CN111044196A - 一种直线电机推力测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供直线电机推力测量装置及测量方法。该装置包括直线电机与测试平台；直线电机包含定子与动子，动子固定在第一滑块上，可随第一滑块在第一轨道上相对于定子进行直线运动；测试平台上设置第二轨道，定子固定在第二滑块上，可随第二滑片沿第二轨道滑动；定子两端分别固定设置挡板，挡板与定子端之间设置力传感器，定子被夹在两个力传感器之间，通过两个力传感器探测反作用力，从而获得直线电机的电磁推力。该测量装置结构简单，测量过程中力传感器静止，无需额外的拖链理线、力传感器损耗小，不仅可用于无负载的直线电机电磁推力测量，而且可用于动子上载有负载时的电磁推力测量。

Description

一种直线电机推力测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，尤其涉及一种直线电机推力测量装置及测量方法。

背景技术

现代加工工业领域，如高速磨床、精密车床等很多场合都需要高速、高精度的直线运动。获得直线运动的方法主要有两种，一种是通过旋转电机带动机械传动机构，将旋转运动转换为直线运动；另一种是直接采用直线电机进行驱动。前者存在惯性大、摩擦大、重复定位精度低等缺点，因此近年来直线电机技术越来越受到关注。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能的动力装置。直线电机的驱动性能主要取决于直线电机提供的电磁推力，因此直线电机的电磁推力的测量非常重要。

CN203116897U公开一种直线电机推力测试系统，包括固定台、拉力传感器、活动台、重物、牵引绳、定滑轮、数据记录仪与测距仪；拉力传感器的一端与直线电机的动子相连，另一端通过牵引绳连接重物；测量直线电机性能时，直线电机通电，不断增加重物的重量，拉力传感器测出直线电机的动子所能产生的推力，测距仪测量直线电机的动子所移动的距离，数据记录仪可以实时的显示直线电机推力与直线电机的动子所在位置之间的关系，从而得到直线电机的推力曲线。

CN107314851A公开一种直线电机推力测试装置，包括测试台、支架、力传感器、导轨、旋转伺服电机、滚珠丝杠，力传感器连接在滚珠丝杠的螺母与直线电机的动子之间；工作状态时，利用直线电机驱动器驱动直线电机做直线运动；旋转伺服电机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，对直线电机施加制动力；力传感器连续测量并记录直线电机整个行程中的输出推力。

CN110160696A公开一种直线电机推力测试装置，包括基座、定子、被测电机动子、陪测电机动子，第一刚性连接件、第二刚性连接件和力传感器，第一刚性连接件的第一端连接在被测电机动子上，第二刚性连接件的第一端连接在陪测电机动子上，力传感器连接在所述第一刚性连接件的第二端和第二刚性连接件的第二端之间；通过陪测电机动子拖动与其刚性连接的被测电机动子进行推力测试，获取被测电机动子的推力波动曲线。

上述测量装置中均包括力传感器，并且力传感器均与待测直线电机的动子相连，在测试过程中，随着动子运动力传感器也进行运动，用于测量直线电机的动子所能产生的推力并将测量结果传输至处理单元。这种测量方法存在的问题是：(1)由于信号的传递与控制，力传感器连接输入输出线路，在测试过程中力传感器进行运动势必需要额外的拖链理线，从而会提高成本，同时增加测量装置的复杂性；(2)力传感器的工作原理一般是在力的作用下应变材料产生形变而引起电信号等变化，力传感器不断进行往复运动会影响应变材料对形变的敏感性，容易疲劳，从而降低力传感器的测量精度，同时还导致力传感器损耗，降低其使用寿命；(3)上述测量装置中均包含用于对待测直线电机施加制动力的负载，本发明中称为制动力负载，例如，CN203116897U中是与绕过滑轮的牵引绳连接的重物，CN107314851A中是旋转伺服电机、滚珠丝杠与螺母组成的负载直线电机，CN110160696A中是陪测直线电机，这些制动力负载均通过力传感器与待测直线电机动子连接，与直线电机实际应用时将实际负载置于直线电机上不同，因此上述专利文献中提供的测量装置无法测量实际应用中负载位于直线电机上方时的推力测量。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种直线电机推力测量装置，其结构简单，测量方法简单，不仅可用于无负载的直线电机电磁推力测量，而且可用于动子上载有负载时的电磁推力测量。

