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基于故障监测的驱动专用减速电机   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-05-25
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-09-07
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-05-25
基本信息
有效性 实质审查 专利类型 发明专利
申请号 CN202110569325.1 申请日 2021-05-25
公开/公告号 CN113281649A 公开/公告日 2021-08-20
授权日 预估到期日 2041-05-25
申请年 2021年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 G01R31/34G01H9/00 主分类号 G01R31/34
是否联合申请 独立申请 文献类型号 A
独权数量 1 从权数量 2
权利要求数量 3 非专利引证数量 2
引用专利数量 2 被引证专利数量 0
非专利引证 1、CHOUG ABDELKRIM等: "Detection and classification of bearing faults in industrial geared motors using temporal features and adaptive neuro-fuzzy inference system", 《HELIYON》; 2、田瑞明: "基于振动信号分析的减速电机故障诊断应用研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;
引用专利 US2016274181A1、CN212413184U 被引证专利
专利权维持 99 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州中荷智慧城市科技有限公司 当前专利权人 杭州中荷智慧城市科技有限公司
发明人 刘汶奇 第一发明人 刘汶奇
地址 浙江省杭州市余杭区五常街道盛奥铭座9幢101室-6 邮编 311100
申请人数量 1 发明人数量 1
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
济南光启专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
张瑜
摘要
本申请涉及基于故障监测的驱动专用减速电机,包括振动信号输入采集电路,故障信号分类处理电路,减速电机的故障输出电路三大部分。振动信号输入采集电路通过激光自混合测量振动信号,并通过振动信号输入采集电路对不同参数的振动信号进行采集并分析,为分析减速电机各种故障类型提供参考。故障信号分类处理电路使用基于小波变换的改进阈值处理各项故障信号,判断各个信号所属故障类型,得到的结果与理论值进行对比,最终得出对减速电机的故障诊断的有效性信号。减速电机的故障输出电路对故障信号进行处理基于此容错控制策略来抑制电机的转矩脉动,使减速电机控制系统具有良好动态性能和容错运行能力,实现驱动电机故障监测及故障诊断的方案。
  • 摘要附图
    基于故障监测的驱动专用减速电机
  • 说明书附图:图1
    基于故障监测的驱动专用减速电机
  • 说明书附图:图2
    基于故障监测的驱动专用减速电机
  • 说明书附图:图3
    基于故障监测的驱动专用减速电机
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-09-07 实质审查的生效 IPC(主分类): G01R 31/34 专利申请号: 202110569325.1 申请日: 2021.05.25
2 2021-08-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.基于故障监测的驱动专用减速电机,包括依次连接的振动信号输入采集电路,故障信号分类处理电路,减速电机的故障输出电路,其特征在于:所述振动信号输入采集电路包括电阻R15A、电阻R22、电阻R11、电阻R1、电阻R2、电阻R12A、电阻R19、二极管D1、D3、D9、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q12、场效应晶体管Q9、电容C1、C2、C4、C5所述振动信号输入采集电路中输入端INPUT分别与电阻R15A的一端、电阻R22的一端连接,电阻R15A的另一端与三极管Q12的基极连接,电阻R22的另一端与二极管D9的正极连接,三极管Q12的发射极接地,二极管D9的负极接地,三极管Q12的集电极分别与场效应晶体管Q9的栅极、电阻R12A的一端、电容C4的一端、电阻R11的一端及二极管D3的正极连接,电阻R12A的另一端与三极管Q2的基极连接,电容C4的另一端与三极管Q2的发射极、三极管Q1的基极连接,电阻R11的另一端与三极管Q1的发射极连接,二极管D3的负极与三极管Q1的集电极连接,电阻R2的一端与三极管Q1的集电极连接,另一端与二极管D1的正极连接,二极管D1的负极分别与电容C1的正极、电阻R1的一端连接,电容C1的负极接地,电阻R1的另一端与高电平VCC连接,电阻R19的一端与场效应晶体管Q9的漏端连接,另一端接地,电容C5的一端与场效应晶体管Q9的源端连接,另一端接地。

