电动机转矩转速在线监控装置及电动机的制作方法

1.本技术实施例属于检测设备技术领域，具体涉及一种电动机转矩转速在线监控装置及电动机。


背景技术：

2.电动机作为动力源，广泛应用于各个行业，如在矿山机械、铁路机械及石油开采等，电动机的主轴与负载的输入轴连接，以在电动机工作时，驱动输入轴转动，进而带动负载工作。为了检测负载或电动机的工作情况，往往需要检测电动机主轴的输出扭矩。
3.相关技术中，一般在电动机的主轴和负载的输入轴之间设置检测装置，以检测主轴的输出力矩。具体地，检测装置包括壳体、检测器、与检测器一端连接的第一连接轴、以及与检测器另一端连接的第二连接轴，第一连接轴和第二连接轴的轴线共线设置；第一连接轴通过联轴器与电动机的主轴连接，第二连接轴通过连轴器与负载的输入轴连接；在主轴转动时通过检测装置带动输入轴转动，进而驱动负载工作；在此过程中，检测器可以检测出主轴的输出力矩。
4.然而，检测装置通过联轴器分别与电动机和负载连接，使得电动机与负载之间的距离较大，占用的空间较大。


技术实现要素：

5.本技术实施例的主要目的是提供一种电动机转矩转速在线监控装置及电动机，用以解决轴向长度过长的技术问题。
6.一方面，为实现上述目的，本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置包括壳体、轴套及检测器，所述壳体围设成轴孔，所述轴套穿设在所述轴孔内，且所述轴套的中心线与所述轴孔的中心线平行设置；所述壳体沿所述轴孔中心线方向的一端用于与驱动设备连接，所述轴套用于套接在所述驱动设备的主轴上，且所述轴套与所述主轴之间传动连接；所述轴套背离所述驱动设备的一端用于连接负载的输入轴；所述检测器设置在所述轴套和所述壳体之间，所述检测器用于检测所述主轴的输出数据。
7.所述轴套的外壁与所述轴孔的孔壁之间具有安全缝隙。
8.所述轴套与所述主轴之间通过平键传动连接。
9.所述检测器包括供电设备、应变体、数据传输设备以及处理电路，所述应变体和所述处理电路均设置在所述轴套上，所述应变体与所述处理电路之间电连接；所述供电设备和所述数据传输设备均设置在所述轴套和所述壳体之间，且所述供电设备和所述数据传输设备均与所述处理电路电连接；
10.所述应变体用于检测所述轴套的形变量，所述处理电路用于根据所述形变量获得所述主轴的扭矩数据，并将所述扭矩经所述数据传输设备发送至外接设备。
11.所述供电设备包括第一供电线圈和第二供电线圈，所述第一供电线圈设置在所述轴套上，且所述第一供电线圈与所述处理电路电连接；所述第二供电线圈设置在所述壳体
上，所述第二供电线圈与所述第一供电线圈对应。
12.所述数据传输设备包括第一数据线圈、第二数据线圈，所述第一数据线圈设置在所述轴套上，且所述第一数据线圈与所述处理电路电连接；所述第二数据线圈设置在所述壳体上，所述第二数据线圈与所述第一数据线圈对应。
13.所述第一数据线圈与所述第一供电线圈沿所述轴套的中心线方向间隔的设置，所述应变体位于所述第一供电线圈和所述第一数据线圈之间，且所述应变体贴设在所述轴套的外壁上。
14.所述轴套包括套体以及设置在所述套体远离所述驱动设备一端的柱体，所述柱体远离所述驱动设备的一端设置有连接部，所述第一供电线圈套设在所述套体上，所述应变体设置在所述柱体上，所述第一供电线圈设置在所述连接部上，所述处理电路设置在所述连接部远离所述驱动设备的一端；所述连接部用于与所述输入轴传动连接。
15.所述连接部远离所述驱动设备的一端设置有容置槽，所述处理电路设置在所述容置槽内。
16.另一方面，一种电动机，包括电动机外壳及上述任意一实施例中的电动机转矩转速在线监控装置，所述电动机转矩转速在线监控装置的壳体与所述电动机外壳连接。
17.本技术实施例的有益效果是：本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置，包括壳体、轴套及检测器，壳体围设成轴孔，轴套穿设在轴孔内，壳体沿轴孔中心线方向的一端用于与驱动设备连接，轴套用于套接在驱动设备的主轴上，且轴套与主轴之间传动连接，轴套背离所述驱动设备的一端用于连接负载的输入轴。壳体与驱动设备固定连接，轴套套设在主轴上，使得部分主轴可以穿设在壳体内部；与将壳体与驱动设备分开设置，并且壳体内伸出的第一连接轴与主轴之间通过连轴器连接相比，缩短了驱动设备与壳体之间的距离，进而减小了驱动设备与负载之间的距离，减小了整个动力系统所占用的空间。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的轴侧剖视图；
20.图2为本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的正视剖视图；
21.图3为图1中壳体的剖视图；
22.图4为图1中轴套的剖视图；