本发明提供的技术方案为：一种直线电机推力测量装置，所述直线电机包含定子、动子、第一滑块与第一轨道，动子固定在第一滑块上，可随第一滑块在第一轨道上相对于定子进行直线运动，其特征是：

还包括测试平台、第二滑块、第二轨道、第一挡板与第二挡板；

第二轨道固定在测试平台上，定子固定在第二滑块上，可随第二滑块沿第二轨道滑动；

沿着第二轨道的方向，定子两端分别记为定子A端与定子B端；

第一挡板固定在测试平台上，并且距离定子A端一定距离；第一挡板与定子A端之间设置第一力传感器，第一力传感器的一端与第一挡板固定连接，第一力传感器的另一端与定子A端连接；

第二挡板固定在测试平台上，并且距离定子B端一定距离；第二挡板与定子B端之间设置第二力传感器，第二力传感器的一端与第二挡板固定连接，第二力传感器的另一端与定子B端连接；

即，所述定子夹在第一传感器与第二传感器之间，无法沿第二轨道滑动；

作为一种实现方式，第一力传感器通过紧固件与第一挡板固定连接。所述紧固件不限，包括固定螺栓等。

作为一种实现方式，第二力传感器通过紧固件与第二挡板固定连接。所述紧固件不限，包括固定螺栓等。

作为一种实现方式，第一力传感器直接与定子A端连接。

作为另一种实现方式，第一力传感器通过第一刚性连接件与定子A端连接。

作为一种实现方式，第二力传感器直接与定子B端连接。

作为另一种实现方式，第二力传感器通过第二刚性连接件与定子B端连接。

当所述定子在第二轨道方向的长度较长时，优选在定子下方固定连接刚性件，所述刚性件在第二轨道方向的长度小于定子第二轨道方向的长度；定子通过所述刚性件固定连接滑块；沿着第二轨道的方向，所述刚性件的左端记作刚性件的A端，右端记作刚性件的B端；将第一力传感器的另一端与所述刚性件的A端连接，第二力传感器的另一端与所述刚性件的B端连接，即，第一力传感器的另一端通过刚性件连接定子A端，第二力传感器的另一端通过该刚性件连接定子B端。

作为一种实现方式，第一挡板通过固定连接件固定在测试平台上。所述固定连接件不限，包括固定螺栓等。

作为一种实现方式，第二挡板通过固定连接件固定在测试平台上。所述固定连接件不限，包括固定螺栓等。

所述直线电机结构不限，包括平板状的直线电机，圆筒状的直线电机等。

利用本发明的测量装置测量直线电机电磁推力的方法如下：

直线电机通电，动子在电磁推力作用下沿第一轨道相对于定子进行直线运动，定子上产生相应的反作用力；在该反作用力作用下，定子有沿第二轨道位移的趋势，由于第一力传感器与第二力传感器的夹持而无法沿第二轨道滑动，第一力传感器与第二力传感器受到应力作用，其中的应变材料发生形变，从而使第一力传感器与第二力传感器产生输出信号，输出信号即对应电磁推力的反作用力，从而获得直线电机的电磁推力。

上述测量方法中，第一力传感器与第二力传感器受到的应力相同，使其发生的形变相反，因此第一力传感器与第二力传感器测量得到的电磁推力值互为冗余。

上述测量方法中，由于第一力传感器的一端固定连接第一挡板，在实际应用中，测量直线电机电磁推力之前(即，受到的电磁推力为零时)，第一力传感器可能由于受到第一挡板的连接作用力而产生力信号输出，在这种情况下，将该力信号输出记作F_preload1，将测量后第一力传感器的力信号输出记作F₁，则实际的直线电机电磁推力值为|F_preload1-F₁|。同理，将第二力传感器可能由于受到第二挡板的连接作用力而产生力信号输出，在这种情况下，将该力信号输出记作F_preload2，将测量后第一力传感器的力信号输出记作F₂，则实际的直线电机电磁推力值为|F_preload2-F₂|。实际的直线电机的电磁推力值进一步优选为