2.根据权利要求1所述的基于故障监测的驱动专用减速电机,其特征在于:所述故障信号分类处理电路包括电阻R4A、R5、R14、R9、R10、R17、电容C2、二极管D2、D4、D5、D7、D8、三极管Q2、Q6、晶体管Q3、Q4、Q8、Q9,所述故障信号分类处理电路中电阻R4A的一端与三极管Q2的集电极连接,另一端分别与电容C2的一端、电阻R5的一端、场效应晶体管Q9的源端连接,电容C2的另一端与高电平VCC连接,电阻R5的另一端与场效应晶体管Q3的栅极连接,场效应晶体管Q3的源端与高电平VCC连接,场效应晶体管Q3的漏端分别与电阻R14的一端、电阻R9的一端、场效应晶体管Q4的源端、肖特基二极管D5的正极连接,电阻R14的另一端接地,电阻R9的另一端与场效应晶体管Q4的栅极连接,场效应晶体管Q4的栅极分别与场效应晶体管Q8的漏端、电阻R10的一端连接,电阻R10的另一端与二极管D4的负极连接,二极管D4的正极分别与三极管Q6的基极、电阻R17的一端、双向二极管D8的一端、场效应晶体管Q8的栅极连接,电阻R17的另一端接地,双向二极管D8的另一端接地,场效应晶体管Q8的源端接地,三极管Q6的集电极接地,三极管Q6的发射极分别与肖特基二极管D2的正极、电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端分别与场效应晶体管Q4的漏端、高电平VCC连接,肖特基二极管D2的负极与高电平VCC连接,电阻R16的一端与肖特基二极管D7的正极连接,另一端接地,肖特基二极管D7的负极与肖特基二极管D5的负极连接,电阻R18的一端与三极管Q6的集电极连接,另一端接地。

3.根据权利要求2所述的基于故障监测的驱动专用减速电机,其特征在于:所述减速电机的故障输出电路包括电阻R3、R7、R8、R13、R20、电容C3、二极管D6、三极管Q5、Q10、Q11,晶体管Q7,所述减速电机的故障输出电路中二极管D6的正极与三极管Q6的集电极连接,负极分别与电阻R13的一端、三极管Q10的基极连接,电阻R13的另一端分别与电阻R7的一端、电容C3的一端、三极管Q10的集电极连接,电阻R7的另一端与高电平VCC连接,电容C3的另一端分别与电阻R8的一端、场效应晶体管Q7的栅极以及地线连接,电阻R8的另一端与高电平VCC连接,电阻R20的一端分别与三极管Q10的发射极、三极管Q11的基极连接,另一端接地,场效应晶体管Q7的漏端接地,三极管Q11的集电极接地,电阻R3的一端分别与场效应晶体管Q7的源端、三极管Q5的基极连接,另一端与高电平VCC连接,三极管Q5的集电极与高电平VCC连接,三极管Q5发射极与三极管Q11的发射极连接,输出端OUTPUT与三极管Q5的发射极连接。
说明书

