一種扭矩測量方法以及扭矩測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及扭矩測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種扭矩測量方法以及扭矩測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩測量裝置主要包括應(yīng)變式傳感器和扭桿，利用該測量裝置測量 扭矩的方法為：如果需要測量靜態(tài)扭矩時，則將扭桿的一端與被測件連接并在被測件的驅(qū) 動下轉(zhuǎn)動，另一端固定起來，這樣通過應(yīng)變式傳感器測定扭桿在輸入扭矩作用下的微小變 形量經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換來測量扭矩值；如果需要測量動態(tài)扭矩，則將扭桿的一端與被測件連接 并在輸入扭矩的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，另一端自由轉(zhuǎn)動，這樣也可以通過應(yīng)變式傳感器測定扭桿在 輸入扭矩作用下的微小變形量來間接測得扭矩值。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩測量裝置以及利用該測量裝置進(jìn)行扭矩測量的方法存在以下 技術(shù)問題：由于需要通過測量扭桿的變形量來間接測量扭矩值，如果輸入的扭矩值超過測 量范圍時，容易使扭桿發(fā)生扭斷，進(jìn)而損壞扭矩測量裝置；如果輸入的扭矩過小，則很難使 得扭桿靈敏地變形，從而影響扭矩測量裝置的靈敏度以及精度。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩測 量裝置中的扭桿很難滿足變化幅度較大的扭矩值的測量，導(dǎo)致其通用性較差，經(jīng)常需要為 不同測量范圍的扭矩測量裝置配置不同彈性的扭桿。
[0004] 另外，現(xiàn)有技術(shù)中還存在一種不需要通過測量扭桿在輸入扭矩作用下的變形量即 可間接獲得扭矩值的方法，例如，中國期刊文獻(xiàn)《重質(zhì)殘油磁力傳動齒輪栗磁偶合器扭矩計 算》（楊逢瑜，於又玲）公開了一種對永磁耦合器所傳遞的扭矩值的解析計算公式，其完全 通過理論模型與假定的方式，推導(dǎo)給出永磁耦合器扭矩值與多參數(shù)之間的關(guān)系方程，此種 方法不需要測量扭桿的變形量，因此，克服了利用扭桿測量通用性差的缺陷，然而，由于該 種方法為在假定條件下的理論推導(dǎo)公式，不可避免地省略和假定了一些參數(shù)，且解析式復(fù) 雜，從而導(dǎo)致計算結(jié)果的精確性受到影響。
[0005] 綜上所述，如何提供一種通用性高的扭矩測量裝置以及提供一種通用性高且測量 精度高的扭矩測量方法是現(xiàn)有技術(shù)中還沒有解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩測量方法無法同時滿 足較高的通用性以及較高測量精度的技術(shù)缺陷，從而提供一種通用性高且測量精度高的扭 矩測量裝置。
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的扭矩測量裝置通用性差的技 術(shù)缺陷，從而提供一種通用性高的扭矩測量方法。
[0008] 為此，本發(fā)明提供的一種扭矩測量裝置，包括：
[0009] 第一永磁轉(zhuǎn)子，包括第一轉(zhuǎn)軸和設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸上的第一永磁體；
[0010] 第二永磁轉(zhuǎn)子，包括第二轉(zhuǎn)軸和設(shè)置在第二轉(zhuǎn)軸上的第二永磁體；
[0011] 所述第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置，所述第一轉(zhuǎn)軸與被測件連接，所述第二轉(zhuǎn)軸 固定或者隨被測件自由轉(zhuǎn)動，且所述第一永磁體和第二永磁體的磁極相互匹配并且設(shè)置有 氣隙；
[0012] 所述扭矩測量裝置，還包括，
[0013] 角度傳感器，用于測量所述第一轉(zhuǎn)軸受驅(qū)動而轉(zhuǎn)動時，所述第一永磁轉(zhuǎn)子與第二 永磁轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)動角度的差值；
[0014] 處理器，利用試驗數(shù)據(jù)建立的角度偏差值-扭矩曲線方程來計算第一永磁轉(zhuǎn)子與 第二永磁轉(zhuǎn)子的角度偏差值對應(yīng)的扭矩值。
[0015] 進(jìn)一步，本發(fā)明提供的的扭矩測量裝置，所述第一永磁體和第二永磁體具有相同 的磁極對數(shù)。
[0016] 進(jìn)一步，本發(fā)明提供的的扭矩測量裝置，所述第一永磁體和第二永磁體的排列方 式為N-S極交替排列或者海爾貝克陣列。
[0017] 進(jìn)一步，本發(fā)明提供的的扭矩測量裝置，所述角度傳感器包括，設(shè)置在第一永磁轉(zhuǎn) 子上的第一角度傳感器，和設(shè)置在第二永磁轉(zhuǎn)子上的第二角度傳感器。
[0018] 本發(fā)明還提供一種扭矩測量方法，
[0019] 通過試驗數(shù)據(jù)建立扭矩測量裝置中具有第一轉(zhuǎn)軸1及設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸1上的第一 永磁體2的第一永磁轉(zhuǎn)子和具有第二轉(zhuǎn)軸4及設(shè)置在第二轉(zhuǎn)軸4上的第二永磁體3的第二 永磁轉(zhuǎn)子的角度偏差值-扭矩曲線方程；
[0020] 利用被測件驅(qū)動扭矩測量裝置中所述第一永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，所述第二永磁轉(zhuǎn)子固定 或者自由轉(zhuǎn)動；
[0021] 利用角度傳感器測量所述第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間的角度偏差值；
[0022] 利用處理器根據(jù)試驗數(shù)據(jù)建立的第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間的角度偏差 值-扭矩曲線方程來計算實際測量的角度偏差值對應(yīng)的扭矩值。
[0023] 進(jìn)一步，本發(fā)明的扭矩測量方法，所述通過試驗數(shù)據(jù)建立扭矩測量裝置中第一永 磁轉(zhuǎn)子和第二永磁轉(zhuǎn)子的角度偏差值-扭矩曲線方程的步驟具體包括：
