CN101520348B - 一种永磁直线电机定位力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种永磁直线电机定位力测量装置，属于电机测试领域。本发明的目的是解决采用弹簧秤测量永磁直线电机的定位力的装置测量精度低、测试时人为因素多，测量过程不可控的问题。本发明采用两个同步轮、同步带、永磁直线电机的动子、步进电机构成机械结构闭环，步进电机的微步进旋转角度转换成永磁直线电机的动子的水平方向的微小位移，计算机、两个拉力传感器、步进电机、步进电机控制构成电气控制系统闭环，利用计算机对两个拉力传感器的信号进行处理，得到永磁直线电机的定位力，实现高精度等距位置控制，记录每次步进的位移和定位力，形成全程的定位力曲线。本发明多于永磁直线电机的定位力的测量。

Description

一种永磁直线电机定位力测量装置

技术领域

本发明涉及一种永磁直线电机定位力测量装置，属于电机测试领域。

背景技术

直线电机是传统电机的一种延伸，现已得到各行各业的重视和认可。永磁直线电机的定位力的测量一直是研究永磁直线电机不可缺少的步骤，永磁直线电机定位力的精确测量，对永磁直线电机设计和优化有着重大意义。已有的永磁直线电机定位力测量如图1和图2所示，此装置由测试平台1、永磁直线电机的动子2、永磁直线电机的定子3和弹簧秤12组成。通过用人工拉动弹簧秤12，带动永磁直线电机的动子2，同时记录弹簧秤12的数据，得到永磁直线电机的定位力。此测试方法的缺点有：(1)测量时定位力准确度差，精度低，测量值只能作为参考；(2)测量时只能测量定位力的最大值，以及定位力最大值时的动子2所在的位置，而不能精确的测出永磁直线电机的动子2的位置与定位力大小的实时关系；(3)测试人为因素多，测量过程不可控。

发明内容

本发明的目的是解决采用弹簧秤测量永磁直线电机的定位力的装置测量精度低、测试时人为因素多，测量过程不可控的问题，提供了一种永磁直线电机定位力测量装置。

本发明包括测试平台、永磁直线电机、步进电机、步进电机控制器、主动同步轮、从动同步轮、同步带、第一拉力传感器、第二拉力传感器和计算机，

永磁直线电机包括动子和定子，永磁直线电机设置在测试平台上，并且位于主动同步轮和从动同步轮之间，永磁直线电机的动子的一端与第一拉力传感器的一端相连，第一拉力传感器的另一端和同步带的一端相连，同步带的另一端与第二拉力传感器的一端相连，第二拉力传感器的另一端与永磁直线电机的动子的另一端相连，

测试平台的一端设置有步进电机，步进电机的输出轴与主动同步轮固定连接，并通过同步带带动从动同步轮转动，

第一拉力传感器的拉力信号输出端与计算机的第一输入端相连，第二拉力传感器的拉力信号输出端与计算机的第二输入端相连，计算机的脉冲信号输出端与步进电机控制器的输入端相连，步进电机控制器的控制信号输出端与步进电机的控制信号输入端相连。

本发明的优点是：本发明采用两个同步轮、同步带、永磁直线电机的动子、步进电机构成机械结构闭环，步进电机的微步进旋转角度转换成永磁直线电机的动子的水平方向的微小位移，可进行高精度等距位置控制。系统通过计算机可以实现正反连续性、全程定位力测量，直接绘制永磁直线电机的定位力曲线。

测试装置结构简单、可靠、成本低廉，具有测试精度高，测试范围宽。

附图说明

图1是背景技术中采用弹簧秤测量一侧定位力的结构示意图，图2是背景技术中采用弹簧秤测量另一侧定位力的结构示意图，图3是本发明结构示意图，图4是步进电机与主动同步轮连接的结构示意图，图5是第一拉力传感器测得的定位力曲线，图6是第二拉力传感器测得的定位力曲线，图7是全程定位力曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式包括测试平台1、永磁直线电机、步进电机4、步进电机控制器5、主动同步轮6、从动同步轮7、同步带8、第一拉力传感器9、第二拉力传感器10和计算机11，

永磁直线电机包括动子2和定子3，永磁直线电机设置在测试平台1上，并且位于主动同步轮6和从动同步轮7之间，永磁直线电机的动子2的一端与第一拉力传感器9的一端相连，第一拉力传感器9的另一端和同步带8的一端相连，同步带8的另一端与第二拉力传感器10的一端相连，第二拉力传感器10的另一端与永磁直线电机的动子2的另一端相连，

测试平台1的一端设置有步进电机4，步进电机4的输出轴与主动同步轮6固定连接，并通过同步带8带动从动同步轮7转动，

第一拉力传感器9的拉力信号输出端与计算机11的第一输入端相连，第二拉力传感器10的拉力信号输出端与计算机11的第二输入端相连，计算机11的脉冲信号输出端与步进电机控制器5的输入端相连，步进电机控制器5的控制信号输出端与步进电机4的控制信号输入端相连。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，主动同步轮6和从动同步轮7直径相等，其它组成及连接方式与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，永磁直线电机选用永磁平板形直线电机、永磁圆筒形直线电机或永磁双边结构直线电机，其它组成及连接方式与实施方式一相同。