技术领域

[0001] 本申请涉及故障监测与电机减速领域,具体涉及一种基于故障监测的驱动专用减速电机。

背景技术

[0002] 在大力提倡节能减排、低碳出行的背景下,电动驱动以其显著的零排放、低噪音和高效率等优点,发展态势迅速。驱动用减速电机与传统电机相比,效率髙、功率密度大、可靠性强。传统的电机驱动系统通过普通电压型逆变器供电,这种供电方式输出的电压质量较差,能源利用率较低,容错能力较弱。基于双逆变器的开绕组结构以其直流电源利用率高,容错能力强,输出容量大等优点越来越受到人们的关注。驱动用减速电机广泛应用于工业生产中,传统的减速电机故障诊断方法都是使用加速度传感器采集振动信号进行分析处理。将加速度传感器固定在减速电机上进行检测,这种接触式测量方法会直接影响所采集到的信号准确性。若使用强磁铁将加速度传感器吸附在减速电机上进行故障监测,则可能会引起减速电机的偏轴故障,影响故障检测结果。若使用粘性材料将加速度传感器粘附在减速电机上,则会腐蚀减速电机外表面,并且所适用的频率范围也会变化,故障诊断结果的准确性就会大大降低。为了解决这些问题,采用激光自混合干涉技术进行故障信息采集的方法,然后对减速电机的故障信息进行处理。这种方法具有非接触测量的优点,并且能够大大提高故障信号的分辨率,对振动异常信号特别敏感。不仅能够取代加速度传感器,同时还具有体积小、成本低、使用寿命长、抗干扰能力强、非接触测量等优点。采用减速电机的故障监测方案能够打破传统减速电机故障诊断技术的局限性。
[0003] 如图1所示,为现有技术的激光信号采样电路,采用正峰型采样保持电路设计,输出与输入差异较小,即正峰值保持基本未得到有效的实现,根据技术要求,增加了一级闭环回路给电容充放电来实现正峰值保持指标,避免了电信号采样对电路本身的损害,提高了电路的稳定性和耐用性,然而激光检测会造成信号的漏检,同时受环境影响较大。
[0004] 如图2所示,为现有技术的高精度恒流驱动电路,恒流输出驱动电路,利用低压晶体管NM0,并采用失配误差消除手段,提高了电流输出端的输出电阻和消除了失配误差,提高了输出驱动精度,然而整个驱动电路采取脉冲信号作为激励源,同时利用低压场效应晶体管作为输出晶体管,驱动能力弱,可控性差。
[0005] 针对上述现有技术,故障监测的驱动专用减速电机存在以下问题:
[0006] 1.电流监测精度低,稳定性差。
[0007] 2.输出驱动能力弱,可控性差。

发明内容

[0008] 针对上述技术问题,本申请提出基于故障监测的驱动专用减速电机,包括振动信号输入采集电路,故障信号分类处理电路,减速电机的故障输出电路。
[0009] 振动信号输入采集电路,通过半导体激光器件,测振系统结构简单、紧凑、元件少,并且输出端的阻抗值较小,输出端的电流值很容易采集,能够提高灵敏度,并且输出电流大,提高了测量系统的准确性,使用过程中的抗干扰能力强。输入信号通过精密电阻R15A进行采样输入到三极管Q12的集电极进行放大输入,通过电阻R22和二极管D9能够排除干扰信号,放大后的信号一部分控制MOS管Q9,另一部分通过精密电阻R12A输入到三极管Q2的基极进行采集处理,同时通过电阻R11、电容C4以及二极管D3输入到三极管Q1,三极管Q1和三极管Q2共同组成信号采集处理部分,将信号通过精密电阻R4A传输到下一级处理电路,通过二极管D1稳定信号流向,通过电容C1滤除高频干扰信号的影响,场效应晶体管Q9的导通与关断控制采集信号的有效性,保证输入信号容错性强。
[0010] 故障信号分类处理电路,基于减速电机振动信号的位于低频部分的特点,通过电容C2及电容C5滤除高频干扰信号,并将信号通过电阻R5输入到场效应晶体管Q3的栅极,通过前级有效性判断控制场效应晶体管Q3的导通与关断,有效对信号进行分类输入,信号经过场效应晶体管Q4以及场效应晶体管Q8进行分类处理,将混合信号分类输出到三极管Q6的发射机和基极,通过肖特基二极管D5和肖特基二极管D7以及电阻R16稳定输入信号,信号通过电阻R9和电阻R10分压输入到场效应晶体管Q4的栅极,场效应晶体管Q8的漏端,通过二极管D8进行稳压,处理后的信号经过三极管Q6能够有效控制输出信号,通过该级电路能够对减速电机混合故障信号分类处理,提高处理减速电机故障信号的可行性及有效性。
[0011] 减速电机的故障输出电路,将故障信号进一步进行控制及放大输出,实现脉冲信号输出,分类处理后的信号传入该级,通过二极管D6保证信号单向输入,防止后级干扰信号反向流入,通过电阻R13、电容C3和三极管Q10将信号放大输入,分别控制三极管Q11以及场效应晶体管Q7,三极管Q11为一级信号输出,通过场效应晶体管Q7控制三极管Q5的导通与截至形成另一级信号输出,通过三极管Q5和三极管Q11互补输出脉冲信号,提高输出信号的稳定性,并且能够快速响应,通过不同的脉冲信号实现对减速电机故障调控,提高减速电机的故障处理的有效性。
[0012] 本申请提出的基于故障监测的驱动专用减速电机,首先,利用非接触激光自混合干涉技术首先进行故障信息采集,能够检测微小的异常振动信号,分辨率较高,体积小,成本低,抗干扰能力强。其次,利用小信号变换的阈值对故障信号进行分类,准确性高,有效性强,响应快速。最后,利用晶体管配合场效应晶体管的方式对故障信号进行放大输出,驱动能力强,灵敏度高。

