CN107314851A - 直线电机推力测试装置及采用该装置测量推力波动的方法 - Google Patents

Abstract

直线电机推力测试装置及采用该装置测量推力波动的方法，涉及电机测试技术领域。本发明是为了解决现有的直线电机推力加载测试装置只能进行单程测试及操作复杂的问题。测试台及支架上设置有滚珠丝杠，旋转伺服电机的转子与滚珠丝杠同轴，滚珠丝杠上套有一个螺母，力传感器连接在滚珠丝杠的螺母与被测直线电机动子之间，力传感器用来测试被测直线电机在导轨上滑动运行的输出推力，测试台及支架的底座上安装有导轨，旋转伺服电机用于驱动滚珠丝杠旋转运动，从而带动滚珠丝杠上的螺母沿直线运动推动被测直线电机在导轨上滑动运行。它用于测试被测直线电机的输出推力。

Description

直线电机推力测试装置及采用该装置测量推力波动的方法

技术领域

本发明涉及直线电机推力测试装置及采用该装置测量推力波动的方法，属于电机测试技术领域。

背景技术

在现代加工工业领域，诸如激光切割、高速磨床、精密车床、加工中心等很多场合都需要高速度高精度的直线运动，而传统的方法只能借助于旋转电动机和滚珠丝杆等中间环节来获得直线运动，这就不可避免地存在惯性大、摩擦大、有反向间隙等缺点。近年来，随着直线电机技术的进步，越来越多的场合开始直接应用它来获得直线运动。由于采用直接驱动技术，直线电机具有速度快、加速度高、定位精度高、行程长和动态响应快等优点，而这恰恰满足了高速精密加工技术的要求。

但是，针对系统需求研制开发或购买的直线电机性能以及特性是否满足要求，如何对直线电机系统性能作出正确、客观的评价，都需要有成熟的直线电机系统测试设备来完成。

已有的直线电机推力加载测试装置如图2所示，该装置由系统平台、直线电机的动子、直线电机的定子、滑轮、传动绳以及砝码组成。通过滑轮和传动绳，把砝码的自身重量加到直线电机的动子上，形成单方向的拉力加载到直线电机上。不断增加砝码的重量，当直线电机开始匀速运动时，直线电机的制动力等于砝码的重量，既而获得直线电机的最大静态力。但是，该测试装置存在如下缺点：(1)测试加载推力时，只能进行单方向、单程测量，不适合短行程直线电机测试；(2)加载力不能连续变化，只能通过添加或减少砝码来改变负载；(3)加速时由于需要克服砝码的加速度，加速段无法测量，只能测量匀速状态，且测试时间长；(4)系统采用传动绳，加载时产生形变，运动时会产生较大的推力扰动，从而影响测试精度；(5)测量过程复杂，测试精度低；(6)测试参数单一，只能对直线电机静态力进行测量；(7)只能对静态参数进行测试，无法完成系统性能动态性能、特性测试。

发明内容

本发明是为了解决现有的直线电机推力加载测试装置只能进行单程测试及操作复杂的问题。现提供直线电机推力测试装置及采用该装置测量推力波动的方法。

直线电机推力测试装置，它包括测试台及支架1、力传感器2、导轨、旋转伺服电机4和滚珠丝杠5，

测试台及支架1上设置有滚珠丝杠5，旋转伺服电机4的转子与滚珠丝杠5同轴，滚珠丝杠5上套有一个螺母6，

力传感器2连接在滚珠丝杠5的螺母6与被测直线电机动子之间，力传感器2用来测试被测直线电机在导轨上滑动运行的输出推力，测试台及支架1的底座上安装有导轨，

旋转伺服电机4用于驱动滚珠丝杠5旋转运动，从而带动滚珠丝杠5上的螺母6沿直线运动推动被测直线电机在导轨上滑动运行。

根据直线电机推力测试装置测量推力波动的方法，所述测量推力波动的具体方法为：

利用直线电机驱动器8驱动被测直线电机做直线运动，旋转伺服电机4工作在发电制动状态，使被测直线电机稳定运行在各个不同速度点上，旋转伺服电机4通过滚珠丝杠5对被测直线电机施加制动力，用力传感器2连续测量并记录被测直线电机整个行程中的输出推力；从整个行程的输出推力中获得最大推力F_max和最小推力F_min，

