AT403960B

AT403960B - Vorrichtung zur erfassung des betriebsverhaltens von miniatur- und mikromotoren

Info

Publication number: AT403960B
Application number: AT800897A
Authority: AT
Original assignee: Franek Friedrich Dr; Abraham Gerhard Dr; Cerny Anton; Herza Claus Dipl Ing; Matzner Andreas Dr
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-07-27
Also published as: ATA800897A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des Betriebsverhaltens von Miniatur- und Mikromotoren, deren Leistungen in Bereichen von einigen Watt bis weit unter Mikrowatt liegen, mit einem mit der Motorwelle des zu prüfenden Motors verbundenen Bremskörper, welcher durch Eintauchen in ein mit einem viskosen Medium gefülltes Gefäss auf die Motorweile ein Bremsmoment ausübt.

Für die Charakterisierung des Betriebsverhaltens von Motoren wird üblicherweise die Drehzahl und das Drehmoment des Motors erfasst, wobei z. B. die Betriebsspannung des Motors konstant gehalten wird und eine geeignete Bremsvorrichtung ein Bremsmoment auf die Motorwelle überträgt.

Durch Variation des Bremsmomentes kann das Betriebsverhalten über den gesamten Einsatzbereich des Motors zwischen Leerlaufdrehzahl ohne Last und maximal möglichem Drehmoment untersucht werden.

Bei der Untersuchung sehr kleiner Motoren können übliche Verfahren sowohl zur Aufbringung des Bremsmomentes als auch zur Messung von Drehzahl und Drehmoment wegen der geringen Baugrösse der zu untersuchenden Motoren und der sehr geringen Drehmomente bei teilweise sehr hohen Drehzahlen nicht eingesetzt werden.

Für das definierte Abbremsen von Motoren sind unterschiedliche Verfahren bekannt :
Verfahren zum Messen von Drehmomenten bel grossen Motoren (Industriemotoren mit Leistungen grösser 0, 5 kW) nach der Methode des Prony'schen Zaums.

'Messung der Stromaufnahme bei grossen und mittleren Elektro-Motoren als indirekte Erfassung des
Drehmoments. Bei kleinen Motoren führt diese Methode wegen der Reibungsverluste in den Lagern- gen zu grossen Messfehlern.

'Vorrichtung mit Bremsmotor : Bei dieser Lösung gibt es Probleme mit der Zentrierung der Prüf- und
Bremsmotorwelle. Durch die Unwuchtsmasse der Kupplung kann man diese Messanordnung nur für
Bereiche niedriger Drehzahlen einsetzen. Die Leerlaufdrehzahl des Prüfmotors wird durch die Rei- bungsverluste des Bremsmotors nicht erreicht.

'Vorrichtung mit Schwungscheiben : Bei dieser Methode ist die Schwungscheibe direkt auf der
Motorwelle befestigt. Ihr Trägheitsmoment wird so gross gewählt, dass man aus dem Verhältnis von grösstem Drehmoment zu Trägheitsmoment die gewünschte Winkelbeschleunigung erhält. Hier gibt es
Probleme mit Resonanzschwingungen, die durch Unwuchtskräfte hervorgerufen werden. Dadurch ist diese Vorrichtung nur für kleine Drehzahlen zu verwenden. Ausserdem entsteht eine zusätzliche
Belastung der Motorlagerung in axialer Richtung durch die Schwungscheibe.

* Vorrichtung mit Wirbelstrombremse: Mit Bremsanordnungen nach dem Wirbelstromprinzip können keine vollständigen Hochlaufkennlinien aufgenommen werden, da die Wirbelstrombremsen bei kleinen
Drehzahlen unwirksam sind und bei starken Sattelmomenten ein grosser Drehzahlbereich übersprun- gen wird.

'Vorrichtung mit Bremse aus"Hysteresematenal" : Nachteil ist hier die Wärmeentwicklung im Hystere- sematerial. Sie ist proportional dem Moment und kann nur über die Luft bzw. den zu prüfenden Motor abgeführt werden. Auch die Adaption von Hysterese und Magnetgestell auf verschiedene Wellen- durchmesser bringt Schwierigkeiten mit sich.

Vorrichtung für hochttourige Turbinen mit Bremsbacken : Die höchsttourigen Turbinen (Drehzahl bis
500 000 U/min) werden für zahnärztliche Zwecke verwendet. Die Turbinen haben eine maximale
Leistung von rd. 10 W und ein maximales Moment von 0, 3 cNm. Nachteil dieser Methode ist die radiale Belastung der Turbinenlager durch die Bremsbacken.