具体实施方式四：下面结合图4～图7说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步进电机4包括主动转子4-1、接线端子4-2和底座4-3，主动转子4-1的输出轴与主动同步轮6固定连接，接线端子4-2连接步进电机控制器5的控制信号输出端，底座4-3设置在测试平台1上，其它组成及连接方式与实施方式一相同。

工作原理：

为了叙述方便，设定各部件左右位置关系如图3所示，为了测出永磁直线电机的定位力，将永磁直线电机放在测试平台1上，让步进电机4旋转，通过主动同步轮6、从动同步轮7及同步带组成的传动机构带动永磁直线电机的动子2沿直线运动，若步进电机4顺时针旋转，则永磁直线电机的动子2向左侧运动，若步进电机4逆时针旋转，则永磁直线电机的动子2向右侧运动。下面以步进电机4顺时针旋转为例进行分析：

计算机11输出步进脉冲给步进电机控制器5，进而控制步进电机4旋转，步进电机4每接收一个步进脉冲控制信号，则顺时针旋转一个固定角度θ(步进角)，与步进电机4的主动转子4-1的输出轴固定连接的主动同步轮6同步旋转，主动同步轮6通过同步带8和从动同步轮7带动永磁直线电机的动子2向左侧移动一个固定位移。由于永磁直线电机的定位力的存在，永磁直线电机的动子2左侧的同步带8上产生一个反方向的拉力，该拉力作用在与之连接的第一拉力传感器9上，并输出一电压模拟量u₁(s)(V)，已知第一拉力传感器9的参数为k₁(N/V)，计算机11采集第一拉力传感器9输出的电压信号u₁(s)，并计算出第一拉力传感器11的拉力F₁为：

F₁＝k₁×u₁(s)    (1)

第一拉力传感器11的拉力F₁即为所求的永磁直线电机的定位力。

此时，永磁直线电机的动子2的位置s为：

$s=\frac{\mathrm{n\πD\θ}}{360}---\left(2\right)$

其中：

n为计算机11输出步进脉冲的数量；

D为主动同步轮6和从动同步轮7的有效直径，单位为m。

随着步进脉冲数量的增加，逐点记录动子2的位置和第一拉力传感器9的拉力F₁，此段时间内，第二拉力传感器10无输出，直到某一时刻定位力达到最大值，永磁直线电机的动子2会产生一个反方向的力，该力作用在第二拉力传感器10上，第二拉力传感器10输出u₂(s)(V)，当第二拉力传感器10有输出时，第一拉力传感器9无输出，计算此时第二拉力传感器10上的拉力F₂为：

F₂＝k₂×u₂(s)    (3)

其中：k₂为第二拉力传感器10的参数，单位为N/V。

随着步进脉冲数量的进一步增加，永磁直线电机的定位力随之减小，直至零。完成全程的定位力测量，将两段定位力曲线合成如图7所示。

如需测量永磁直线电机右侧运动的定位力，则让步进电机4逆时针旋转，测量方法和上述左侧运动的方法一样，不再赘述。

Claims (4)

1.一种永磁直线电机定位力测量装置，其特征在于：它包括测试平台(1)、永磁直线电机、步进电机(4)、步进电机控制器(5)、主动同步轮(6)、从动同步轮(7)、同步带(8)、第一拉力传感器(9)、第二拉力传感器(10)和计算机(11)，

永磁直线电机包括动子(2)和定子(3)，永磁直线电机设置在测试平台(1)上，并且位于主动同步轮(6)和从动同步轮(7)之间，永磁直线电机的动子(2)的一端与第一拉力传感器(9)的一端相连，第一拉力传感器(9)的另一端和同步带(8)的一端相连，同步带(8)的另一端与第二拉力传感器(10)的一端相连，第二拉力传感器(10)的另一端与永磁直线电机的动子(2)的另一端相连，

测试平台(1)的一端设置有步进电机(4)，步进电机(4)的输出轴与主动同步轮(6)固定连接，并通过同步带(8)带动从动同步轮(7)转动，

第一拉力传感器(9)的拉力信号输出端与计算机(11)的第一输入端相连，第二拉力传感器(10)的拉力信号输出端与计算机(11)的第二输入端相连，计算机(11)的脉冲信号输出端与步进电机控制器(5)的输入端相连，步进电机控制器(5)的控制信号输出端与步进电机(4)的控制信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机定位力测量装置，其特征在于：主动同步轮(6)和从动同步轮(7)直径相等。

3.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机定位力测量装置，其特征在于：永磁直线电机选用永磁平板形直线电机、永磁圆筒形直线电机或永磁双边结构直线电机。

4.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机定位力测量装置，其特征在于：步进电机(4)包括主动转子(4-1)、接线端子(4-2)和底座(4-3)，主动转子(4-1)的输出轴与主动同步轮(6)固定连接，接线端子(4-2)连接步进电机控制器(5)的控制信号输出端，底座(4-3)设置在测试平台(1)上。

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