23.图5为本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的剖视图；
24.图6为本技术实施例提供的电动机的示意图。
25.附图标记说明：
26.10-壳体；
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130-轴孔；
27.110-第一法兰盘；
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20-轴套；
28.120-定位孔；
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210-套体；
29.211-第一键槽；
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322-第二供电线圈；
30.212-第一走线孔；
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330-数据传输设备；
31.213-第二走线孔；
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331-第一数据线圈；
32.220-柱体；
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332-第二数据线圈；
33.221-工艺孔；
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340-处理电路；
34.230-连接部；
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341-盖板；
35.231-容置槽；
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350-接线盒；
36.232-第二法兰盘；
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361-检测盘；
37.233-第三走线孔；
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40-电动机；
38.234-第四走线孔；
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420-主轴；
39.310-应变体；
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50-负载；
40.320-供电设备；
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510-第三法兰盘；
41.321-第一供电线圈；
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60-平键。
42.通过上述附图，已示出本技术明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本技术构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本技术的概念。
具体实施方式
43.在相关技术中，检测装置包括壳体和贯穿壳体的转轴，壳体外设有固定于地面的支架，支架用于支撑检测装置，壳体内设有轴承，轴承用于支撑转轴，转轴的一端具有第一连接轴，转轴的另一端具有第二连接轴，第一连接轴通过联轴器与电动机的主轴连接，第二连接轴通过联轴器与负载连接。转轴上安装有若干个应变体，应变体之间组成桥式电路，其信号的输出端与设置在转轴上的处理电路的信号输入端连接。在进行力矩的测量时，转轴将发生微小形变，使得应变体的阻值改变，进而牵动桥式电路输出变化的电压信号，该信号被传送至处理电路中进行处理，然后通过信号输出装置输出，输出的信号为外接设备所采集。
44.在转轴与电动机的主轴及负载的输入轴连接时，为了保证连接的可靠性，第一连接轴、第二连接轴设计的都比较长，且连接有联轴器，使得整个轴系较长，整个检测装置的体积及重量都比较大，制造时耗费材料，安装时占用空间。
45.有鉴于此，本技术实施例提供一种电动机转矩转速在线监控装置，包括壳体、轴套及检测器，其中，壳体固定在电动机上，轴套位于壳体内，轴套套设在电动机的主轴上，并且轴套与主轴传动连接，轴套远离电动机的一端连接负载；如此设置，轴套套设在电动机的主轴上，外壳固定在电机上，可以缩短电动机转矩转速在线监控装置沿电动机轴线方向的长度，减小电动机与负载之间的距离，减小整个动力系统所占用的空间。
46.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护的范围。