[0024] 向第一永磁轉(zhuǎn)子或第二永磁轉(zhuǎn)子其中之一輸入一系列已知的扭矩值，使得其中一 根轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，另一根轉(zhuǎn)軸固定或者隨被測件自由轉(zhuǎn)動；
[0025] 利用角度傳感器測量每一個確定的扭矩值作用下對應(yīng)的第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永 磁轉(zhuǎn)子之間的角度偏差值；
[0026] 根據(jù)一系列角度偏差值與扭矩值的映射關(guān)系通過曲線擬合的方式獲得角度偏差 值-扭矩曲線方程。
[0027] 進(jìn)一步，本發(fā)明的扭矩測量方法，采用所述第一永磁體和第二永磁體具有相同的 磁極對數(shù)的扭矩測量裝置進(jìn)行測量，所述通過試驗數(shù)據(jù)建立扭矩測量裝置中第一永磁轉(zhuǎn)子 與第二永磁轉(zhuǎn)子的角度偏差值-扭矩曲線方程的步驟具體包括：
[0028] 向第一轉(zhuǎn)軸或第二轉(zhuǎn)軸輸入連續(xù)增大的扭矩值；
[0029] 通過所述第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間發(fā)生打滑時的扭矩值和角度偏差值 分別確定正弦曲線的振幅及周期；
[0030] 通過所述周期和所述振幅確定角度偏差值-扭矩正弦曲線方程。
[0031] 進(jìn)一步，本發(fā)明的扭矩測量方法，所述振幅等于第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之 間發(fā)生打滑的臨界時刻的扭矩值；
[0032] 所述周期等于四倍的第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間發(fā)生打滑的臨界時刻的 角度偏差值。
[0033] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：
[0034] 1.本發(fā)明的扭矩測量裝置，不但可以作為扭矩的傳遞部件，而且，由于設(shè)置了角 度傳感器以及處理器，因此，其可以通過角度傳感器獲得第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之 間的旋轉(zhuǎn)角度的差值，并利用處理器計算得出被測件的扭矩值；在整個測量過程中，不需要 扭桿也不需要通過測量扭桿的變形量來間接測量扭矩，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用扭桿測 量存在的通用性差以及精度差的技術(shù)缺陷，上述扭矩測量裝置可以應(yīng)用于各種扭矩值的測 量，通用性好；并且，該裝置既可用于測試靜態(tài)扭矩也可以測試動態(tài)扭矩，適應(yīng)范圍廣；同 時，上述扭矩測量裝置很好地利用了現(xiàn)有技術(shù)中永磁耦合裝置的一部分結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)之 上進(jìn)行改造，使得扭矩測量裝置的結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉；此外，第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永 磁轉(zhuǎn)子之間具有氣隙，當(dāng)輸入的扭矩值過大時，通過第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子發(fā)生"打 滑"，防止整個扭矩測量裝置抱死，保護(hù)整個裝置和被測件的安全。
[0035] 2.本發(fā)明的扭矩測量裝置，第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)相同時，在 第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后，第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速相同，第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸 的角度偏差值不會因時間的變化而變化，第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸的角度偏差值可以在轉(zhuǎn)動穩(wěn) 定后的任意時間進(jìn)行測量，使測量更加方便。
[0036] 3.本發(fā)明的扭矩測量裝置，磁鋼排列采用N-S極交替排列和海爾貝克陣列 (Halbach Array)均可以使第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子傳遞的扭矩與角度偏差值之間形 成正弦分布的形式，使角度偏差值-扭矩曲線為更加接近正弦曲線，使現(xiàn)場標(biāo)定更為方便， 對扭矩的測量更為精確。
[0037] 4.本發(fā)明提供的扭矩測量方法，先通過試驗數(shù)據(jù)建立扭矩測量裝置的角度偏差 值-扭矩曲線方程，然后通過測量第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間的角度偏差值，根據(jù) 角度偏差值-扭矩曲線得到該角度偏差值對應(yīng)的扭矩值即實現(xiàn)了扭矩的測量。在整個測 量過程中，不需要扭桿也不需要通過測量扭桿的變形量來測量扭矩，從而避免了現(xiàn)有技術(shù) 中采用扭桿測量存在的通用性差以及精度差的技術(shù)缺陷，上述扭矩測量方法可以測量各種 扭矩值，通用性好；并且，該方法既可用于測試靜態(tài)扭矩也可以測試動態(tài)扭矩，適應(yīng)范圍廣； 此外，第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，當(dāng)被測件的扭矩值過大時，通過第一永 磁轉(zhuǎn)子與第二永磁轉(zhuǎn)子之間的"打滑"，，防止整個扭矩測量裝置抱死，保護(hù)整個裝置和被測 件的安全。
[0038] 5.本發(fā)明提供的扭矩測量方法，由于所述扭矩測量裝置中第一永磁轉(zhuǎn)子與第二永 磁轉(zhuǎn)子具有相同的磁極對數(shù)，因此第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后，第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸 的轉(zhuǎn)速相同，第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸的角度偏差值不會因時間的變化而變化，第一轉(zhuǎn)軸與第 二轉(zhuǎn)軸的角度偏差值可以在轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后的任意時間進(jìn)行測量，使測量更加方便。并且，角度