CN102375121A - 能耗制动型直线电机测试加载装置 - Google Patents

Abstract

能耗制动型直线电机测试加载装置，属于电机测试技术领域。它解决了现有直线电机推力加载测试装置存在的只能单方向测试并且加载力不能连续调节的问题。它的台体为U型结构，台体的两个竖直段的上表面上对称设置有支撑导轨，被测电机滑动架和加载制动器滑动架均设置在该支撑导轨上，台体的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子，被测直线电机的电机动子固定设置在被测电机滑动架的底端面上，台体的两个竖直段的内侧壁或外侧壁上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子，加载制动器滑动架上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子，力传感器连接在被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间。本发明适用于直线电机的加载测试。

Description

能耗制动型直线电机测试加载装置

技术领域

本发明涉及一种能耗制动型直线电机测试加载装置，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，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发展，越来越多的场合开始直接应用直线电机来获得直线运动。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，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10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，不适合对短行程直线电机进行测试；(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)只能对直线电机静态参数进行测试，无法完成系统动态性能与特性测试。

发明内容

本发明为了解决现有直线电机推力加载测试装置存在的只能单方向测试并且加载力不能连续调节的问题，提供一种能耗制动型直线电机测试加载装置。

本发明的第一种技术方案为：

能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，它还包括加载直线制动器、台体、支撑导轨、被测电机滑动架、加载制动器滑动架、力传感器和位移传感器，

台体为U型结构，台体的两个竖直段的上表面上对称设置有支撑导轨，被测电机滑动架和加载制动器滑动架均设置在该支撑导轨上，被测电机滑动架通过导轨滑块与支撑导轨滑动连接，加载制动器滑动架通过导轨滑块与支撑导轨滑动连接，

台体的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子，被测直线电机的电机动子固定设置在被测电机滑动架的底端面上，电机定子与电机动子之间为气隙；

台体的两个竖直段的内侧壁或外侧壁上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子，加载制动器滑动架上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子，每个制动器定子与一个制动器动子相对应，制动器定子与制动器动子之间为气隙；

力传感器连接在被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间，用于测量被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子的位移。

本发明的第二种技术方案为：

能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，它还包括加载直线制动器、台体、主支撑导轨、被测电机滑动架、加载制动器滑动架、力传感器和位移传感器，

台体的上表面上对称设置有主导轨基板，主导轨基板将台体的上表面分为左边段、中间段和右边段，

一对主导轨基板的上表面上对称设置主支撑导轨，被测电机滑动架和加载制动器滑动架均设置在该主支撑导轨上，被测电机滑动架通过主导轨滑块与主支撑导轨滑动连接，加载制动器滑动架通过主导轨滑块与主支撑导轨滑动连接，

台体的中间段的上表面上固定安装被测直线电机的电机定子，被测直线电机的电机动子固定设置在被测电机滑动架的底端面上，电机定子与电机动子之间为气隙；

台体的左边段和右边段的上表面上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子，加载制动器滑动架的底端面上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子，每个制动器定子与一个制动器动子相对应，制动器定子与制动器动子之间为气隙；

力传感器连接在被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间，用于测量被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子的位移。

本发明的第三种技术方案为：

能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，它还包括加载直线制动器、台体、支撑导轨、被测电机滑动架、加载制动器滑动架、力传感器和位移传感器，

台体为U型结构，台体的两个竖直段的上表面上对称设置支撑导轨，被测电机滑动架和加载制动器滑动架均设置在该支撑导轨上，被测电机滑动架通过导轨滑块与支撑导轨滑动连接，加载制动器滑动架通过导轨滑块与支撑导轨滑动连接，

台体的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子，被测直线电机的电机动子固定设置在被测电机滑动架的底端面上，电机定子与电机动子之间为气隙；

加载直线制动器与被测直线电机共用一个定子，制动器动子固定设置在加载制动器滑动架的底端面上，电机定子与制动器动子之间为气隙；

被测直线电机为单边、有铁心、动初级直线永磁同步电机，其次级为平板形结构，

所述初级为电机动子，次级为电机定子，

力传感器连接在被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间，用于测量被测电机滑动架与加载制动器滑动架之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子的位移。