本发明将力传感器与定子相连，用于探测动子运动时作用在定子上的反作用力，通过该反作用力获得直线电机的电磁推力，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)现有的电磁推力测量中，负载是作为直线电机的制动力负载与动子相连，而在实际应用中，负载往往置于动子上，本发明的测量装置不仅可以测量无负载的动子运动时的电磁推力，也可测量动子上有负载时的电磁推力，因此本发明可用于直线电机在实际工作中的电磁推力；

(2)本发明中，力传感器静止，无需在测量过程中随动子运动，因此无需额外的拖链理线，同时可保护力传感器损耗，保持其探测精度；

(3)本发明中，定子两侧分别设置力传感器，两个力传感器测量的推力输出值互为冗余，避免了其中一个传感器出现问题时测量无法进行的问题。

(4)本发明中，测量装置结构简单，成本低。

附图说明

图1是本发明直线电机推力测量装置示意图。

图1中的附图标记为：动子1、定子2、第一挡板31、第二挡板32、第一紧固螺栓41、第二紧固螺栓42、第一力传感器5、第二力传感器6、第一固定螺栓71、第二固定螺栓72、第二滑块A81、第二滑块B82、第二轨道9、测试平台10。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

如图1所示，直线电机推力测量装置包括测试平台10、直线电机、第一挡板31、第二挡板32、第一力传感器5、第二力传感器6。

直线电机包括动子1、定子2、第一滑块(图中未画出)与第一轨道(图中未画出)，动子1固定在第一滑块上，可随第一滑块在第一轨道上相对于定子2进行直线运动。

第二轨道9固定在测试平台10上。定子2固定在第二滑块上，如图1所示，本实施例中第二滑片由第二滑块A81与第二滑块B82组成，定子可随第二滑片沿第二轨道9滑动。

沿着第二轨道的方向，定子2的左端记为定子A端，右端记作定子B端。

第一挡板31通过第一固定螺栓71固定在测试平台，并且与定子A端保持间距。第二挡板32通过第二固定螺栓72固定在测试平台，并且与定子B端保持间距。

第一挡板31与定子A端之间设置第一力传感器5，第一力传感器5的一端通过第一紧固螺栓41与第一挡板31固定连接，第一力传感器的另一端与定子A端直接连接。

第二挡板32与定子B端之间设置第二力传感器6，第二力传感器6的一端通过第二紧固螺栓42与第二挡板32固定连接，第二力传感器的另一端与定子B端直接连接。

即，在第一挡板、第二挡板、第一力传感器以及第二力传感器作用下，定子2被夹在第一传感器5与第二传感器6之间，无法沿第二轨道滑动。

利用上述测量装置测量直线电机电磁推力的方法如下：

(1)第一力传感器由于受到第一挡板的连接作用力而产生力信号输出，记作F_preload1；第二力传感器由于受到第二挡板的连接作用力而产生力信号输出，记作F_preload2；

(2)直线电机通电，动子无负载，在电磁推力作用下动子沿第一轨道相对于定子进行直线运动，第一力传感器的力信号输出为F₁，第二力传感器的力信号输出为F₂；

(3)根据

计算直线电机的电磁推力值。

实施例2：

本实施例中，直线电机推力测量装置与实施例1完全相同。

本实施例中，利用上述测量装置测量直线电机电磁推力的方法与实施例基本相同，所不同的是，在步骤(2)中，直线电机通电，动子上有负载，在电磁推力作用下动子携带负载沿第一轨道相对于定子进行直线运动。

实施例3：

本实施例中，直线电机推力测量装置与实施例1基本相同。所不同的是，第一力传感器的另一端与定子A端通过第一刚性连接件连接，第二力传感器的另一端与定子B端通过第二刚性连接件连接。

