一种用于测量涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器的制作方法

1.本实用新型属于机电控制系统领域，具体涉及一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器。


背景技术：

2.传统的磁电式转速传感器方案如图1所示，转速传感器与导磁体材料制成的音轮组成带间隙的磁通回路，当音轮转动时，由于间隙的变化使传感器线圈感受到的磁通量产生变化(当齿顶转到传感器端部时，间隙最小，传感器线圈感受到的磁通量最大；当齿底转到传感器端部时，间隙最大，传感器线圈感受到的磁通量最小)，从而产生感应电动势，此感应电动势的频率与磁通量的变化率大小相等，即与音轮转速和音轮齿数的乘积成正比,传感器即根据此原理测量音轮的转速。原理公式为：n＝60f/zi，其中n为音轮转速，z为音轮齿数，i为音轮传动比，f为传感器输出电压频率。
3.传统的磁电式转速传感器将磁钢安装在转速传感器内部，其结构如图2所示，主要用于测量音轮的转速。音轮齿顶和转速传感器之间的间隙仅为(1～2)mm。由于飞机涡轮冷却器的结构特殊要求，涡轮冷却器工作时，叶轮高速旋转(最高转速高达140000r/min)，如果转速传感器距离叶轮过近，容易打坏叶轮，造成涡轮冷却器故障，具有一定的危险性。因此，有必要发明一种新型的转速传感器来测量飞机涡轮冷却器的转速。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的：由于飞机的涡轮冷却器是飞机环控制冷系统的核心部件，直接影响飞行任务的执行，而转速传感器用于监测涡轮冷却器的工作状态。本实用新型的目的是提供用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器。
5.本实用新型的技术方案：
6.一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，包括磁钢和转速传感器，其中磁钢安装在涡轮冷却器的旋转轴上，转速传感器设在旋转轴径向距离20到50mm处。
7.进一步的，转速传感器包括铁芯组件和引出线组件，铁芯组件设在壳体内，并通过壳体保持位置固定，铁芯组件通过引出线组件将磁场变化信息传输出去。
8.进一步的，铁芯组件是铁芯和线圈绕制形成的结构，线圈连接引出线组件。
9.进一步的，引出线组件包括接线印制板、绝缘垫片和电缆，线圈连接接线印制板，接线印制板的另一端通过电缆伸出壳体与外部的插头连接；绝缘垫片设在壳体的开口处。
10.进一步的，电缆由橡胶垫包裹保护并与壳体开口处的盖子隔开。
11.进一步的，铁芯组件横向设在磁钢的径向延伸位置上，转速传感器的壳体横置，壳体的开口处朝向为旋转轴的外径向。
12.本实用新型的有益效果：
13.本实用新型相对于传统的磁电式转速传感器测速方案，其测量对象不必要为导磁体材料的音轮，与测量对象的距离可以延长到(20～50)mm。由于测量对象是高速旋转的，难
免在高速旋转时产生一定的位移，测量距离的延长可以极大地提升安全性和可靠性。并且，这种磁电式转速传感器输出的频率信号更近似于正弦波，比传统的转速传感器输出波形更好，幅值也能够满足上位机采集的要求。
附图说明：
14.图1是表示传统的磁电式转速传感器方案；
15.图2是表示传统的磁电式转速传感器的结构图；
16.图3是表示本实用新型的安装示意图；
17.图4是表示本实用新型的原理方案图；
18.图5是表示本实用新型的结构图；
19.图6是表示本实用新型的电磁仿真输出波形图；
20.其中，1-壳体，2-盖子，3-绝缘垫片，4-接线印制板，5-电缆，6-尾附件，7-插头，8-橡胶垫，9-铁芯组件，10-涡轮冷却器壳体，11-涡轮冷却器螺母，12-旋转轴，13-转速传感器，14-涡轮冷却器叶轮。
具体实施方式
21.本部分是本实用新型的实施例，用于解释和说明本实用新型的技术方案。
22.一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，包括磁钢和转速传感器，其中磁钢安装在涡轮冷却器的旋转轴12上，转速传感器13设在旋转轴径向距离20到50mm处。
23.转速传感器13包括铁芯组件9和引出线组件，铁芯组件9设在壳体1内，并通过壳体1保持位置固定，铁芯组件9通过引出线组件将磁场变化信息传输出去。
24.铁芯组件9是铁芯和线圈绕制形成的结构，线圈连接引出线组件。
25.引出线组件包括接线印制板4、绝缘垫片3和电缆5，线圈连接接线印制板4，接线印制板4的另一端通过电缆5伸出壳体1与外部的插头7连接；绝缘垫片3设在壳体1的开口处。
26.电缆5由橡胶垫8包裹保护并与壳体1开口处的盖子2隔开。
27.铁芯组件9横向设在磁钢的径向延伸位置上，转速传感器13的壳体1横置，壳体1的开口处朝向为旋转轴的外径向。
28.下面结合附图，对本实用新型的具体实施进行进一步说明。
29.传统的磁电式转速传感器将磁钢安装在转速传感器内部，其原理如图1所示，结构如图2所示，主要用于测量音轮的转速。音轮齿顶和转速传感器之间的间隙仅为(1～2)mm。当测速部件高速旋转时，难免产生一定的位移，(1～2)mm的间隙就不足以保证测量转速时的安全距离，容易因测速部件的位移而产生接触，造成产品故障，并具有一定的危险性。
30.本实用新型提供一种用于测量涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，其安装示意图如图3所示，其工作原理图如图5所示。在涡轮冷却器转子上安装一对强磁永磁体磁钢，产生旋转磁场，通过在涡轮冷却器蜗壳内设置导磁机构高效传递磁场，磁电式转速传感器中的线圈切割旋转磁场产生感应电动势，其频率等于涡轮冷却器转速频率。
31.由于涡轮冷却器的蜗壳内设置了导磁机构，因此磁电式转速传感器与磁钢之间的距离可以延长到(20～50)mm，这就保证了即使因为涡轮冷却器工作时，涡轮轴高速旋转产
生了一定的位移，也不会导致磁钢与磁电式转速传感器的接触，从而保证了涡轮冷却器和转速传感器的工作时互相不影响，极大的提高了涡轮冷却器和转速传感器的可靠性和安全性。
32.本实用新型的结构如图5所示，将漆包线绕制在导磁材料的铁芯上形成铁芯组件，将铁芯组件灌封在壳体内部，铁芯组件的线缆通过转接印制板加固后再形成电缆通过插头进行信号输出，再通过激光焊接的方式将盖子和壳体进行焊接。通过本实用新型内部的铁芯组件切割旋转的磁场，产生感应电动势，由于在涡轮冷却器上是对称安装的一对强磁永磁体磁钢，因此本实用新型产生感应电动势的频率等于涡轮冷却器的转速频率。
33.本实用新型的电磁仿真结果如图6所示，在涡轮冷却器工作时，磁钢产生旋转的磁场，本实用新型内部的铁芯组件切割旋转磁场产生感应电动势，该感应电动势近似于正弦波信号，频率等于涡轮冷却器的转速频率，幅值与涡轮冷却器的转速、磁钢的磁场特性、铁芯组件线圈的匝数、和磁钢之间的距离相关。本实用新型能够满足涡轮冷却器10000r/min以上时对于转速的准确测量，输出近似正弦波频率信号的幅值不低于200mv，满足上位机转速采样的需求。


