[發明專利]直線電機機械特性測試系統及方法

無效

• 申請號: 200810242924.7
• 申請日: 2008-12-24
• 公開（公告）號: CN101509815A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 姚志遠;吳辛;楊東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L3/24
• 分類號: G01L3/24;G01L3/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

技術領域

本發明用于對直線電機機械特性分析的測試系統及方法，屬于直線電機性能檢測技術領域。

背景技術

超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，把電能轉換為彈性體的機械振動能，并依靠摩擦力來驅動的新型電機。作為一種全新的能量轉換器件，它具有低速大轉矩、體積小、重量輕、功率密度大、響應速度快、微位移、不受電磁場的影響、掉電自鎖、設計自由度大等優點，在航空航天、醫療器械、精密儀器、精加工等領域有廣闊的應用前。超聲電機的發展僅僅有二十多年的歷史。早期的研究重點集中在新結構樣機的開發和其運行機理的研究。隨著超聲電機研究的深入和走向市場化，目前，人們關注超聲電機運行的穩定性和可控制性。超聲電機的控制技術是實現超聲電機穩定運行和有效控制的關鍵技術之一。而對其運行特性的檢測是實現其有效控制(運行特性控制和精確定位控制)的前提。開發超聲電機機械特性測試系統，有助于超聲電機動態性能參數測試、定位控制和控制策略的研究。文獻1(楊樹國，石忠東，穆欣。直線電機測試系統開發及性能分析。微特電機，2007，6：19-21)開發了永磁交流同步直線電機測試系統。該系統的主要特征為：通過伺服旋轉電機帶動絲杠螺母推動導軌對直線運動施加負載，因此導軌的運行速度取決于伺服旋轉電機的旋轉速度。在測試中為了實現對電機施加負載，絲杠導軌的運動方向與電機的運動趨勢向反，由于直線電機初級與絲杠之間直接通過壓力傳感器連接，所以電機初級的實際運動是同絲杠導軌一樣的，測試系統不能測試直線電機的運行速度，僅僅能測試與電機運動方向相反的絲杠導軌運行速度。該系統的測試方式確定它不能同時測定電機的輸出力和運行速度，更不能用來分析電機的啟、停特性。超聲電機響應速度快，其機械特性受外界負載影響大，所上述測試系統不能測試直線超聲電機輸出力和速度的關系特性及其機械特性。目前尚無關于超聲電機機械特性測試系統的報道，因此需要開發能夠測試直線超聲電機機械特性的測試系統。

發明內容：

本發明的目的在于研制一種用于測試直線電機機械特性的測試系統。

一種用于測試直線電機機械特性的測試系統，包括數據采集平臺和數據處理器兩部分組成，其中數據采集平臺包括與直線電機輸出端相聯系的壓力傳感器和位移傳感器以及數據采集卡，其中數據采集卡與上述壓力傳感器相聯用于采集壓力信號，還與上述位移傳感器相聯用于同步采集位移信號；其特征在于所述的數據采集平臺具體結構如下：包括底座、安裝于底座上的導軌、通過導軌上的滑動軸安裝于導軌上的質量塊、與質量塊固定連接可隨其一起滑動的位移尺；位移尺上貼有標尺光柵，所述位移尺、標尺光柵以及安裝于底座上的光柵讀數頭構成了位移傳感器；上述底座遠離質量塊一端安裝有支架，支架上安裝有壓力傳感器，所述壓力傳感器通過彈簧組件與所述質量塊聯系以檢測壓力信息。

一種用于測試直線電機機械特性的測試方法，包括以下過程：同步采集直線電機輸出的壓力信號及位移信號；所采集的信號經過數據處理器處理后，得到直線電機速度-輸出力關系曲線及其相關的輸出特性；其特征在于：所述的同步采集直線電機輸出的壓力信號及位移信號是依靠以下具體方式實現的：利用運動的直線電機動子推動質量塊并壓縮彈簧產生形變，從而對壓力傳感器施加壓力；利用運動的直線電機動子推動質量塊并帶動位移尺上貼有的標尺光柵移動，并利用光柵讀數頭讀數，由光柵編碼器輸出位移脈沖。

本發明中標尺光柵被固定在位移尺上，隨滑動軸運動。電機啟動后動子推動滑動軸在導軌上運動，導軌使彈簧產生變形，并對壓力傳感器施加壓力，并由數據采集平臺采集壓力信號；在滑動軸運動的過程中光柵線傳感器輸出位移脈沖，并由數據處理器同步采集位移信號。所采集的信號經過數據處理器處理后，得到直線電機速度-輸出力關系曲線及其相關的機械特性。

上述結構保證：(1)同步采集直線電機在啟動、運行、停止時刻的推力和位移的大小；(2)并由PC機實時處理采集到的數據，實時顯示直線電機的輸出力-位移的特性曲線；(3)該直線電機機械特性測試系統結構簡單、高效采集直線電機的輸出力和位移量，直接有效地反映直線電機的推力-速度的特性關系及其輸出特性。

本發明的基本特征在于：直線電機動子與壓力傳感器之間通過彈簧連接，使得直線電機動子的運行不受阻礙，通過直線超聲電機自身直接推動滑動導軌運動，因此導軌的運行速度為電機的速度；同時，隨著導軌的運動，彈簧被壓縮，此時彈簧的張力增加，電機所受的負載同步增加。

電機的啟、停特性表現為電機開機(或關機)后到速度穩定(停止)這段時間內的時間-速度特性。壓力傳感器、彈簧、導軌和電機動子的連接方式保證電機的啟、停不受阻礙，以實現啟、停特性的測量。

附圖說明：