CN102645296A - 一种分体式高速电主轴测功机 - Google Patents

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Abstract

一种新型分体式高速电主轴测功机，它为解决高速电主轴高速运行的全负载测试问题而提出。它包括支撑平台、滑轨、升降系统、测功机转子、测功机定子、内孔连接件和检测探头组成，测功机所加负载可以完全模拟电主轴工作状态，并不受转轴系统的限制。

Description

一种分体式高速电主轴测功机
技术领域
本发明涉及一种高速电主轴测试系统，具体涉及一种可以测试高速主轴系统的高速大功率分体式测功机。 
背景技术
随着高速、高刚度、大功率电主轴技术的发展，国内外开发了许多适用于数控车削、铣削机床的高速、大功率电主轴系统。这些电主轴系统转速多为20000转-500000转，功率多分布在1kW到100kW之间。虽然高速、大功率电主轴技术迅猛发展，但是电主轴系统的测试系统一直没有得到良好的解决。传统的测试方法是利用柔性或者刚性联轴节将被测电主轴和测功机相连接，测功机提供的制动转矩通过联轴结传递到被测电机轴端。这种设备在测试高速电主轴系统时，测功机转轴与被测电机转轴通过联轴结连接在一起，组成了一个细长的多点支撑结构，这种结构限制了这些转轴的转速(高速时这些转轴构成了挠性轴系统，振动加大)，无法测试电主轴在高速状态下的性能和无法准确反映主轴电机的实际工作状态。目前市场上出售的测功机产品最高转速为65000rpm，但是功率只有3kW，难以满足高速大功率主轴电机的要求。因此本发明专利针对这种情况，提出一种新型的测功机及其联结方式，解决高速电主轴负载测试问题。 
发明内容
本发明为解决高速电主轴系统高速全负载难以测试的问题，提出在电主轴轴端螺纹或键联结一个测功机转轴，而测功机定子同测功机底座相连接，从轴向方向与测功机转轴构成完整的测试装置。通过测功机定子和主轴之间的作用力给与电主轴施加负载转矩。 
为实现上述目的，本发明的一种具体实施方式中提出了一种分体式高速电主轴测功机，它包括：转子组件，其包括一转轴以及一用于耦接高速电主轴的接口； 
基座部分，包括一支撑平台，一耦接于支撑平台的调高组件，固定于调高系统上的与转子组件磁性配合的定子组件，以及设置在定子组件上的测试装置。 
优选的是，该调高组件通过导轨耦接于支撑平台上，从而使得调高组件可在支撑平台的长度方向上运动。 
优选的是，所述耦接高速电主轴的接口为伸入电主轴内并与电主轴配合的内轴连接件。 
本发明的有益效果：高速测功机系统摆脱了传统的固定轴联结方式对被测电机施加转矩的方式，利用被测电机的轴承刚度为测功机提供支撑，同时利用测功机定子和转子之间的电磁作用力为被测电机施加转矩。高速测功机系统可以应用于所有数控机床的高速电主轴系统的测试，由于该测功机系统施加负载转矩的原理为模拟机床在加工过程中的受到的转矩方式，因此可以准确反映出电主轴系统的所有性能，为电主轴系统高端应用的可靠性提供了技术保障。 
附图说明
图1为本发明的原理图。 
图2为本发明的测功机的结构图。 
图3a本发明的测功机的定子组件、转子组件的一种实施例的结构侧视剖视图 
图3b本发明的测功机的定子组件、转子组件的一种实施例的结构主视剖视图 
图4a本发明的测功机的定子组件、转子组件的第二种实施例的结构侧视剖视图 
图4b本发明的测功机的定子组件、转子组件的第二种实施例的结构主视剖视图 
图5a本发明的测功机的定子组件、转子组件的第三种实施例的结构侧视剖视图 
图5b本发明的测功机的定子组件、转子组件的第三种实施例的结构主视剖视图 
图5c本发明的测功机的定子组件、转子组件的第三种实施例的结构侧视剖视图 
图6a本发明的测功机的定子组件、转子组件的第四种实施例的结构侧视剖视图 
图6b本发明的测功机的定子组件、转子组件的第四种实施例的结构主视剖视图 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式注意作出说明，但应当理解，下述说明均旨在清楚地解释本发明的范围，并非对本发明的范围作出必要性限定。 
参照图1，本发明的一种具体实施方式中的高速大功率主轴电机分体式测功机100包括用于连接在电主轴上的转子组件10，以及基座部分20，该基座部分20包括呈平板状的支撑平台201，耦接于支撑平台201上的升降装置202，固定于升降装置上的并于转子组件磁性配合的定子组件203，设置在定子组件内用于对转子组件10的转动速度及振动情况进行检测的探测单元204，在可选的实施例中，还可包括导轨组件205，升降装置202通过导轨组件205耦接于支撑平台201，从而使得升降装置整体可带动定子组件在支撑平台201的长度方向上运动。进而完成定子组件203与转子组件10的配合及分离。 
