技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种杆塔螺栓电动扭矩扳手，属于电动扭矩扳手技术领域。
背景技术
[0002] 在杆塔螺栓紧固时，对于紧固的扭矩值与
精度都有很高的要求。一方面，如果扭矩值太大，可能会使螺栓拉伸或脆断；另一方面，如果扭矩值太小，则螺栓可能会松动。另外，在输电
铁塔高处，
风扰动较大，铁塔舞动幅度增大，安全风险较为突出，因此需要对扭矩进行高精度控制。
[0003]
现有技术中常见的电动扭矩扳手一般为
电流式或冲击式。电流式电动扳手在螺栓紧固瞬间电流急剧上升，因此输出扭矩
波动较大。冲击式电动扭矩扳手靠时间或冲击次数定扭，利用冲击装置频繁多次地冲击螺栓，积累而形成扭紧
力矩，控制精度较低。例如，公开号为CN108188968A的中国
发明专利，公开了“一种电动冲击扳手及其装配力矩的控制方法”，其通过输入设定的功率和打击次数，将其转换为对应的目标扭矩值，达到落座扭矩后，再通过计数控制，直到达到预设的扭矩值和打击次数。此种采用多次打击累计扭矩，从而达到预设扭矩的方式存在着
缺陷，由于每次打击的效果时间会受碰撞面表面粗糙度、硬度、
弹簧的
刚度和压力、传动
齿轮刚度和齿隙等自身系统刚度或
工件系统刚度的影响，所以扭矩控制精度较低。实用新型内容
[0004] 针对现有技术存在的上述不足,本实用新型的目的在于解决现有电动扳手扭矩控制精度较低、波动较大的缺陷，提供了一种高精度控制输出扭矩的杆塔螺栓电动扭矩扳手。
[0005] 为了完成上述目的，本实用新型公开了一种杆塔螺栓电动扭矩扳手，包括
输出轴、启停
开关、驱动
电机、扭矩控制系统和
人机交互界面；所述扭矩控制系统包括微
控制器、电流采集模
块、转速计算模块、电机驱动模块和通讯模块，所述
微控制器分别与电流采集模块、转速计算模块、电机驱动模块和通讯模块连接；所述电流采集模块用于采集电机工作时的电流
信号并传送给微控制器；所述转速计算模块根据电机
定子上的霍尔
传感器信号实时计算电机当前转速并传送给微控制器，所述霍尔传感器用于检测电机
转子齿的实时
位置；所述电机驱动模块连接至所述
驱动电机，所述微控制器控制所述电机驱动模块，使驱动电机工作；所述通讯模块连接至所述人机交互界面，所述通讯模块接收操作者在人机交互界面输入的参数信息，并传送给微控制器。
[0006] 更进一步地说，所述操作者在人机交互界面输入的参数信息包括扳手目标扭矩值或扳手扭矩档位值。
[0007] 更进一步地说，所述杆塔螺栓电动扭矩扳手设置有供电
电池，所述供电电池连接至微控制器和驱动电机，为驱动电机与扭矩控制系统供电。
[0008] 更进一步地说，所述电机驱动模块包括由
二极管和电力
场效应晶体管构成的逆变
电路。
[0009] 所述杆塔螺栓电动扭矩扳手的工作原理为：
[0010] 微控制器根据操作者在人机交互界面输入的参数信息，获得扳手目标扭矩值，然后控制电机驱动模块，使驱动电机开始工作；
微处理器根据扳手目标扭矩值计算定子目标磁链值，计算公式如下：
[0011]
[0012] 其中，ψf为转子
永磁体磁链值， 为扳手目标扭矩值，Lq为定子线圈交轴电感，p为极对数；
[0013] 转速计算模块和电流采集模块计算和测量当前时刻的电机转速和电机定子电流；微处理器根据测量的当前时刻的电机转速和电机定子电流，计算当前电机扭矩与磁链，并且根据当前电机扭矩与磁链，依据欧拉法以及永磁同步电机的数学模型，预测在不同
电压矢量下的下一时刻的电机扭矩和磁链；
[0014] 所述永磁同步电机的数学模型为：
[0015]
[0016] 所述永磁同步电机的扭矩为：
[0017] 其中，p为微分算子，is为定子电流，Rs、Ls为电机定子
电阻、电感，ωr为电机转速，ψf为转子永磁体磁链值，us为定子电压矢量，ψs为定子磁链值，pP为电机极对数；
[0018] 微处理器构建目标函数：
[0019]
[0020] 其中， 分别为扳手目标扭矩值和定子目标磁链值，ψs为下一时刻的定子磁链值，Te为下一时刻的输出扭矩值，kψ为权重系数；
[0021] 微处理器根据扳手目标扭矩值和定则子目标磁链值以及预测的下一时刻的电机扭矩值和磁链值，计算不同电压矢量下的目标函数值；