本发明的优点是：本发明通过加载直线制动器为被测直线电机提供与电机动子运动方向相反的制动力，能够实现双向测试；通过加载直线制动器提供的加载力可以在被测直线电机运动过程中连续调节，从根本上消除了加载力波动，提高了直线电机系统的测试精度；本发明装置结构简单、成本低、操作方便、可靠性高。本发明减小了整个测试装置的体积，同时可减小加载装置的结构形变，提高加载精度。

附图说明

图1为实施方式一的整体结构示意图；

图2为图1中被测直线电机处的截面图；

图3为图1中加载直线制动器处的截面图；图中加载直线制动器的制动器定子位于台体的两个竖直段的内侧壁上；

图4为图1中加载直线制动器处的截面图；图中加载直线制动器的制动器定子位于台体的两个竖直段的外侧壁上；

图5为实施方式二的被测直线电机处的截面图；

图6为实施方式二的加载直线制动器处的截面图；

图7为实施方式三的被测直线电机处的截面图；

图8为实施方式三的加载直线制动器处的截面图；

图9为具体实施方式四的加载直线制动器的结构示意图；

图10为已有的直线电机推力加载测试装置图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，它还包括加载直线制动器、台体3、支撑导轨4、被测电机滑动架6、加载制动器滑动架7、力传感器和位移传感器，

台体3为U型结构，台体3的两个竖直段的上表面上对称设置有支撑导轨4，被测电机滑动架6和加载制动器滑动架7均设置在该支撑导轨4上，被测电机滑动架6通过导轨滑块5与支撑导轨4滑动连接，加载制动器滑动架7通过导轨滑块5与支撑导轨4滑动连接，

台体3的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子1-1，被测直线电机的电机动子1-2固定设置在被测电机滑动架6的底端面上，电机定子1-1与电机动子1-2之间为气隙；

台体3的两个竖直段的内侧壁或外侧壁上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子2-1，加载制动器滑动架7上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子2-2，每个制动器定子2-1与一个制动器动子2-2相对应，制动器定子2-1与制动器动子2-2之间为气隙；

力传感器连接在被测电机滑动架6与加载制动器滑动架7之间，用于测量被测电机滑动架6与加载制动器滑动架7之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子1-2的位移。

本实施方式中两对导轨滑块5可在支撑导轨4上自由滑动。

具体实施方式二：下面结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式所述能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，它还包括加载直线制动器、台体3、主支撑导轨4、被测电机滑动架6、加载制动器滑动架7、力传感器和位移传感器，

台体3的上表面上对称设置有主导轨基板3-1，主导轨基板3-1将台体3的上表面分为左边段、中间段和右边段，

一对主导轨基板3-1的上表面上对称设置主支撑导轨4，被测电机滑动架6和加载制动器滑动架7均设置在该主支撑导轨4上，被测电机滑动架6通过主导轨滑块5与主支撑导轨4滑动连接，加载制动器滑动架7通过主导轨滑块5与主支撑导轨4滑动连接，

台体3的中间段的上表面上固定安装被测直线电机的电机定子1-1，被测直线电机的电机动子1-2固定设置在被测电机滑动架6的底端面上，电机定子1-1与电机动子1-2之间为气隙；

台体3的左边段和右边段的上表面上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子2-1，加载制动器滑动架7的底端面上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子2-2，每个制动器定子2-1与一个制动器动子2-2相对应，制动器定子2-1与制动器动子2-2之间为气隙；

力传感器连接在被测电机滑动架6与加载制动器滑动架7之间，用于测量被测电机滑动架6与加载制动器滑动架7之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子1-2的位移。

本实施方式中两对主导轨滑块5可在主支撑导轨4上自由滑动。

具体实施方式三：下面结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式为对实施方式二的进一步说明，本实施方式所述测试加载装置还包括辅助支撑导轨8和辅助导轨滑块9，所述台体3还包括一对辅助导轨基板3-2，

所述台体3的两侧端面上对称设置一对辅助导轨基板3-2，该辅助导轨基板3-2与主导轨基板3-1相互平行，一对辅助导轨基板3-2的上表面上对称设置辅助支撑导轨8，辅助支撑导轨8通过辅助导轨滑块9与加载制动器滑动架7滑动连接。