利用上述测量装置测量直线电机电磁推力的方法与实施例1相同。

实施例4：

本实施例中，直线电机推力测量装置与实施例1基本相同。所不同的是，定子下方固定连接刚性件，该刚性件在第二轨道方向的长度小于定子在第二轨道方向的长度，该刚性件可视为定子的一部分。定子通过该刚性件固定连接滑块。沿着第二轨道的方向，该刚性件的左端记作刚性件的A端，右端记作刚性件的B端。将第一力传感器的另一端与刚性件的A端连接，第二力传感器的另一端与刚性件的B端连接。

利用上述测量装置测量直线电机电磁推力的方法与实施例1相同。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线电机推力测量装置，所述直线电机包含定子、动子、第一滑块与第一轨道，动子固定在第一滑块上，可随第一滑块在第一轨道上相对于定子进行直线运动，其特征是：

还包括测试平台、第二滑块、第二轨道、第一挡板与第二挡板；

第二轨道固定在测试平台上，定子固定在第二滑块上，可随第二滑块沿第二轨道滑动；

沿着第二轨道的方向，定子两端分别记为定子A端与定子B端；

第一挡板固定在测试平台上，并且距离定子A端一定距离；第一挡板与定子A端之间设置第一力传感器，第一力传感器的一端与第一挡板固定连接，第一力传感器的另一端与定子A端连接；

第二挡板固定在测试平台上，并且距离定子B端一定距离；第二挡板与定子B端之间设置第二力传感器，第二力传感器的一端与第二挡板固定连接，第二力传感器的另一端与定子B端连接；

所述定子夹在第一传感器与第二传感器之间，无法沿第二轨道滑动。

2.如权利要求1所述的直线电机推力测量装置，其特征是：第一力传感器通过紧固件与第一挡板固定连接。

3.如权利要求1所述的直线电机推力测量装置，其特征是：第二力传感器通过紧固件与第二挡板固定连接。

4.如权利要求1所述的直线电机推力测量装置，其特征是：第一力传感器通过刚性连接件与定子A端连接，或者，第一力传感器直接与定子A端连接。

5.如权利要求1所述的直线电机推力测量装置，其特征是：第二力传感器通过刚性连接件与定子B端连接，或者，第二力传感器直接与定子B端连接。

6.如权利要求1所述的直线电机推力测量装置，其特征是：定子下方固定连接刚性件；

所述刚性件在第二轨道方向的长度小于定子第二轨道方向的长度；

定子通过所述刚性件固定连接滑块；

沿着第二轨道的方向，所述刚性件的左端记作刚性件的A端，右端记作刚性件的B端；将第一力传感器的另一端与所述刚性件的A端连接，第二力传感器的另一端与所述刚性件的B端连接。

7.利用权利要求1至6中任一权利要求所述的装置测量直线电机推力的方法，其特征是：

直线电机通电，动子在电磁推力作用下沿第一轨道相对于定子进行直线运动，定子上产生相应的反作用力；在该反作用力作用下，第一力传感器与第二力传感器受到应力作用，通过第一力传感器与第二力传感器产生反作用力的输出信号，从而获得直线电机的电磁推力。

8.如权利要求7所述的测量方法，其特征是：所述动子上有负载。

9.如权利要求7所述的测量方法，其特征是：

直线电机通电之前，第一力传感器受到第一挡板的连接作用力而产生力信号输出记作F_preload1；直线电机通电之后测量第一力传感器的力信号输出记作F₁，则实际的直线电机的电磁推力的反作用力值为|F_preload1-F₁|；

或者，直线电机通电之前，第一力传感器受到第一挡板的连接作用力而产生力信号输出记作F_preload2，直线电机通电之后测量第一力传感器的力信号输出记作F₂，实际的直线电机的电磁推力的反作用力值为|F_preload2-F₂|。

10.如权利要求9所述的测量方法，其特征是：实际的直线电机的电磁推力的反作用力值为

Images