实施方案

[0016] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
[0017] 如图3所示,针对上述技术问题,本申请提出基于故障监测的驱动专用减速电机,包括振动信号输入采集电路,故障信号分类处理电路,减速电机的故障输出电路。
[0018] 振动信号输入采集电路,通过半导体激光器件,测振系统结构简单、紧凑、元件少,并且输出端的阻抗值较小,输出端的电流值很容易采集,能够提高灵敏度,并且输出电流大,提高了测量系统的准确性,使用过程中的抗干扰能力强。输入信号通过精密电阻R15A进行采样输入到三极管Q12的集电极进行放大输入,通过电阻R22和二极管D9能够排除干扰信号,放大后的信号一部分控制MOS管Q9,另一部分通过精密电阻R12A输入到三极管Q2的基极进行采集处理,同时通过电阻R11、电容C4以及二极管D3输入到三极管Q1,三极管Q1和三极管Q2共同组成信号采集处理部分,将信号通过精密电阻R4A传输到下一级处理电路,通过二极管D1稳定信号流向,通过电容C1滤除高频干扰信号的影响,场效应晶体管Q9的导通与关断控制采集信号的有效性,保证输入信号容错性强。
[0019] 具体而言,所述振动信号输入采集电路中输入端INPUT分别与电阻R15A的一端、电阻R22的一端连接,电阻R15A的另一端与三极管Q12的基极连接,电阻R22的另一端与二极管D9的正极连接,三极管Q12的发射极接地,二极管D9的负极接地,三极管Q12的集电极分别与场效应晶体管Q9的栅极、电阻R12A的一端、电容C4的一端、电阻R11的一端二极管D3的正极连接,电阻R12A的另一端与三极管Q2的基极连接,电容C4的另一端与三极管Q2的发射极连接,电阻R11的另一端与三极管Q1的发射极连接,二极管D3的负极与三极管Q1的集电极连接,电阻R2的一端与三极管Q1的集电极连接,另一端与二极管D1的正极连接,二极管D1的负极分别与电容C1的正极、电阻R1的一端连接,电容C1的负极接地,电阻R1的另一端与高电平VCC连接,电阻R19的一端与场效应晶体管Q9的漏端连接,另一端接地,电容C5的一端与场效应晶体管Q9的源端连接,另一端接地。
[0020] 故障信号分类处理电路,基于减速电机振动信号的位于低频部分的特点,通过电容C2及电容C5滤除高频干扰信号,并将信号通过电阻R5输入到场效应晶体管Q3的栅极,通过前级有效性判断控制场效应晶体管Q3的导通与关断,有效对信号进行分类输入,信号经过场效应晶体管Q4以及场效应晶体管Q8进行分类处理,将混合信号分类输出到三极管Q6的发射机和基极,通过肖特基二极管D5和肖特基二极管D7以及电阻R16稳定输入信号,信号通过电阻R9和电阻R10分压输入到场效应晶体管Q4的栅极,场效应晶体管Q8的漏端,通过二极管D8进行稳压,处理后的信号经过三极管Q6能够有效控制输出信号,通过该级电路能够对减速电机混合故障信号分类处理,提高处理减速电机故障信号的可行性及有效性。
