящий из измерительного элемента, ведущего и ведомого валов, двух фотодатчиков, двух светодатчиков, и электрический узел, состоящий из компаратора, блока сравнения и индикатора.

Известен датчик крутящего момента вала [2], содержащий торсионный вал, корпус, внутри которого размещен каркас катушек индуктивности с обмотками и экраны с перфорированными в них окнами.

Известен датчик крутящего момента вала [3], содержащий торсионный вал, корпус, внутри которого размещен каркас катушек индуктивности с обмотками, и экраны с перфорированными окнами.

Известен датчик крутящего момента вала [4], содержащий торсионный вал с жестко закрепленным чувствительным элементом из магнитоупругого материала, корпус с двумя катушками индуктивности.

Известен датчик крутящего момента вала [5], содержащий торсионный вал, корпус с каркасом катушек индуктивности, экраны с перфорированными в них окнами.

Известно устройство [6] для измерения крутящего момента на валу, содержащее вал, состоящий из 2-х частей, втулки, соединяющей обе части вала посредством эластичного тела, на одной части вала закреплен постоянный магнит, на другой части вала, напротив магнита, расположен датчик величины магнитного поля, корпус с закрепленными контактами. При приложении крутящего момента к одной из частей вала вследствие деформации эластичного тела магнит перемещается относительно датчика, который детектирует изменение магнитного поля, а приложенный крутящий момент является функцией углового перемещения частей вала в зависимости от упругости эластичного тела.

Недостатком этого устройства является сложность закрепления упругого элемента во втулке, наличие проводов, которые подвергаются механическому воздействию, ограничение количества оборотов в одну сторону петлями проводов, необходимость настройки центра датчика и центра магнитного поля на магните механическим путем. А также то, что измерения осуществляются в зоне малых перемещений постоянных магнитов, которые имеют большой разброс параметров. По этой причине чувствительность устройства недостаточна.

Заявляемое изобретение представляет устройство, содержащее вал, состоящий из 2-х частей, а именно вала и ротора, упругую муфту, жестко закрепленную на валу и роторе и состоящую из двух полумуфт, соединенных упругими элементами, неподвижный корпус с датчиками величины магнитного поля, магнитные кольца, плату обработки сигналов.

Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении технологичности датчика, устранении механической настройки, повышении помехозащищенности датчика, выполнении новых функций, а именно: измерения угловой скорости, направления вращения и положения ротора, в одном компактном устройстве.

Технический результат достигается следующим образом. Упругая муфта, закрепленная на валу и роторе, выполняющая функцию эластичного тела, состоит из двух полумуфт, соединенных между собой упругими элементами, выполненными в виде плоских пружин (возможно исполнение упругих элементов в виде проволок, витых пружин, плоской пластины). На каждой полумуфте закреплено одно намагниченное кольцо с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, причем кольца могут быть выполнены из магнитотвердого материала с последующим многополюсным намагничиванием. На неподвижном корпусе закреплены два или более датчиков измерения величины магнитного поля, расположенные над магнитными кольцами и смещенные относительно друг друга. Плата обработки сигналов, установленная в корпусе (либо вне его, либо во внешнем устройстве) и подключенная к датчикам магнитного поля, определяющая положение, направление вращения, угловую скорость ротора и значение крутящего момента рулевого вала как в аналоговом, так и в цифровом виде. Измеряя величину напряжения с датчиков магнитного поля, смещенных относительно друг друга в двух или трех точках, определяют положение ротора двигателя и вала, а также направление вращения, угловую скорость ротора и крутящий момент на валу, который является функцией разности углов положения ротора и вала от жесткости упругого элемента. Измеряя напряжение на датчиках, определяют необходимые параметры, а именно: положение, направление вращения, угловую скорость ротора, крутящий момент на валу.

На чертеже показан продольный разрез датчика.