在本发明的各实施例中，转子组件10包括一与电主轴固定连接的接口，即一内孔连接件101，从而将被测电机轴端及测功机转子进行连接；还包括一转轴部分102伸入定子组件内部与定子组件磁性配合产生磁性作用力，而向被测电机施加的负载则由定子和转子之间的相互磁性作用力实现。在此处，所谓磁性作用力可以是诸如发电机原理的定子、转子配置方式。 
具体实施例2，图2是本发明中的测功机100与一待测电主轴200装配后的结构示意图。参照图2，被测电主轴为测功机的转子组件提供支撑作用，测功机本体没有支撑后者的轴承组件，转子组件的转轴部分102可以作为模拟电主轴在实际工作中带载的刀具，根据电主轴电机轴端刀具连接接口专门制作的内孔连接件101通过卡盘或者螺纹连接形式连接电主轴轴端上；测功机则为被测电主轴提供负载施加及测试任务。 
本发明中的定子组件204以及转子组件的转轴102有多种设置方式，下面举例对起中的几种进行说明。 
实施方式3、4、5、6用于保护几种不同结构的测功机定转子形式，其中： 
具体实施例3，结合图3a、3b说明本实施方式，本实施方式表明定子组件、转轴的一种组成形式。其中定子、转子组件由磁环204a、绕组204b，以及设置在绕组204b与磁环204a之间的导磁水套204c组成。测功机导磁水套与测功机绕组之间通过热管进行连接，以便将绕组中产生的损耗由水冷套中冷却水带走；磁环为一个圆环磁钢，其中，上方为N极下方为S极，且平行冲磁；测功机绕组为无槽形式的电机绕组。 
这种实施方式的定、转子结构与普通电机的不同点在于：普通电机的冷却一般不采用水套与绕组直接相连接，由于在高速测功机中，测功机的绕组采用无槽形式，电机绕组体积较小，电机发热较大，因此金属水套采用导磁结构以提高测功机的气隙磁密，以增加测功机机电能量转换效率；同时在绕组中添加热管结构，便于将测功机绕组中产生的热量及时带走；当电机转速越高时，由磁场感应出的反电势就越大，在定子绕组中感应的电流就越大，因此测功机给被测电机的负载转矩就越大，实现了高速大功率的测试目的。 
以下所述的其它的几种实施方式也是同样的原理来实现的大功率测量。普通的定转子结构电机，由于定子绕组的散热能力较差，不能在定子绕组中直接消耗掉由被测电机提供的机械能转换来的电能，这种实施方式和以下几种实施方式都克服了这个难题。 
具体实施例4，结合图4a、4b说明本实施方式，本实施表明定子组件、转轴的另一种组成形式。本定子、转子组件由磁环204a、笼条204b及测功机定子端环204c组成。磁环204a为平行冲磁的圆环磁钢，定子笼条204b为铜质材料通过端环204c连接成为电气回路，通过磁环204a，其中，上方为N极下方为S极，产生的交变磁场在笼条中感应电流，同时电流反作用于磁环中产生制动转矩；定子笼条嵌放入环氧水套中，由水套中冷却水带走笼条热量。 
此种电机结构与一般电机不同的是：定子方面没有采用绕组结构反而采用金属笼条结构，因为在高速电主轴电机测试中，测功机只是以给提供制动转矩并消耗能量的仪器，它不同于普通电机，普通电机需要进行机电能量转换，而不是将转轴传递过来的能量直接消耗。 
具体实施例5，结合图5a、5b说明本实施方式，本实施方式表明定子组件、转轴的的另一种组成形式。本定子、转子组件由磁环204a、转子102a、定子笼条204b及定子端环204c构成。转子如图5左视图所示，形成齿状结构，磁环204a的冲磁方向为轴向方向， 通过转子铁心形成磁路，同时形成气隙磁密。气隙磁密在定子笼条中感应笼条电流，定子笼条204b通过定子端环204c形成电气回路。感应电流对转子10形成制动转矩；同时，定子笼条嵌放入环氧水套中，由水套中冷却水带走笼条热量。 
本实施方式是实施方式四的另一种补充形式，保持定子笼条结构，改变了转子励磁方式，改为轴向磁通的单极电机励磁模式。这种方式同实施方式四一样，其结构与普通电机有区别，主要将被测电机的机械能转变为电能消耗在定子绕组上。 
具体实施例6，结合图6a、6b说明本实施方式，本实施方式表明定子组件、转轴的的另一种组成形式。本定子、转子组件由定子磁环204a和转子铜环102a组成。定子磁环204a冲磁方向为径向方向，其中，圆环上任意一点的磁化方向都朝向圆心，转子铜环102a上感应定子磁环204a上磁场，同时形成感应电压。在转子铜环两端通过滑环连接到可控电路上，形成闭合回路；或者在转子铜环上形成自闭合的电气回路；在铜环上感应出的感应电流对定子磁环形成制动转矩。 
在本发明提供的新型分体式高速电主轴测功机形式中，支撑平台连同导轨系统支撑被测电主轴及测功机定子，而测功机转子通过内孔连接件直接同电主轴轴端连接，减小了测功机同高速电主轴之间的挠性连接，可以模拟电主轴实际工作时带载刀具加工的状态，因此本测功机直接反映电主轴的实际工作状态。通过导轨系统和升降系统将测功机定子沿轴向方向移动至转子处，使其相互对应，通过定转子之间的磁场力给被测电主轴进行加载。 
内孔连接件的形式不仅仅局限于螺纹连接和卡盘连接，也可以是与主轴电机轴端内孔过盈连接或者轴端外径过盈连接。 

