[發明專利]直線電機力特性測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201110247013.5
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102435944A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 寇寶泉;白相林;劉孝坤;唐勇斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G01L5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及電機測試技術領域。

背景技術

在現代加工工業領域，諸如激光切割、高速磨床、精密車床、加工中心等很多場合都需要高速度高精度的直線運動，而傳統的方法只能借助于旋轉電動機和滾珠絲桿等中間環節來獲得直線運動，這就不可避免地存在慣性大、摩擦大、有反向間隙等缺點。

近年來，隨著直線電機技術的進步，越來越多的場合開始直接應用它來獲得直線運動。由于采用直接驅動技術，直線電機具有速度快、加速度高、定位精度高、行程長和動態響應快等優點，而這恰恰滿足了高速精密加工技術的要求。

但是，針對系統需求研制開發或購買的直線電機性能以及特性是否滿足要求，如何對直線電機系統性能作出正確、客觀的評價，都需要有成熟的直線電機系統測試設備來完成。

已有的直線電機推力加載測試裝置如圖3所示，該裝置由系統平臺、直線電機的動子、直線電機的定子、滑輪、傳動繩以及砝碼組成。通過滑輪和傳動繩，把砝碼的自身重量加到直線電機的動子上，形成單方向的拉力加載到直線電機上。不斷增加砝碼的重量，當直線電機開始勻速運動時，直線電機的制動力等于砝碼的重量，既而獲得直線電機的最大靜態力。但是，該測試裝置存在如下缺點：(1)測試加載推力時，只能進行單方向、單程測量，不適合短行程直線電機測試；(2)加載力不能連續變化，只能通過添加或減少砝碼來改變負載；(3)加速時由于需要克服砝碼的加速度，加速段無法測量，只能測量勻速狀態，且測試時間長；(4)系統采用傳動繩，加載時產生形變，運動時會產生較大的推力擾動，從而影響測試精度；(5)測量過程復雜，測試精度低；(6)測試參數單一，只能對直線電機靜態力進行測量；(7)只能對靜態參數進行測試，無法完成系統性能動態性能、特性測試。

發明內容

針對目前各種直線電機測試裝置存在的主要問題，本發明提出一種直線電機力特性測試裝置及測試方法。

直線電機力特性測試裝置它包括拉壓力傳感器、滾珠絲杠、加載伺服電機、底座、導軌和位移傳感器；

拉壓力傳感器，拉壓力傳感器位于滾珠絲杠的螺母與被測直線電機的動子之間，用于測試施加于被測直線電機的動子上的力，即測試被測直線電機的輸出力；

滾珠絲杠，用于將加載伺服電機的回轉運動轉化為被測直線電機的動子的直線運動；滾珠絲杠的螺桿與加載伺服電機的轉子同軸連接，滾珠絲杠包括螺母、螺桿和固定支架；

加載伺服電機，用于驅動滾珠絲杠的螺桿旋轉，使所述的滾珠絲杠的螺桿旋轉并拖動滾珠絲杠的螺母做直線運動，滾珠絲杠的螺母驅動被測直線電機的動子做直線運動；

底座，用于固定被測直線電機的定子和滾珠絲杠的固定支架，使滾珠絲杠的螺母驅動的被測直線電機的動子與固定在底座上的被測直線電機的定子處于直線電機正常工作狀態的位置，

導軌，用于引導和支撐被測直線電機的動子在底座上沿電機動子運動方向運動；

位移傳感器，用于測量被測直線電機的動子的位移。

采用直線電機力特性測試裝置測試被測直線電機的定位力的方法：首先，使被測直線電機的繞組處于開路狀態，然后，采用加載伺服電機通過滾珠絲杠拖動被測直線電機的動子做勻速運動，其速度v≤.m/s；在被測直線電機勻速運動過程中，從位移傳感器讀取和記錄被測直線電機的動子的運動位置，同時記錄動子處于該運動位置時對應的拉壓力傳感器的讀數；最后，把記錄的所有各位置拉壓力傳感器的讀數數據求平均值，再用各位置的拉壓力傳感器的讀數值減去所述的平均值，即可得到與各位置對應的定位力。

采用直線電機力特性測試裝置測試被測直線電機的靜推力、推力線性度與推力系數的方法：首先，給被測直線電機的三相繞組中的任意兩相中通入直流電流I₁，然后，采用加載伺服電機通過滾珠絲杠拖動被測直線電機的動子做步進運動；在被測直線電機的動子步進運動過程中，從位移傳感器讀取和記錄被測直線電機的動子的運動位置，同時記錄動子處于該運動位置時對應的拉壓力傳感器的讀數，即可得到與各位置對應的靜推力值F_max1；通過改變被測直線電機的三相繞組中的任意兩相中通入直流電流I₁，得到不同電流下的直線電機靜推力曲線，再根據靜推力曲線確定直線電機的推力線性度；同時，計算得到被測直線電機的推力系數：