[0021] 具体而言,所述故障信号分类处理电路中电阻R4A的一端与三极管Q2的集电极连接,另一端分别与电容C2的一端、电阻R5的一端、场效应晶体管Q9的源端连接,电容C2的另一端与高电平VCC连接,电阻R5的另一端与场效应晶体管Q3的栅极连接,场效应晶体管Q3的源端与高电平VCC连接,场效应晶体管Q3的漏端分别与电阻R14的一端、电阻R9的一场效应晶体管Q4的源端、肖特基二极管D5的正极连接,电阻R14的另一端接地,电阻R9的另一端与场效应晶体管Q4的栅极连接,场效应晶体管Q4的栅极分别与场效应晶体管Q8的漏端、电阻R10的一端连接,电阻R10的另一端与二极管D4的负极连接,二极管D4的正极分别与三极管Q6的基极、电阻R17的一端、双向二极管D8的一端、场效应晶体管Q8的栅极连接,电阻R17的另一端接地,双向二极管D8的另一端接地,场效应晶体管Q8的源端接地,三极管Q6的集电极接地,三极管Q6的发射极分别与肖特基二极管D2的正极、电阻R6的一端连接,电阻R6的另一端分别与场效应晶体管Q4的漏端、高电平VCC连接,肖特基二极管D2的负极与高电平VCC连接,电阻R16的一端与肖特基二极管D7的正极连接,另一端接地,肖特基二极管D7的负极与肖特基二极管D5的负极连接,电阻R18的一端与三极管Q6的集电极连接,另一端接地。
[0022] 减速电机的故障输出电路,将故障信号进一步进行控制及放大输出,实现脉冲信号输出,分类处理后的信号传入该级,通过二极管D6保证信号单向输入,防止后级干扰信号反向流入,通过电阻R13、电容C3和三极管Q10将信号放大输入,分别控制三极管Q11以及场效应晶体管Q7,三极管Q11为一级信号输出,通过场效应晶体管Q7控制三极管Q5的导通与截至形成另一级信号输出,通过三极管Q5和三极管Q11互补输出脉冲信号,提高输出信号的稳定性,并且能够快速响应,通过不同的脉冲信号实现对减速电机故障调控,提高减速电机的故障处理的有效性。
[0023] 具体而言,所述减速电机的故障输出电路中二极管D6的正极与三极管Q6的集电极连接,负极分别与电阻R13的一端、三极管Q10的基极连接,电阻R13的另一端分别与电阻R7的一端、电容C3的一端、三极管Q10的集电极连接,电阻R7的另一端与高电平VCC连接,电容C3的另一端分别与电阻R8的一端、场效应晶体管Q7的栅极以及地线连接,电阻R8的另一端与高电平VCC连接,电阻R20的一端分别与三极管Q10的发射极、三极管Q11的基极连接,另一端接地,场效应晶体管Q7的漏端接地,三极管Q11的集电极接地,电阻R3的一端分别与场效应晶体管Q7的源端、三极管Q5的基极连接,另一端与高电平VCC连接,三极管Q5的集电极与高电平VCC连接,三极管Q5发射极与三极管Q11的发射极连接,输出端OUTPUT与三极管Q5的发射极连接。
[0024] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

附图说明

[0013] 图1为现有技术的激光信号采样电路。
[0014] 图2为现有技术的高精度恒流驱动电路。
[0015] 图3为本申请的电路原理图。
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