Датчик состоит из полумуфт 1, закрепленных на части вала 4 и роторе 5, магнитных колец 2, упругих элементов 3, соединяющих полумуфты 1, датчиков уровня магнитного поля 6, неподвижного корпуса 7, платы 8.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии крутящего момента положение магнитных колец 2, а следовательно, вала 4 и ротора 5 совпадают. Датчики измерения магнитного поля 6 подают электрические сигналы на плату 8, которая обрабатывает полученные сигналы и определяет положение ротора и вала, направление вращения, угловую скорость и крутящий момент. Плата 8 обрабатывает сигналы (величины напряжений датчиков магнитного поля) и определяет положение вала и ротора, направление вращения, угловую скорость, а также определяет разность углов положения ротора и вала, по которой определяется крутящий момент на валу. Разность углов в данном случае равна нулю - следовательно, крутящий момент нулевой.

При приложении крутящего момента упругие элементы 3 подвергаются деформации, положение вала и ротора начнет отличаться друг от друга, то есть появится разность углов положения вала и ротора, которая пропорциональна приложенному крутящему моменту.

Таким образом, за счет упрощения конструкции датчика повышается технологичность, помехозащищенность датчика появляется возможность выполнения нескольких дополнительных функций, а именно: измерение угловой скорости, направления вращения и положения ротора в одном компактном устройстве.

Библиографические данные

1. - RU 2099677.

2. - RU 2152600.

3. - RU 2165075.

4. - RU 2244907.

5. - RU 2244274.

6. - US 4173265.

Датчик крутящего момента вала, содержащий вал, состоящий из двух частей, на одной части вала на корпусе с контактами установлен датчик уровня магнитного поля, отличающийся тем, что вал и ротор, соединенные упругой муфтой, состоящей из двух полумуфт, соединенных упругими элементами в виде плоских пружин и с закрепленными на них кольцевыми постоянными магнитами, намагниченными в радиальном направлении с числом полюсов, равным числу полюсов ротора, причем корпус содержит датчики уровня магнитного поля, смещенные относительно друг друга, и плату обработки сигналов датчиков.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения крутящего момента. .

Способ оценивания массы полезного груза, поднимаемого грузоподъемной установкой, приводимой асинхронным двигателем с фазным ротором, и устройство для его реализации // 2306535

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента электродвигателя. .

Способ определения электромагнитного момента трехфазного асинхронного двигателя // 2301975

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электромагнитного момента погружных асинхронных двигателей, применяемых в нефтяной и газовой промышленности.

Устройство для измерения нагрузок на вращающихся деталях // 2297606

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации нагрузок, в частности крутящего момента, изгибающего момента и осевого усилия, на вращающихся деталях, таких как валы, шпиндели или цапфы.

Датчик крутящего момента для электромеханического усилителя руля // 2296689

Изобретение относится к составным узлам электромеханического усилителя руля (ЭМУР), предназначенного для снижения усилия на руле, в частности, при маневрах на малых скоростях и повороте колес на неподвижном автомобиле.

Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя // 2283482

Изобретение относится к измерительной технике. .

Устройство для бесконтактного измерения крутящего момента // 2274841

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Устройство для контроля крутящего момента на валу электродвигателя // 2269752

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на валу электродвигателя. .

Устройство определения напряжения, пропорционального крутящему моменту вала // 2269104

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформации валов. .

Способ измерения крутящего момента на валу и устройство для его осуществления // 2267754

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на вращающемся валу сельскохозяйственных агрегатов. .

Магнитоупругий датчик крутящего момента вала // 2357219

Изобретение относится к автомобилестроению и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Устройство для измерения крутящего момента и осевого усилия во вращающихся валах // 2380667

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента и осевого усилия валов различных силовых установок, используемых на морских судах, в металлургии и других областях техники

Устройство для бесконтактного измерения крутящего момента // 2428666

Изобретение относится к измерительной технике

Устройство для измерения крутящего момента, передаваемого валом отбора мощности // 2497087

Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения крутящего момента, передаваемого валом двигателя, например валом газотурбинного двигателя самолета. Изобретение относится к устройству для измерения крутящего момента, содержащему: вал (12) отбора мощности для передачи крутящего момента вращения вокруг оси (A) вала отбора мощности; первое колесо (18), содержащее угловые метки, причем упомянутое колесо прикреплено к валу отбора мощности; опорный вал (20), содержащий второе колесо с угловыми метками; и датчик (26), расположенный напротив, по меньшей мере, одного из колес с возможностью определения крутящего момента, передаваемого валом отбора мощности, согласно изобретению первое колесо (18) содержит первую и вторую последовательности угловых меток; и второе колесо (22) содержит третью и четвертую последовательности угловых меток, причем метки первой и третьей последовательностей взаимно параллельны, а метки второй и четвертой последовательностей взаимно параллельны и расположены под углом относительно первой осевой плоскости, содержащей ось (A), причем метки первой последовательности расположены под углом относительно меток второй последовательности, посредством чего сигнал, выдаваемый упомянутым датчиком (26), также характеризует температуру вала (12) отбора мощности. Технический результат - создание устройства для измерения крутящего момента, передаваемого валом отбора мощности, упрощение конструкции, уменьшение веса и стоимости. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Устройство для измерения момента сопротивления от сил "магнитного трения" в неконтактных подвесах // 2498244

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения тормозного момента от действия вихревых токов и гистерезиса в роторных механизмах на электромагнитных опорах. Устройство содержит статор и ротор осевого или радиального активного электромагнитного подшипника, при этом ротор вращается в подшипниках приводным двигателем. Дополнительно оно снабжено дополнительными подшипниками, позволяющими статору поворачиваться вокруг оси вращения и перемещаться по оси регулировочными винтами в пределах воздушных зазоров, и цапфами, соединенными с динамометрами растяжения и (или) сжатия. Технический результат заключается в упрощении устройства и повышении точности измерений. 2 ил.

Автоматизированный стенд контроля выходных характеристик спиральных пружин // 2526553

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного определения величины момента, создаваемого различными пружинами, и контроля качества этапов технологического процесса их изготовления. Устройство включает в себя стенд, выходной вал которого соединен с зажимом внутреннего конца испытуемой пружины, зажим наружного конца испытуемой пружины, связанный с входным валом стенда, соединенным в свою очередь через редуктор с электродвигателем, который подключен к выходу блока управления приводом, блок реверсирования, счетчик импульсов, вход которого связан с выходом датчика угла, а информационный выход с дешифратором конца измерения, компаратор, вход которого подключен к фотоприемнику, связанному с источником света через зеркало оптической системы, интегратор, выход которого связан со входом аналого-запоминающего блока, выход которого соединен с входом блока управления током, информационный выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого соединен с входом регистратора, а запускающий выход - с запускающим входом регистратора. Также оно включает регулировочное устройство, коромысло, подвижный балансировочный груз, тяговую обмотку электромагнита, подключенную к управляющим выходам блока управления током, сердечник электромагнита, установленный на первом плече коромысла, которое жестко закреплено на выходном валу стенда, а на втором плече коромысла установлено зеркало оптической системы и подвижный балансировочный груз, механически соединенный с регулировочным устройством, ключ, блок запуска измерения, узел сцепления, который связывает входной вал датчика угла с входным валом стенда, а его управляющий вход подсоединен к управляющему входу ключа. Технический результат заключается в повышении точности измерений момента, создаваемого пружиной, расширении диапазона измеряемых моментов, а также увеличении производительности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система управления с обратной связью для управления сгоранием в двигателях // 2529983