本实施方式中增加了辅助导轨基板3-2用来支撑加载制动器滑动架7。

具体实施方式四：下面结合图9说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，本实施方式所述制动器动子2-2由电枢铁心2-3、电枢绕组2-4、永磁体2-5和导磁轭2-6组成，永磁体2-5为平板形，

电枢铁心2-3与加载制动器滑动架7固定连接，在电枢铁心2-3的气隙侧表面上均匀开有多个矩形通槽，使电枢铁心2-3形成齿槽结构，矩形通槽的开槽方向垂直于制动器动子2-2的运动方向，

每相邻两个矩形通槽之间的齿上靠近槽底侧缠绕一个绕组线圈，相邻两个齿上缠绕的绕组线圈的绕向相反，各个齿上的绕组线圈依次串联起来形成电枢绕组2-4；

每个矩形通槽内靠近气隙侧居中设置一块永磁体2-5，每块永磁体2-5与其所在矩形通槽的两个侧壁之间分别嵌放一块导磁轭2-6，用来固定永磁体2-5；

永磁体2-5的充磁方向平行于制动器动子2-2的运动方向，相邻永磁体2-5的充磁方向相反；

制动器定子2-1由反应板2-7和导磁轭板2-8组成，所述导磁轭板2-8与台体3固定连接，反应板2-7贴附在导磁轭板2-8的气隙侧表面上。

具体实施方式五：本实施方式为对实施方式四的进一步说明，本实施方式所述反应板2-7由低电阻率材料制成。

具体实施方式六：本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，本实施方式所述制动器动子2-2由励磁板与操作装置构成，该操作装置用来调节励磁板与制动器定子2-1之间的气隙大小，

励磁板采用表贴式永磁体结构，嵌入式永磁体结构或Halbach永磁体阵列式结构。

励磁板采用表贴式永磁体结构的具体形式为：励磁板由导磁轭板与永磁体组成，导磁轭板与永磁体均为平板形，导磁轭板与加载制动器滑动架7固定连接，永磁体沿制动器动子2-2运动方向依次排列在导磁轭板的气隙侧表面上，永磁体的充磁方向垂直于制动器动子2-2的运动方向，相邻永磁体的充磁方向相反；

制动器定子2-1由反应板和导磁轭板组成，导磁轭板与台体3固定连接，反应板贴附在导磁轭板的气隙侧表面上。

本实施方式中励磁板所在平面与加载直线制动器的初级与次级之间的气隙平行，操作装置用来控制励磁板与次级之间的气隙大小，从而调节与次级交链磁场强弱以及电磁制动力的大小。

具体实施方式七：本实施方式为对实施方式六的进一步说明，本实施方式所述反应板由低电阻率材料制成。

具体实施方式八：本实施方式所述能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，它还包括加载直线制动器、台体3、支撑导轨4、被测电机滑动架6、加载制动器滑动架7、力传感器和位移传感器，

台体3为U型结构，台体3的两个竖直段的上表面上对称设置支撑导轨4，被测电机滑动架6和加载制动器滑动架7均设置在该支撑导轨4上，被测电机滑动架6通过导轨滑块5与支撑导轨4滑动连接，加载制动器滑动架7通过导轨滑块5与支撑导轨4滑动连接，

台体3的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子1-1，被测直线电机的电机动子1-2固定设置在被测电机滑动架6的底端面上，电机定子1-1与电机动子1-2之间为气隙；

加载直线制动器与被测直线电机共用一个定子，制动器动子2-2固定设置在加载制动器滑动架7的底端面上，电机定子1-1与制动器动子2-2之间为气隙；

被测直线电机为单边、有铁心、动初级直线永磁同步电机，其次级为平板形结构，

所述初级为电机动子1-2，次级为电机定子1-1，

力传感器连接在被测电机滑动架6与加载制动器滑动架7之间，用于测量被测电机滑动架6与加载制动器滑动架7之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子1-2的位移。

