非接触式扭矩仪中的感应供电技术.pdf

2011年
假来技木与传
第10期
Instrument Technique and Sensor
No.10
非接触式扭矩仪中的感应供电技术
张桂香',陈涛',胡芳2
(1.湖南大学机械与运載工程学院,湖南长沙410082;2.湖南大学教育技术与工程训练中心,湖南长沙410082)
摘要:为了实现非接触式扭矩仪中的转子电路的无线供电,设计了采用单管谐振变换和松耦合变压器的感应耦合电
能传输系统,并且通过状态空间法对等效的电路拓扑进行了建模分析。实验结果表明:可以使用该模型较为精确地分析
电路的性能,同时,利用感应耦合供电系统中松耦合变压器原副边可分离的特点,可以实现非接触式扭矩仪中的无绒感应
供电,对类似应用也有一定的参考价值。
关键词;扭矩仪;感应耦合电能传輸;松耦合
中图分类号:TYP212
文献标识码
文章编号:1002-1841(2011)10-0018-03
Inductively Coupled Power Transfer of
Non-contact Torque Measurement
ZHANG Gui-xiang, CHEN Tao, HU Fang
(1. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, Chin
2. Educational Technology and Engineering Training Center, Hunan University, Changsha 410082, China)
Abstract In order to make sure that rotary circuit of non-contact torque measurement functions correctly, an inductively cou-
pled power transfer system, using a single power MOSFET as resonant converter, was presented. It was realized with a detachable
and ironless high frequency ransformer Furthermore, this paper offered a state-space method for the analysis of the equivalent cir-
cui. Expermen al resul s show that this model is precise enough to analyze the equivalent circuit and the system is suitable for
cordless power supply for non-contact torque measurement
Key words: torque measurement; ICPT; loosely coupled
0引言
用在需要进行长时间测量的实时状态监测系统中3-]。
扭矩测量是检验各类动力机械功率输出是否达到设计指
由于感应耦合供电( Inductively Coupled Power Transfer,
标的必备手段,也是各类动力机械运行状态监测和故障识别预ICPT)系统中变压器的原边线圈和副边线圈具有可分离和无接
报的主要信息源。作为测量扭矩的工具,扭矩仪的研发有着重触的特点,所以可采用ICPT技术,设计非接触式扭矩仪中的供
要的意义。非接触式扭矩仪采用应变片电测的方法进行扭电方案,实现电能从定子到转子的无线传输6-?。
矩测量,是当前国内外应用最广泛,技术最成熟的方法。非接1 ICPT系统的基本结构
触式扭矩仪的结构分为转子和定子2部分:转子上的电路接收
非接触式的电能传输可通过感应耦合、电容糰合和电磁波
定子传输的电能,稳压厝供给转子上的电路工作,同时将扭矩等方式实现。由于电容耦合传输的功率有限,而通过电磁波传
应变信号进行放大和滤波,通过射频方式发送到定子上;定子输需要极高的工作频率,故应用场合很有限,不适合为非接触
接收并处理转子发射过来的扭矩信号,同时利用直流电源为转式扭矩仪中的转子电路供电。在感应耦合的方式中,能量通过
子电路提供电能。
电磁场进行传递,与传统的变压器原副边紧密耦合在一起。不
如何将定子上的电能可靠地输送到转子上,为转子上电路同的是,用于非接触电能传输中的变压器原副边相互分离,有
正常工作提供电能,是非接触式扭矩仪开发面临的关键问题之一定的距离,是松散耦合的
-2。传统的解决方法是采用电刷、滑环和水银等引电装置的
一个典型的ICPT系统由相互分离的发送端和接收端2部
有线传输方式。电刷和滑环引电的方式存在机械摩擦和磨损,分组成,如图1所示。
所以不适合转速很高或者振动较大的场合。水银电刷装置复
松耦合变压器
杂,安装不便,容易污染环境,故应用不广。另外,在矿井中钻
具的扭矩测量,车辆旋转轴的扭矩测量等场合,由于受测量环
源逆变料偿
副边迒
补压负
境约東,往往不适合采用有线传输的方式。在测试时间不长而
且转速不高的场合,也可采用电池供电,但是由于电池供电寿
命有限,且容易引起高速时带来的动平衡问题,所以也不适合
图1典型ICPT系统的框图
发送端连接电源,通过逆变电路产生1个适当频率和幅值
基金项目:长沙市科技计刘项目(k803105-11)
收稿日期:2011-01-17收修改稿日期:2011-07-10
的交流信号,接收端把经由松耦合变压器接收到的信号通过整