Изобретение может быть использовано в системах управления с обратной связью для управления сгоранием в двигателях внутреннего сгорания. Система (10) двигателя внутреннего сгорания содержит многоцилиндровый двигатель (12), нагрузку (14), соединенную с двигателем посредством коленчатого вала (16), магнитный датчик (24) крутящего момента, расположенный между двигателем (12) и нагрузкой (14) и управляющий модуль (26). Магнитный датчик (24) крутящего момента выполнен с возможностью прямого измерения крутящего момента двигателя (12) и формирования выходного сигнала (28) крутящего момента, указывающего крутящий момент двигателя (12). Управляющий модуль (26) соединен для взаимодействия с магнитным датчиком (24) крутящего момента. Управляющий модуль (26) содержит модуль (30) сбора данных, выполненный с возможностью приема сигнала (28) крутящего момента и формирования одного или более выходных сигналов (32, 34, 36, 38), соответствующих одному или более параметрам сгорания, на основе сигнала (28) крутящего момента. Модуль (30) сбора данных содержит фильтр высоких частот для формирования выходного сигнала детонации, выполненный с возможностью приема сигнала крутящего момента и формирования выходного сигнала детонации, соответствующего цилиндру двигателя из множества цилиндров (20) двигателя (12). Управляющий модуль (26) выполнен с возможностью управления одним или более управляющими параметрами двигателя (12) на основе одного или более параметров сгорания для управления сгоранием в каждом цилиндре двигателя (12). Раскрыт вариант выполнения системы. Технический результат заключается в повышении точности управления параметрами двигателя. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для измерения угла закрутки вала, передающего крутящий момент // 2540938

Изобретение относится к области теплоэнергетики, может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС) на энергетическом оборудовании, имеющем открытые участки валопровода, и предназначено для измерения угла закрутки валопровода с возможностью пересчета данного угла в единицы мощности, передаваемые данным валопроводом. Устройство для измерения величины закрутки вала включает индукторы на валу, датчики на статорной части, генерирующие импульсный электрический сигнал при прохождении индуктора под датчиком в процессе вращения вала, и контроллер, фиксирующий время прихода каждого импульса в виде сигналов от датчиков. Индукторы установлены в торцевых сечениях вала и расположены по два диаметрально противоположно в плоскости, проходящей через ось вращения вала. Индукционные датчики расположены в статорной части напротив каждого индуктора. Перед одним из индукторов в торцевом сечении вала установлен дополнительный индуктор для получения метки синхронизации при вращении вала. Величина угла закрутки вала φ определяется по соответствующему соотношению. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения величины закрутки вала. 2 ил.

Устройство для бесконтактного измерения крутящего момента // 2555189

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на вращающих валах машин и механизмов. Устройство содержит ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статор с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой. Выход усилителя подключен ко входу модуля измерения крутящего момента. Конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина конденсатора связи через первый детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации, конденсатор связи выполнен дифференциальным, вторая неподвижная пластина которого подключена ко входу второго детектора, а электронный блок обработки информации снабжен модулем определения направления вращения, первым входом подключенного к выходу первого детектора, а вторым входом к выходу второго детектора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения направления вращения. 3 ил.

Способ определения крутящего момента и/или угловой скорости вращающегося вала и устройство для выполнения способа // 2558714

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для измерения крутящего момента и угловой скорости вращающегося вала. Способ содержит этапы генерации первого и второго аналоговых сигналов с помощью датчика, генерирующего сигнал при прохождении перед ним зуба одного или нескольких колес, снабженных зубьями и закрепленных на валу, при этом второй аналоговый сигнал сдвинут во времени относительно первого сигнала и имеет длительность, равную длительности первого аналогового сигнала, преобразования первого и второго сигналов в первый и второй цифровой сигналы. Также он содержит этап корреляции первого и второго цифровых сигналов, и затем вычисляют промежуток времени между двумя прохождениями зубьев посредством интерполяции функции взаимной корреляции с помощью метода наименьших квадратов. Устройство содержит одно или несколько колес, снабженных зубьями, причем каждое колесо жестко соединено с одной точкой вала, датчик, выполненный с возможностью преобразовывать прохождение каждого зуба перед ним в импульсы аналогового сигнала, аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью преобразовывать выдаваемый датчиком аналоговый сигнал в цифровой сигнал, вычислительный блок, предназначенный для вычисления функции взаимной корреляции двух цифровых сигналов, выдаваемых аналого-цифровым преобразователем, и вычисления промежутка времени между двумя импульсами аналогового сигнала исходя из функции взаимной корреляции. Технический результат заключается в повышении точности и надежности измерений. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.