47.图1为本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的轴侧剖视图，图2为本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的正视剖视图，图3为图1中壳体的剖视
图，图4为图1中轴套的剖视图，图5为本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的轴侧1/4剖视图，图6为本技术实施例提供的电动机的示意图。
48.如图1、图2所示，本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置包括壳体10、轴套20及检测器，壳体10围设成轴孔130，轴套20穿设在轴孔130内，且轴套20的中心线与轴孔130的中心线平行设置；壳体10沿轴孔130中心线方向的一端用于与驱动设备连接，轴套20用于套接在驱动设备的主轴上，且轴套20与主轴之间传动连接；轴套20背离驱动设备的一端用于连接负载50的输入轴；检测器设置在轴套20和壳体10之间，检测器用于检测主轴的输出数据。
49.本实施例中，驱动设备为通过主轴的转动向外输送动力的装置，示例性的，驱动设备可以为电动机，相应的，主轴为电动机40的主轴420；当然驱动设备也可以为内燃机、液压马达等设备，为便于说明本技术实施例的实现方式，在以下实施例中驱动设备皆以电动机40为例进行说明。
50.负载50为被电动机40驱动的设备，负载50的输入轴在主轴420的驱动下随之转动，进而使负载50进行工作。本实施例对负载50不作限制，负载50可以为破碎机、球磨机等，当然负载50也可为其他设备。
51.本实施例中，如图5所示，壳体10用于支撑检测器的部分结构及对轴套20进行防护，继续参照图1，壳体10朝向电动机40的连接端设有第一法兰盘110，第一法兰盘110上设有螺栓孔，电动机40的端面上设有螺纹孔，螺栓穿过螺栓孔并与螺纹孔配合，即可实现壳体10与电动机40之间的固定。当然，在其他实现方式中，壳体10还可以通过焊接的方式与电动机40连接，或者壳体10和电动机的外壳之间也可以为通过铸造或者注塑等工艺形成的一体结构。
52.如图4-图6所示，在一些实施例中，法兰朝向电动机40的端部设有定位孔120，定位孔120的轴线与轴套20的中心线重合，定位孔120的直径大于轴孔130的直径；电动机40朝向电动机转矩转速在线监控装置的一端设置有凸台，在将法兰贴附在电动机40上时，凸台伸入到定位孔120内，以实现对壳体10的定位。
53.如图1及图6所示，轴套20与主轴420和输入轴传动连接，电动机40的主轴420通过轴套20带动输入轴转动。在一些实现方式中，轴套20与主轴420之间通过平键60传动连接，相应的，轴套20套设在主轴420上，轴套20的内壁上设置第一键槽211，主轴420的侧壁上设置有第二键槽，平键60设置在第一键槽211和第二键槽内，以实现主轴420与轴套20之间的传动连接。通过，平键60实现主轴420与轴套20之间的传动连接，结构简单且便于加工制造。
54.当然在其他的实现方式中，轴套20的内壁上可以形成内花键，相应的，在主轴420上形成外花键，在将主轴420穿设在轴套20内时，内花键与外花键之间配合，也可以实现主轴420与轴套20之间的传动连接。
55.在一些实施例中，轴套20与输入轴之间可以通过联轴器连接，当然，轴套20与输入轴之间还可以通过其他的结构连接，只要使得轴套20可以驱动输入轴转动即可。示例性的，如图3、图6所示，轴套20背离电动机40的端部设有第二法兰222，相应的，输入轴上设置有第三法兰盘510，第二法兰盘232与第三法兰盘贴合，并且第二法兰盘232与第三法兰盘510之间通过螺栓连接，以实现输入轴与轴套20之间的传动连接。第二法兰盘232与第三法兰盘510连接的传动方式与通过联轴器连接的传动方式相比，进一步缩短了电动机转矩转速在
线监控装置的轴系长度。
56.本实施例中，轴套20可由合金钢锻造而成，也可铸铁等材料铸造而成，只要保证其具较高的强度即可，本技术实施例对此不作限制。
57.在一些实施例中，如图1、图2及图5所示，轴套20设置在壳体10内，壳体10与电动机40固定连接，并且轴套20套设在主轴420上，轴套20的外壁与壳体10的轴孔130的内壁之间具有安全缝隙，以避免转动时，轴套20与壳体10之间互相干涉。如此设置，无需在轴套20与壳体10之间设置轴承，可以降低轴套20与轴孔130的安装精度，便于装配；另外无需设置轴承，可以降低成本以及装配的复杂程度。
58.示例性的，安全缝隙可以为1.5-2.5mm，如：安全缝隙为1.5mm、2mm、2.5mm等。在保证轴套20和轴孔130内壁之间具有安全距离的前提下，减小电动机转矩转速在线监控装置的体积，进而提高其结构紧凑性。
