[发明专利]磁弹性扭矩传感器

说明书

本发明涉及了一种利用软磁材料磁致伸缩效应，以非接触方式，测量扭矩或转矩的传感器。特别是一种输出电平高、线性好、抗干扰能力强的磁弹性扭矩传感器。本磁弹性扭矩传感器可广泛地应用于测量静态和动态扭矩。

现有的扭矩传感器分为三类：第一类为应变片式的扭矩传感器，它使用一组应变片作为敏感元件。应变片以桥式回路的形式粘贴在扭矩传递轴上，这种传感器存在下列问题：应变片用于回转系统时，需要遥测仪表或用于联接应变片的集流环装置，集流环属于磨损件，因而寿命短，同时维修十分困难。第二类是扭转角式的扭矩传感器，它使用安装在传动轴上两个不同部位的磁性元件或反射元件作为敏感元件，通过对两个部位的相位差测定来测量扭矩。这类传感器体积很大，安装不方便，同时低速的性能较差。第三类为磁弹性扭矩传感器，它利用磁性材料的磁致伸缩效应原理来检测扭矩。它由激磁线圈、测量线圈和弹性轴所组成，这类传感器能实现非接触方式的扭矩测量，对原测量系统无不利影响。如日本专利（昭和61-42180）所提出的一种磁弹性传感器。但它存在着两个不可避免的问题：①它在传动轴上垂直粘贴了一层作为应力敏感元件的软磁合金薄带，并且测量线圈只有一组，当轴矩为零时，输出信号不为零，使二次仪表复杂化，增加了系统误差。另外②为了避免轴体材料本身磁性对于测量的影响，它在薄带与轴体材料之间粘贴了一层铝片，起屏蔽作用，但粘贴工艺较复杂，很难以保证外表面与轴的同心度，而且有内应力存在，直接影响测定的准确性。

本发明的任务是要提供一种新型的磁弹性扭矩传感器。它能不受轴体表面内应力及轴体本身磁性不均匀的影响，达到输出信号稳定、灵敏度高、线性度好及抗干扰能力强的测量效果。

本发明的任务是以如下方式完成的：

在磁弹性扭矩传感器的扭矩传动轴1上，粘贴软磁合金薄带的部位先镀有一层铜2，起磁屏蔽作用，避免轴体材料磁性的干扰。在该铜镀层上分别粘贴两组完全对称、具有均匀间隔的软磁合金薄带3、3′，两组软磁合金薄带的数目相同，且互相对称成人字型，与扭矩传动轴的轴心线成±45°角粘贴。本发明中的两组软磁合金薄带采用Fe-Si-B构成的非晶态合金。在上述的软磁合金薄带的外围分别设置两组由激磁线圈6、7和检测线圈8、9组成的园筒形线圈，激磁线圈位于检测线圈的里面。两组线圈分别与两组软磁合金薄带相对应。两个激磁线圈串联，用交流电源11在扭矩传动轴11的表面区域内建立恒定的交变磁场。两个检测线圈差动联接。这样，当扭矩传动轴所承受的扭矩为零时，检测线圈的输出为零;当扭矩传动轴承受扭矩或转矩时，两组软磁合金薄带在其粘贴的方向上分别承受拉、压应力，其磁致伸缩作用分别增加或减小，这样在差动检测线圈中就有一个正比于扭矩的电压信号输出，这个信号在传感器上经过信号予处理后直接送入显示。另外，在线圈的外面罩有E字型磁性外罩10，该外罩由高导磁性、低铁损耗、低矫顽力的软磁材料构成，它与粘贴在扭矩传动轴上的软磁合金薄带3、3′一起，构成闭环磁路，有效地提高了灵敏度、线性度及抗干扰能力。本发明制作工艺简单，它能不受轴体本身磁性不均匀的影响，达到输出信号稳定，测量准确的效果。另外该传感器本体中还附加安装一组由霍尔元件及磁钢齿轮组成的转速传感器，可以同时测量传动轴的转速。本发明广泛地应用于测量：

a、内燃机、电动机、柴油机等各种动力机的输出扭矩。

b、压缩机、水泵等各种工作机工作时所需扭矩。

c、各种机床在操作过程中所需扭矩。

d、各种动力传递系统所传递的扭矩及其传递效率等……

以下将结合附图对本发明作进一步详细地描述：

图1为本发明原理示意图。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明激磁线圈的电源供给线路和检测线圈输出信号的信号予处理线路图。