本实施方式中加载直线制动器与被测直线电机共用一个电机定子1-1次级。

具体实施方式九：本实施方式为对实施方式八的进一步说明，本实施方式所述制动器动子2-2由反应板、导磁轭板与操作装置构成，反应板与导磁轭板均为平板形，反应板贴在导磁轭板的气隙侧表面形成制动板，所述操作装置用来调节所述制动板与次级之间的气隙大小；

反应板由低电阻率材料制成。

所述加载直线制动器包括初级和次级，初级与次级之间为气隙，所述初级为制动器动子2-2，次级为制动器定子2-1。

本实施方式中制动板所在平面与加载直线制动器的初级与次级之间的气隙平行，操作装置用来控制制动板与次级之间的气隙大小，从而调节与制动板交链磁场强弱以及电磁制动力的大小。

具体实施方式十：本实施方式为对实施方式一至九中任一实施方式的进一步说明，本实施方式所述所有支撑导轨为直线滚动导轨、气浮导轨或磁浮导轨。

Claims (10)

1.一种能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，其特征在于：它还包括加载直线制动器、台体(3)、支撑导轨(4)、被测电机滑动架(6)、加载制动器滑动架(7)、力传感器和位移传感器，

台体(3)为U型结构，台体(3)的两个竖直段的上表面上对称设置有支撑导轨(4)，被测电机滑动架(6)和加载制动器滑动架(7)均设置在该支撑导轨(4)上，被测电机滑动架(6)通过导轨滑块(5)与支撑导轨(4)滑动连接，加载制动器滑动架(7)通过导轨滑块(5)与支撑导轨(4)滑动连接，

台体(3)的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子(1-1)，被测直线电机的电机动子(1-2)固定设置在被测电机滑动架(6)的底端面上，电机定子(1-1)与电机动子(1-2)之间为气隙；

台体(3)的两个竖直段的内侧壁或外侧壁上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子(2-1)，加载制动器滑动架(7)上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子(2-2)，每个制动器定子(2-1)与一个制动器动子(2-2)相对应，制动器定子(2-1)与制动器动子(2-2)之间为气隙；

力传感器连接在被测电机滑动架(6)与加载制动器滑动架(7)之间，用于测量被测电机滑动架(6)与加载制动器滑动架(7)之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子(1-2)的位移。

2.一种能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，其特征在于：它还包括加载直线制动器、台体(3)、主支撑导轨(4)、被测电机滑动架(6)、加载制动器滑动架(7)、力传感器和位移传感器，

台体(3)的上表面上对称设置有主导轨基板(3-1)，主导轨基板(3-1)将台体(3)的上表面分为左边段、中间段和右边段，

一对主导轨基板(3-1)的上表面上对称设置主支撑导轨(4)，被测电机滑动架(6)和加载制动器滑动架(7)均设置在该主支撑导轨(4)上，被测电机滑动架(6)通过主导轨滑块(5)与主支撑导轨(4)滑动连接，加载制动器滑动架(7)通过主导轨滑块(5)与主支撑导轨(4)滑动连接，

台体(3)的中间段的上表面上固定安装被测直线电机的电机定子(1-1)，被测直线电机的电机动子(1-2)固定设置在被测电机滑动架(6)的底端面上，电机定子(1-1)与电机动子(1-2)之间为气隙；

台体(3)的左边段和右边段的上表面上对称设置一对加载直线制动器的制动器定子(2-1)，加载制动器滑动架(7)的底端面上对称设置一对加载直线制动器的制动器动子(2-2)，每个制动器定子(2-1)与一个制动器动子(2-2)相对应，制动器定子(2-1)与制动器动子(2-2)之间为气隙；

力传感器连接在被测电机滑动架(6)与加载制动器滑动架(7)之间，用于测量被测电机滑动架(6)与加载制动器滑动架(7)之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子(1-2)的位移。

3.根据权利要求2所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：所述测试加载装置还包括辅助支撑导轨(8)和辅助导轨滑块(9)，所述台体(3)还包括一对辅助导轨基板(3-2)，

所述台体(3)的两侧端面上对称设置一对辅助导轨基板(3-2)，该辅助导轨基板(3-2)与主导轨基板(3-1)相互平行，一对辅助导轨基板(3-2)的上表面上对称设置辅助支撑导轨(8)，辅助支撑导轨(8)通过辅助导轨滑块(9)与加载制动器滑动架(7)滑动连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：