Claims (6)

1.一种分体式高速电主轴测功机，其特征在于：包括
转子组件，其包括一转轴以及一用于耦接高速电主轴的接口；
基座部分，包括一支撑平台，一耦接于支撑平台的调高组件，固定于调高系统上的与转子组件磁性配合的定子组件，以及设置在定子组件上的测试装置；通过定转子之间的磁性配合力给被测电主轴施加负载。
2.根据权利要求1所述的分体式高速电主轴测功机，其特征在于：该用于耦接高速电主轴的接口，即内孔连接件的形式包括除螺纹连接、卡盘连接、与高速电主轴电机轴端内孔过盈连接，或者与主轴电机轴端外径过盈连接。
3.根据权利要求1所述的分体式高速电主轴测功机，其特征在于：转子组件为平行冲磁的磁环，其中，上方为N极下方为S极；定子为无槽绕组形式，同时绕组内部填埋热管，热管另一端与导磁水冷套连接。
4.根据权利要求1所述的分体式高速电主轴测功机，其特征在于：转子组件为平行冲磁的磁环，其中，上方为N极下方为S极；定子组件为鼠笼铜环结构，鼠笼铜环嵌放入水冷套中，通过水冷套冷却鼠笼铜环。
5.根据权利要求1所述的一种新型分体式高速电主轴测功机，其特征在于：转子组件沿轴向上分成两段，中间间隔一个沿轴向方向冲磁的磁环，转子铁心为齿状结构；定子组件为鼠笼铜环结构，鼠笼铜环嵌放入水冷套中，通过水冷套冷却鼠笼铜环。
6.根据权利要求1所述的一种新型分体式高速电主轴测功机，其特征在于：转子组件为铜环，定子组件为一个径向冲磁的磁环，其中，磁环上任意一点的磁化方向都朝向圆心；且转子铜环通过滑环外接电路或者自形成闭合电路。
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