根据推力波动率F(％)公式：

获得推力的波动。

本发明的有益效果为：

本发明的主要优点：1本发明测试装置可以为被测直线电机提供与动子运动方向相反的制动力，实现双向测试；2本发明测试装置采用伺服电机驱动滚珠丝杠对直线电机进行施加力，同时，采用惯性飞轮来平滑伺服电机的速度，抑制其速度波动，加载力可以在直线电机运动过程中连续调节，且从根本上抑制了加载力波动，提高了系统测试精度；3本发明装置结构简单，成本，操作方便、可靠性高；4本发明测试装置可以实现对直线电机的定位力、静推力、动态推力、推力波动、推力系数、推力线性度等多项参数进行测试，系统的性能高、功能齐全。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的直线电机推力测试装置的结构示意图；

图2为现有的一种直线电机静态力的测试装置结构图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的直线电机推力测试装置，它包括测试台及支架1、力传感器2、导轨、旋转伺服电机4和滚珠丝杠5，

测试台及支架1上设置有滚珠丝杠5，旋转伺服电机4的转子与滚珠丝杠5同轴，滚珠丝杠5上套有一个螺母6，

力传感器2连接在滚珠丝杠5的螺母6与被测直线电机动子之间，力传感器2用来测试被测直线电机在导轨上滑动运行的输出推力，测试台及支架1的底座上安装有导轨，

旋转伺服电机4用于驱动滚珠丝杠5旋转运动，从而带动滚珠丝杠5上的螺母6沿直线运动推动被测直线电机在导轨上滑动运行。

本实施方式中，被测直线电机定子的两端分别安装有缓冲器，缓冲器将被测直线电机定子限制在内。

力传感器2用来测试被测直线电机的输出推力或用来测试施加于被测直线电机动子上的力。

力传感器2可以采用小量程力传感器或者大量程力传感器，本申请还包括弹性单元，弹性单元在力作用方向上由具有弹性与阻尼特性，当其影响测试精度时则要求由小量程力传感器与弹性单元构成的系统的共振频率必须高于被测力的波动频率。

本申请还包括交流可编程电源，交流可编程电源用于给被测直线电机的绕组通入电流。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括直线电机驱动器8和伺服电机驱动器9，直线电机驱动器8用于驱动被测直线电机；伺服电机驱动器9用于驱动旋转伺服电机4。

旋转伺服电机的绕组输入端与伺服电机驱动器的电流输出端连接在一起。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，导轨采用气浮导轨、磁浮导轨或直线滚动导轨。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括惯性飞轮7，

惯性飞轮7与旋转伺服电机4的转子和滚珠丝杠5同轴，惯性飞轮7用于平滑旋转伺服电机4的速度，抑制旋转伺服电机4速度波动。

本实施方式中，采用惯性飞轮来平滑伺服电机的速度，抑制其速度波动，加载力可以在直线电机运动过程中连续调节，且从根本上抑制了加载力波动，提高了系统测试精度。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，惯性飞轮7与旋转伺服电机4之间设置有电磁离合器、磁力耦合器或力矩限制器。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括位移传感器3，位移传感器3用于测量被测直线电机动子的位移。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，位移传感器采用直线光栅、磁栅、直线旋变或激光干涉仪实现。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的直线电机推力测试装置作进一步说明，本实施方式中，位移传感器3采用直线光栅、磁栅、直线旋变或激光干涉仪实现。

具体实施方式八：根据具体实施方式一至六任一所述的直线电机推力测量推力波动的方法，其特征在于，所述测量推力波动的具体方法为：

利用直线电机驱动器8驱动被测直线电机做直线运动，旋转伺服电机4工作在发电制动状态，使被测直线电机稳定运行在各个不同速度点上，旋转伺服电机4通过滚珠丝杠5对被测直线电机施加制动力，用力传感器2连续测量并记录被测直线电机整个行程中的输出推力；从整个行程的输出的推力中获得最大推力F_max和最小推力F_min，