所述制动器动子(2-2)由电枢铁心(2-3)、电枢绕组(2-4)、永磁体(2-5)和导磁轭(2-6)组成，永磁体(2-5)为平板形，

电枢铁心(2-3)与加载制动器滑动架(7)固定连接，在电枢铁心(2-3)的气隙侧表面上均匀开有多个矩形通槽，使电枢铁心(2-3)形成齿槽结构，矩形通槽的开槽方向垂直于制动器动子(2-2)的运动方向，

每相邻两个矩形通槽之间的齿上靠近槽底侧缠绕一个绕组线圈，相邻两个齿上缠绕的绕组线圈的绕向相反，各个齿上的绕组线圈依次串联起来形成电枢绕组(2-4)；

每个矩形通槽内靠近气隙侧居中设置一块永磁体(2-5)，每块永磁体(2-5)与其所在矩形通槽的两个侧壁之间分别嵌放一块导磁轭(2-6)，用来固定永磁体(2-5)；

永磁体(2-5)的充磁方向平行于制动器动子(2-2)的运动方向，相邻永磁体(2-5)的充磁方向相反；

制动器定子(2-1)由反应板(2-7)和导磁轭板(2-8)组成，所述导磁轭板(2-8)与台体(3)固定连接，反应板(2-7)贴附在导磁轭板(2-8)的气隙侧表面上。

5.根据权利要求4所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：所述反应板(2-7)由低电阻率材料制成。

6.根据权利要求1、2或3所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：所述制动器动子(2-2)由励磁板与操作装置构成，该操作装置用来调节励磁板与制动器定子(2-1)之间的气隙大小，

励磁板采用表贴式永磁体结构，嵌入式永磁体结构或Halbach永磁体阵列式结构；

制动器定子(2-1)由反应板和导磁轭板组成，导磁轭板与台体(3)固定连接，反应板贴附在导磁轭板的气隙侧表面上。

7.根据权利要求6所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：所述反应板由低电阻率材料制成。

8.一种能耗制动型直线电机测试加载装置，它包括被测直线电机，其特征在于：它还包括加载直线制动器、台体(3)、支撑导轨(4)、被测电机滑动架(6)、加载制动器滑动架(7)、力传感器和位移传感器，

台体(3)为U型结构，台体(3)的两个竖直段的上表面上对称设置支撑导轨(4)，被测电机滑动架(6)和加载制动器滑动架(7)均设置在该支撑导轨(4)上，被测电机滑动架(6)通过导轨滑块(5)与支撑导轨(4)滑动连接，加载制动器滑动架(7)通过导轨滑块(5)与支撑导轨(4)滑动连接，

台体(3)的水平段的内侧表面上固定安装被测直线电机的电机定子(1-1)，被测直线电机的电机动子(1-2)固定设置在被测电机滑动架(6)的底端面上，电机定子(1-1)与电机动子(1-2)之间为气隙；

加载直线制动器与被测直线电机共用一个定子，制动器动子(2-2)固定设置在加载制动器滑动架(7)的底端面上，电机定子(1-1)与制动器动子(2-2)之间为气隙；

被测直线电机为单边、有铁心、动初级直线永磁同步电机，其次级为平板形结构，

所述初级为电机动子(1-2)，次级为电机定子(1-1)，

力传感器连接在被测电机滑动架(6)与加载制动器滑动架(7)之间，用于测量被测电机滑动架(6)与加载制动器滑动架(7)之间的拉力或者压力；

位移传感器用于测量被测直线电机的电机动子(1-2)的位移。

9.根据权利要求8所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：所述制动器动子(2-2)由反应板、导磁轭板与操作装置构成，反应板与导磁轭板均为平板形，反应板贴在导磁轭板的气隙侧表面形成制动板，所述操作装置用来调节所述制动板与次级之间的气隙大小；

反应板由低电阻率材料制成。

10.根据权利要求1、2、3或8所述的能耗制动型直线电机测试加载装置，其特征在于：所述所有支撑导轨为直线滚动导轨、气浮导轨或磁浮导轨。

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