技术特征：
1.一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，其特征在于，包括磁钢和转速传感器，其中磁钢安装在涡轮冷却器的旋转轴(12)上，转速传感器(13)设在旋转轴径向距离20到50mm处；转速传感器(13)包括铁芯组件(9)和引出线组件，铁芯组件(9)设在壳体(1)内，并通过壳体(1)保持位置固定，铁芯组件(9)通过引出线组件将磁场变化信息传输出去；铁芯组件(9)是铁芯和线圈绕制形成的结构，线圈连接引出线组件；引出线组件包括接线印制板(4)、绝缘垫片(3)和电缆(5)，线圈连接接线印制板(4)，接线印制板(4)的另一端通过电缆(5)伸出壳体(1)与外部的插头(7)连接；绝缘垫片(3)设在壳体(1)的开口处。2.根据权利要求1所述的一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，其特征在于，电缆(5)由橡胶垫(8)包裹保护并与壳体(1)开口处的盖子(2)隔开。3.根据权利要求2所述的一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，其特征在于，铁芯组件(9)横向设在磁钢的径向延伸位置上，转速传感器(13)的壳体(1)横置，壳体(1)的开口处朝向为旋转轴的外径向。

技术总结
本实用新型属于机电控制系统领域，公开了一种用于测量飞机涡轮冷却器转速的磁电式转速传感器，包括磁钢和转速传感器，其中磁钢安装在涡轮冷却器的旋转轴上，转速传感器设在旋转轴径向距离20到50mm处。本实用新型相对于传统的磁电式转速传感器测速方案，其测量对象不必要为导磁体材料的音轮，与测量对象的距离可以延长到(20～50)mm。由于测量对象是高速旋转的，难免在高速旋转时产生一定的位移，测量距离的延长可以极大地提升安全性和可靠性。并且，这种磁电式转速传感器输出的频率信号更近似于正弦波，比传统的转速传感器输出波形更好，幅值也能够满足上位机采集的要求。幅值也能够满足上位机采集的要求。幅值也能够满足上位机采集的要求。


技术研发人员：俞航天
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心
技术研发日：2021.12.23
技术公布日：2022/9/5