根据推力波动率F(％)公式：

获得推力的波动。

本实施方式中，测量被测直线电机的定位力的具体方法为：采用旋转伺服电机通过滚珠丝杠拖动被测直线电机动子做低速匀速运动，v≤0.001m/s，在被测直线电机匀速运动过程中，根据位移传感器读取并记录被测直线电机动子的运动位置，以及与位置对应的力传感器读数，把所有的力传感器读数数据求平均值，再用各位置的力传感器读数数据减去平均值，获得各位置对应的定位力值。

本实施方式中，测量被测直线电机的静推力、推力线性度与推力系数，具体过程为：利用交、直流可编程电源给被测直线电机的三相绕组中的任意两相中通入直流电流I₁，采用旋转伺服电机通过滚珠丝杠拖动被测直线电机的动子做小步距的步进运动，在被测直线电机动子步进运动过程中，从位移传感器读取并记录动子的运动位置，以及与运动位置对应的力传感器读数，得到与各运动位置对应的静推力值。绕组通入的直流电流可以为不同的值，从而能够得到不同电流下的直线电机静推力曲线，通过绘制不同电流下峰值静推力F_max1曲线，就可以确定直线电机的推力线性度。同时，可计算得到被测直线电机的推力系数

Claims (8)

1.直线电机推力测试装置，其特征在于，它包括测试台及支架(1)、力传感器(2)、导轨、旋转伺服电机(4)和滚珠丝杠(5)，

测试台及支架(1)上设置有滚珠丝杠(5)，旋转伺服电机(4)的转子与滚珠丝杠(5)同轴，滚珠丝杠(5)上套有一个螺母(6)，

力传感器(2)连接在滚珠丝杠(5)的螺母(6)与被测直线电机动子之间，力传感器(2)用来测试被测直线电机在导轨上滑动运行的输出推力，测试台及支架(1)的底座上安装有导轨，

旋转伺服电机(4)用于驱动滚珠丝杠(5)旋转运动，从而带动滚珠丝杠(5)上的螺母(6)沿直线运动推动被测直线电机在导轨上滑动运行。

2.根据权利要求1所述的直线电机推力测试装置，其特征在于，它还包括直线电机驱动器(8)和伺服电机驱动器(9)，直线电机驱动器(8)用于驱动被测直线电机；伺服电机驱动器(9)用于驱动旋转伺服电机(4)。

3.根据权利要求1所述的直线电机推力测试装置，其特征在于，导轨采用气浮导轨、磁浮导轨或直线滚动导轨。

4.根据权利要求1所述的直线电机推力测试装置，其特征在于，它还包括惯性飞轮(7)，

惯性飞轮(7)与旋转伺服电机(4)的转子和滚珠丝杠(5)同轴，惯性飞轮(7)用于平滑旋转伺服电机(4)的速度，抑制旋转伺服电机(4)速度波动。

5.根据权利要求4所述的直线电机推力测试装置，其特征在于，惯性飞轮(7)与旋转伺服电机(4)之间设置有电磁离合器、磁力耦合器或力矩限制器。

6.根据权利要求1所述的直线电机推力测试装置，其特征在于，它还包括位移传感器(3)，位移传感器(3)用于测量被测直线电机动子的运动位移。

7.根据权利要求6所述的直线电机推力测试装置，其特征在于，位移传感器(3)采用直线光栅、磁栅、直线旋变或激光干涉仪实现。

8.根据权利要求1至6任一所述的直线电机推力测试装置测量推力波动的方法，其特征在于，所述测量推力波动的具体方法为：

利用直线电机驱动器(8)驱动被测直线电机做直线运动，旋转伺服电机(4)工作在发电制动状态，使被测直线电机稳定运行在各个不同速度点上，旋转伺服电机(4)通过滚珠丝杠(5)对被测直线电机施加制动力，用力传感器(2)连续测量并记录被测直线电机整个行程中的输出推力；从整个行程的输出推力中获得最大推力F_max和最小推力F_min，

根据推力波动率F(％)公式：

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获得推力的波动。