[0022] 微处理器选取目标函数值最小时的电压矢量作为最优的电压矢量，选择最优的电压矢量作为下一时刻的电压；
[0023] 重复上述步骤，直至达到所述扳手目标扭矩值。
[0024] 采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下效果：
[0025] 通过设置转速计算模块和电流采集模块，根据测量的电机转速和电机定子电流，计算电机扭矩和磁链，选取目标函数值最小时的电压矢量作为最优的电压矢量，使扳手具有高精度的扭矩。
附图说明
[0026] 下面结合附图和
实施例对本实用新型进一步说明。
[0027] 图1为本实用新型的一种杆塔螺栓电动扭矩扳手的扭矩控制系统的结构连接示意图；
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
[0029] 本实用新型的一种杆塔螺栓电动扭矩扳手包括输出轴、启停开关、驱动电机、扭矩控制系统和人机交互界面。
[0030] 其中杆塔螺栓电动扭矩扳手的扭矩控制系统的结构连接示意图如图1所示。
[0031] 所述扭矩控制系统包括微控制器、电流采集模块、转速计算模块、电机驱动模块和通讯模块，所述微控制器分别与电流采集模块、转速计算模块、电机驱动模块和通讯模块连接；所述电流采集模块用于采集电机工作时的电流信号并传送给微控制器；所述转速计算模块根据电机定子上的霍尔传感器信号实时计算电机当前转速并传送给微控制器，所述霍尔传感器用于检测电机转子齿的实时位置；所述电机驱动模块连接至所述驱动电机，所述微控制器控制所述电机驱动模块，使驱动电机工作；所述通讯模块连接至所述人机交互界面，所述通讯模块接收操作者在人机交互界面输入的参数信息，并传送给微控制器。
[0032] 更进一步地说，所述操作者在人机交互界面输入的参数信息包括扳手目标扭矩值或扳手扭矩档位值。
[0033] 更进一步地说，所述杆塔螺栓电动扭矩扳手设置有供电电池，所述供电电池连接至微控制器和驱动电机，为驱动电机与扭矩控制系统供电。
[0034] 更进一步地说，所述电机驱动模块包括由二极管和电力场效应晶体管构成的逆变电路。
[0035] 所述杆塔螺栓电动扭矩扳手的工作原理为：
[0036] 微控制器根据操作者在人机交互界面输入的参数信息，获得扳手目标扭矩值，然后控制电机驱动模块，使驱动电机开始工作；微处理器根据扳手目标扭矩值计算定子目标磁链值，计算公式如下：
[0037]
[0038] 其中，ψf为转子永磁体磁链值， 为扳手目标扭矩值，Lq为定子线圈交轴电感，p为极对数；
[0039] 转速计算模块和电流采集模块计算和测量当前时刻的电机转速和电机定子电流；微处理器根据测量的当前时刻的电机转速和电机定子电流，计算当前电机扭矩与磁链，并且根据当前电机扭矩与磁链，依据欧拉法以及永磁同步电机的数学模型，预测在不同电压矢量下的下一时刻的电机扭矩和磁链；
[0040] 所述永磁同步电机的数学模型为：
[0041]
[0042] 所述永磁同步电机的扭矩为：
[0043] 其中，p为微分算子，is为定子电流，Rs、Ls为电机定子电阻、电感，ωr为电机转速，ψf为转子永磁体磁链值，us为定子电压矢量，ψs为定子磁链值，pP为电机极对数；
[0044] 微处理器构建目标函数：
[0045]
[0046] 其中， 分别为扳手目标扭矩值和定子目标磁链值，ψs为下一时刻的定子磁链值，Te为下一时刻的输出扭矩值，kψ为权重系数；
[0047] 微处理器根据扳手目标扭矩值和定则子目标磁链值以及预测的下一时刻的电机扭矩值和磁链值，计算不同电压矢量下的目标函数值；
[0048] 微处理器选取目标函数值最小时的电压矢量作为最优的电压矢量，选择最优的电压矢量作为下一时刻的电压；
[0049] 重复上述步骤，直至达到所述扳手目标扭矩值。
[0050] 在本实用新型的实施例中，当设定目标扭矩值为420N·m时，扳手实际输出的扭矩误差小于3％，具有较高的输出扭矩精度，相对于现有的冲击型电动扳手10％-20％的误差而言，对杆塔螺栓
紧固扭矩精度具有较大提升。
[0051]
申请人结合
说明书附图对本实用新型的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。