59.继续参照图1、图2，检测器设置在轴套20和壳体10之间，检测器用于检测主轴420的输出数据。其中输出数据可以为主轴420向输入轴传递的扭矩或者其他参数。
60.在检测器用于检测主轴420向输入轴传递扭矩的实现方式中，检测器可以包括供电设备320、应变体310、数据传输设备330以及处理电路340，应变体310和处理电路340均设置在轴套20上，应变体310与处理电路340之间电连接；供电设备320和数据传输设备330均设置在轴套20和壳体10之间，且供电设备320和数据传输设备330均与处理电路340电连接。应变体310用于检测轴套20的形变量，处理电路340用于根据形变量获得主轴420的扭矩数据，并将扭矩经数据传输设备330发送至外接设备。
61.如此设置，通过应变体310检测轴套20的形变量，进而检测主轴420向输入轴传递的扭矩，结构简单，且检测值的准确性高。
62.进一步，应变体310可以为应变片(电阻应变片)，应变片贴附在轴套20上，以在轴套20发生形变时促使应变片形变，进而使其电阻发生改变，处理电路340根据其电阻的变化形成扭矩数据，进而控制数据传输设备330将扭矩数据输送至外接设备，使得外接设备获取主轴420输出的扭矩值。
63.上述实现方式中，处理电路340可以包括单片机、mcu(微控制单元)等能够根据应变体310的电阻变化，输出扭矩数据的设备，本实施例对此不作限制。
64.在另外一些实施例中，应变体310为扩散硅，扩散硅是一种基于压电效应的硅薄膜，受力时能够将微小的位移放大并转化为电信号输出。
65.供电设备320为处理电路340提供电源，在一些实施例中，供电设备320为安装在轴套20上的电池。
66.在另外一些实施例中，如图1、图2所示，供电设备320包括第一供电线圈321和第二供电线圈322，第一供电线圈321设置在轴套20上，且第一供电线圈321与处理电路340电连接；第二供电线圈322设置在壳体10上，第二供电线圈322与第一供电线圈321对应。如此设置，第二供电线圈322可以采用非接触的方式向第一供电线圈321供电，在不影响轴套20转动的前提下实现了供电。
67.进一步地，第二供电线圈322与第一供电线圈321对应，第一供电线圈321位于第二供电线圈322的磁场内，第二供电线圈322产生交变磁场时，会在第一供电线圈321上形成电流，进而向应变体310和处理电路340供电。
68.继续参照图1-2，数据传输设备330与处理电路340连接，将处理电路340的输出的信号传递给外接设备。一些实施例中数据传输设备330包括第一数据线圈331、第二数据线圈332，第一数据线圈331设置在轴套20上，且第一数据线圈331与处理电路340电连接；第二数据线圈332设置在壳体10上，第二数据线圈332与第一数据线圈331对应。如此设置，可以通过无线的方式将来自处理电路340的信号传递至外接设备，进而实现扭矩检测。
69.进一步地，第二数据线圈332与第一数据线圈331对应，第二数据线圈332位于第一数据线圈331的磁场内，当第一数据线圈331受应变片阻值产生变化的磁场时，会在第二数据线圈332上形成电流，以将扭矩数据输出。
70.在另外一些实施例中，如图4所示，数据传输设备330还包括接线盒350，接线盒350内集成有与第二数据线圈332连接的外部电路及连接信号输出数据线的航空插头，外部电路通过输出数据线与外接设备连接，完成数据的传输。接线盒350的集成化设计，提高了电动机转矩转速在线监控装置的布线的整洁及合理性。
71.值得说明的是，外接设备可以为个人计算机、显示器或者服务器等能够接收来自数据传输设备330的信号，进而将检测到的扭矩数值呈现给用户即可。
72.本实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置的安装过程为：将轴套20套设在主轴420上，之后将壳体10套设在轴套20上，并将壳体10固定在电动机40上；将轴套20与输入轴连接。
73.检测时：电动机40的主轴420套20通过轴套20连接带动输入轴转动，此时轴套20发生微小变形，并使应变体310发生形变，应变体310的阻值发生变化；与此同时，第二供电线圈322向第一供电线圈321供电，进而为处理电路340供电，经处理电路340将应变体310的阻值变化转化为扭矩数据，并由第一数据线圈331及第二数据线圈332输出至外接设备。
74.本技术实施例提供的电动机转矩转速在线监控装置，包括壳体10、轴套20及检测器，壳体10围设成轴孔130，轴套20穿设在轴孔130内，壳体10沿轴孔130中心线方向的一端用于与电动机40连接，轴套20用于套接在电动机40的主轴420上，且轴套20与主轴420之间传动连接，轴套20背离所述驱动设备的一端用于连接负载50的输入轴。壳体10与电动机40固定连接，轴套套设在主轴420上，使得部分主轴420可以穿设在壳体10内部；与将壳体10与电动机40分开设置，并且壳体10内伸出的第一连接轴与主轴420之间通过连轴器连接相比，缩短了电动机40与壳体10之间的距离，进而减小了电动机40与负载50之间的距离，减小了整个动力系统所占用的空间。
