CN103858013A - 用于确定铁磁组件的旋转速度的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过根据在圆盘中径向指向的力（σ）检测导磁率变化来确定铁磁圆盘（2）的旋转速度的方法，其中，为了进行测量，将至少一个无接触工作的磁弹性传感器（1）沿轴向指向待测量的铁磁圆盘（2）的端面，用于检测产生径向力时的导磁率变化，及其对其进行计算。主要应用：对转动的组件进行无接触的数据测定。

Description

用于确定铁磁组件的旋转速度的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定铁磁的、旋转组件，特别是圆盘或轴的转动速度及其他参量的方法和传感器装置。此外描述了一种用于检测旋转的、铁磁圆盘中的应力的装置。
背景技术
由于在加速或制动时出现的径向指向的力，旋转的圆盘例如飞轮盘、制动盘或类似的快速旋转的组件可能出现损害。同时获知圆盘的转速，或更佳地，获知圆盘上所产生的力是非常有益的。借助这些知识可以大致描述出所产生的损害的范围。除此之外，可以实现对***的监控、调节与优化。
为了确定圆盘的角或旋转速度迄今一直应用在圆盘上做标记的方法，这些标记可以被适当的传感器所读取。根据标记经过的频率可以算出速度。
然而由旋转而引起的力不能被这类***测量。
应变片/DMS提供了这样一种可能性，即通过特定的方法来测定工件所受的力。然而这也存在缺点，即应变片必须粘在圆盘上并且要由转发器来接受传感数据。通过这种方法仅可以粗略地测定旋转速度，却不能对变化快速做出反应。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种方法和一种装置，通过该方法和装置能够在不调整测量对象的情况下，测量或计算旋转组件，如圆盘的旋转速度和/或转速。
上述目的通过独立的权利要求的每个特征组合实现。
本发明以下述知识为基础，即无接触操作的磁弹性力传感器被安置在待测量的铁磁圆盘或组件的前面或端面处，并且相对于它们的旋转轴线的平行的指向，其中，由对在圆盘中的导磁率变化进行的测量得出旋转速度的测量。传感器的最高灵敏度尽可能的设置为，使得径向力被测量。
由于圆盘的旋转会出现径向力，这些径向力可以被力传感器检测到。举例来说，这些力可以是离心或向心力。优选地，传感器被安置在圆盘的边缘区域，在这些区域由于高转速会出现最大的力。旋转速度可以由所测得的力的大小计算出来。
由于原则上该测量不依赖于测量对象上的标记，因此该测量可以在高分辨率的情况下连续地执行。由此在高旋转速度下小波动也可以被检测到。
因此所述***可以检测旋转振动。
若使用一个附加的磁弹性传感器，该传感器同样平行于旋转轴线指向并同时与第一传感器以一定间距的指向在旋转的圆盘的端面，则可以直接测量到附加的其他的力，如制动或加速力，或通过结果算出附加的其他的力。这就要求，附加磁弹性传感器的主要灵敏度的校准相对于至少一个传感器来改变，例如具有成角的、偏转的或偏移的。可以通过调节附加磁弹性传感器的传感探头进行调节。
由于通过制造过程引起的铁磁性材料中所谓的“固有”应力，可以连续地推导出圆盘的实时角位置。
若圆盘不是由铁磁性材料构成，则可以例如涂覆铁磁涂层。如果不需要进行连续测量，则可以仅局部地涂覆铁磁涂层材料。
附图说明
下面借助附图描述实施例。
图1示出用于根据径向工件或圆盘2上出现的应力来测定转数的***，
图2示出从轴3方向看相应于图1的示图。
具体实施方式
圆盘以其大前面或端面被大平面地示出，磁弹性传感器1被安置在圆盘2外圆周并且平行于旋转轴5指向。轴3及在组件或在圆盘2中出现的力σ被描绘出来，对该力的估计反推出圆盘的旋转速度。磁弹性传感器1具有能够调节的传感器探头。
铁磁性材料的导磁率受机械应力的影响。这种物理效应，被称作磁弹性效应，可以被用来测量旋转物体的转矩。同时转矩会在旋转的物体内产生应力。借助磁弹性传感器对转矩进行测量的显著特征在于高准确性，其和使用参考标记的方法一样也不太需要后置校准。
为了测量驱动轴而使用的转矩磁弹性转矩传感器已经例如在专利说明书DE102009008074中已知。该文献中描述了一种用于测量轴的转矩的测量装置，该装置包括以与轴的表面预定的间距来定位转矩传感器。
为了测量机器中传送力的轴的转矩，在离轴的表面较小的距离上无接触地布置至少一个电磁线圈，该线圈对在轴上的铁磁涂层中的导磁率的变化或具有信号的铁磁的轴本身做出反应。这里所述轴上必须施加有扭转应力。
磁弹性转矩传感器必须沿着驱动转矩和相对于驱动转矩作用的反应转矩之间的轴来布置。
相应于本发明的传感器或传感器***可以允许，在测量对象没有变化的情况下，来测量转速和力，例如在其制动或加速时进行。无接触测量也可以优选地连续进行。同时，无需对测量对象进行编码或其他匹配。此外，快速旋转的圆盘例如飞轮能够用于能量存储并对其进行监控。
由于无接触的测量原理，所提出的***适用于辅助现有的设备。转速还可以由其他参数计算。执行对以高转速旋转的圆盘的测量的磁弹性传感器1，可以确定在特定位置上的径向力和其变化并由此确定其他参数。
因此，相应于本发明的方法及装置可以被普遍地用于圆盘的优化和监控。由于其无接触的测量原理，该***可以在现有设备中有多种应用。
特别地，可以说明组件或机器所剩的寿命。此外，还可以在发生严重损坏之前，对执行紧急断路进行判定。
此外，可以根据圆盘的固有应力来执行角位置测量。通常提供干扰信号固有应力在这种情况下可以被用来确定圆盘的角位置。这样的***在高转速的情况下也可以体现其重要的优势。

Claims (10)

1.一种用于通过根据在组件中径向指向的力（σ）检测导磁率变化来确定铁磁组件（2）的旋转速度的方法，其中为了进行测量，将至少一个无接触工作的磁弹性传感器（1）平行于旋转轴线地指向待测量的所述铁磁组件（2）的端面，通过检测在所述组件中的相应的导磁率变化来测量所产生的径向力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个所述磁弹性传感器（1）定位在所述组件（2）径向的外部边缘区域。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，由测量值计算出所述组件（2）的旋转速度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用至少一个附加的磁弹性传感器（1），该附加的磁弹性传感器与第一传感器同时指向转动的组件的所述端面，并且所述附加的磁弹性传感器的灵敏度的主要的指向以确定的角度相对于至少一个所述磁弹性传感器的灵敏度的指向设定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，测量和/或计算在转动圆盘（2）处的加速力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，组件（2）至少局部地设有铁磁涂层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在考虑所述圆盘（2）内中固有应力的情况下进行角位置的确定。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中进行旋转振动的检测。
9.一种用于借助执行相应于权利要求1至8所述的方法来检测旋转的铁磁组件，例如圆盘或轴的应力的传感器装置，其中能够测量在轴（3）上旋转的组件或圆盘处的导磁率变化，所述组件或圆盘具有轴平行地相对于所述组件或所述圆盘（2）的端面定位的至少一个磁弹性传感器（1），所述磁弹性传感器用于测定所述组件或所述圆盘中的径向力。
10.根据权利要求9的传感器装置，其中，所述定位设置在飞轮盘、飞轮、制动盘处以对所述飞轮盘、所述飞轮、所述制动盘进行监控。
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