'Vorrichtung für Kleinmotoren nach der Unifilarmethode. Der geprüfte Motor wird auf die gewünschte
Drehzahl gebracht und langsam mittels Bremsbacken gebremst. Mit dieser Messvorrichtung kann man störungsfrei Kennlinien von Motoren mit Leistungen im Bereich von 10 Watt bis rd. 500 Watt bestimmen.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US 5, 396. 811 A bekannt. Bei dieser
Einrichtung ist das mit einem viskosen Medium gefüllte Gefäss feststehend und es wird die Drehzahl und das Drehmoment des zu prüfenden Motors gemessen, der von einem im viskosen Medium rotierenden Bremskörper abgebremst wird.

Alle genannten Methoden sind für Mikromotoren nicht geeignet.

Ziel der vorliegenden Erfindung Ist es eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Erfassung des Betriebsverhaltens von Miniatur- und Mikromotoren geeignet ist. Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass das mit einem viskosen Medium gefüllte Gefäss auf einem biegesteifen torsionsweichen Element befestigt ist, welches durch das auftretende Moment eine Torsion erfährt, und dass Messwertaufnehmer vorgesehen sind, um die Torsion messtechnisch zu erfassen.

Damit ist es möglich ; sowohl Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien von Miniatur- und Mikromotoren aufzuzeichnen, als auch Momentenänderungen in der Zelt bei konstanter Drehzahl, sowie Drehzahländerungen in der Zeit bei konstantem Belastungsmoment.

EMI2.1

1. 1989Sollte ein solcher Bremskörper trotzdem eine zu grosse Masse aufweisen, können eine oder mehrere für die Drehzahlmessung nach oben beschriebenen Prinzip verwendbare reflektierende Flächen direkt auf die Welle, z. B. durch Schleifen oder Beschichtung aufgebracht werden.

Die Automatisierung des Messvorgangs wird dadurch erreicht, dass der Bremskörper durch schrittweise programmgesteuerte Verschiebung des Motors, z. B. mit Schrittmotorantrieb in das Bremsgefäss eingetaucht, und dabei zunehmend abgebremst, und anschliessend wieder herausgezogen wird, sodass eine automatische Erfassung einer Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie erfolgen kann. Bei geeigneter Dimensionierung des Bremskörpers können dadurch alle möglichen Arbeitspunkte des zu prüfenden Motors erfasst werden.

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Erfassung des Betriebsverhaltens von Miniatur- und Mikromotoren, mit einem mit der Motorwelle des zu prüfenden Motors (1) verbundenen Bremskörper, welcher durch Eintauchen in ein mit einem viskosen Medium gefülltes Gefäss (5) auf die Motorwelle ein Bremsmoment ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (5) auf einem biegesteifen torsionsweichen Element (6) befestigt ist, welches durch das auftretende Moment eine Torsion erfährt, und dass Messwertaufnehmer vorgesehen sind, um die Torsion messtechnisch zu erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (6) als Anordnung von Blattfedern ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Torsionselement (6) als Spiralfeder ausgeführt ist und das Bremsgefäss reibungsarm gelagert ist, z. B. mit einem Luftlager.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in das viskose Medium eintauchende Teil des Bremskörpers (4) und das Bremsgefäss (5) zylindrisch ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in das viskose Medium eintauchende Teil des Bremskörpers (4) und das Bremsgefäss (5) kegelig bzw. konisch ausgeführt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in das viskose Medium eintauchende Teil des Bremskörpers (4) als Prisma ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (4) einen nicht in das viskose Medium eintauchenden Teil aufweist, welcher mit spiegelnden Flächen (10) versehen ist, durch weiche ein oder mehrere Laserstrahlen (11) auf eine Anordnung von lichtempfindli- chen Elementen, z. B. Fototdioden (12) reflektierbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehzahimes- sung direkt auf der Motorwelle eine oder mehrere reflektierende Flächen vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenwand des Bremsgefässes (5) mindestens eine ebene reflektierende Fläche (7) z. B. ein Spiegel angebracht ist. mittels weichem ein Laserstrahl (8) auf einen positionsempfindlichen Sensor (9) (z. B. PSD-Position Sensitive Device) reflektierbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2,4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Torsionselement (6) aufgebrachte Dehnungsmessstreifen vorgesehen sind, mit denen die Verdrehung des Bremsgefässes (5) erfassbar ist.