75.同时，壳体10与电动机40连接，由电动机40提供支撑，无需设置额外的支架来固定壳体10，简化了轴系的结构；由于轴套套设在主轴420上，无需进行轴套与主轴420的定位，减小了装配难度；设置在轴套20和壳体10之间的检测器可以实时检测主轴420的输出数据。
76.继续参照图2，进一步，第一数据线圈331与第一供电线圈321沿轴套20的中心线方向间隔的设置，以避免磁场间相互干扰。
77.应变体310位于第一供电线圈321和第一数据线圈331之间，且应变体310贴设在轴套20的外壁上，以方便应变片的安装。
78.在一些实施例中，轴套20包括套体210以及设置在套体210远离电动机40一端的柱体220，柱体220远离电动机40的一端设置有连接部230，第一供电线圈321套设在套体210上，应变体310设置在柱体220上，第一供电线圈321设置在连接部230上，处理电路340设置
在连接部230远离电动机40的一端；连接部230用于与输入轴传动连接。
79.进一步，柱体220沿轴线方向开由工艺孔221，在保证轴套20强度的基础上，工艺孔221的孔径尽可能的大，以减少轴套20的重量。
80.示例性的，柱体220的直径可以小于套体210的外径，如此设置，可以在保证轴套20强度的基础上，使得柱体220更容易发生形变，以便于应变体310发生形变。当然，柱体220的直径也可以用于套体210的外径相等，本实施例对此不做限制。
81.在轴套20通过第二法兰盘232和输入轴上的第三法兰盘510与输入轴传动连接的实现方式中，连接部230可以为第二法兰盘232；当然在其他实现方式中，连接部230还可以为其他的与输入轴连接的结构。
82.如图1-3所示，连接部230远离电动机40的一端设置有容置槽231，处理电路340设置在容置槽231内。如此设置，容置槽231可以实现对处理电路340的保护，另外，处理电路340设置在容置槽231内，还可以提高电动机转矩转速在线监控装置的结构紧凑性。
83.进一步地，在容置槽231的端部设有盖板341，盖板341与连接部230之间可以通过螺栓连接或者卡接的方式可拆卸的连接，以进一步提高对处理电路340保护效果。
84.进一步，如图3所示，套体210上沿径向设有第一走线孔212，第一走线孔212设于第一供电线圈321在套体210外壁的正投影内，套体210沿轴向设有第二走线孔213，第二走线孔213贯通套体210，并与第一走线孔212连通；连接部230沿径向设有第三走线孔233，第三走线孔233位于第一数据线圈331在连接部230外壁的正投影内，连接部230沿轴向设有第四走线孔234，第四走线孔234贯通连接部230，并与第三走线孔233连通。上述设置，为第一供电线圈321、第一数据线圈331及处理电路340间的电连接布线提供方便。
85.在一些可能的实施例中，如图2及图6所示，检测器还包括用于检测主轴420转速的转速检测器30，转速检测器包括感测器362以及设置在轴套20上的检测盘361，检测盘361的外周缘设置有多个栅槽，多个栅槽环绕轴套20的轴线等间隔的设置；感测器设置在轴孔130的内壁上，感测器与检测盘361位于同一平面内；感测器用于在单位时间内件经过其的栅槽数量，进而得出轴套20的转速。
86.示例性的，感测器可以为距离检测器，如：红外对管、激光对管等，当然感测器还可以为霍尔传感器，相应的，相邻栅槽之间的检测盘361设置成具有磁性。只要保证感测器可以检测出栅槽即可，本实施例对此不作限制。
87.本技术实施例还提供一种电动机40，包括电动机外壳及上述任意一实施例中的电动机转矩转速在线监控装置，电动机转矩转速在线监控装置的壳体10与电动机40外壳连接。
88.本实施例提供的电动机40中，电动机转矩转速在线监控装置包括壳体10、轴套20及检测器，壳体10围设成轴孔130，轴套20穿设在轴孔130内，壳体10沿轴孔130中心线方向的一端用于与电动机40连接，轴套20用于套接在电动机的主轴420上，且轴套20与主轴420之间传动连接，轴套20背离所述电动机40的一端用于连接负载50的输入轴。壳体10与电动机40固定连接，轴套20套设在主轴420上，使得部分主轴420可以穿设在壳体10内部；与将壳体10与电动机40分开设置，并且壳体10内伸出的第一连接轴与主轴420之间通过连轴器连接相比，缩短了电动机40与壳体10之间的距离，进而减小了电动机40与负载50之间的距离，减小了整个动力系统所占用的空间。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
90.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。