CN103926532B - 线性电机性能参数检测系统 - Google Patents

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本发明涉及机电转换技术领域，具体涉及一种线性电机性能参数检测系统。本发明的一种线性电机性能参数检测系统，通过设置弹性系数检测模块对线性电机的弹性系数进行检测，进一步的，本发明通过设置机械阻尼检测模块对线性电机机械阻尼进行检测，通过设置机电转换常数检测模块对机电转换常数进行检测，通过设置活塞气缸间隙检测模块对活塞气缸间隙进行检测；本发明针对影响线性电机性能的最重要的四个参数：弹性系数、机械阻尼、机电转换常数以及活塞气缸间隙分别进行检测，从而得到全面而准确的线性电机性能参数，为保证线性电机的性能参数精准度提供有力的数据支持。

Description

线性电机性能参数检测系统
技术领域
本发明涉及机电转换技术领域，具体涉及一种线性电机性能参数检测系统。
背景技术
线性电机是一种新型的高效的机电转换机械。其工作原理是，交电流输入线性电机的线圈产生交变的电磁场，这一电磁场与线性电机中的永磁体产生的磁场发生相互作用，推动线性电机主轴沿着轴向做往复直线运动，实现电能到机械动能的转换。线性发电机由于其高效、长寿命的特点，被广泛应用于航天等特殊领域。
影响线性电机从电能到机械能转换效率的性能参数有弹性系数、机械阻尼、机电转换常数、活塞气缸间隙等。但是由于目前线性电机制作规范尚未成熟，还不能保证所制作的线性电机的性能参数的精准度，因此，对于线性电机的性能参数检测变的尤为重要。但是目前对于线性电机的性能参数检测，基本上还是借鉴旋转电机的相应方法及设备，这样对于线性电机的很多参数无法准确检测，因此检测结果不能全面的反应线性电机的工作性能。
综上所述，一种针对线性电机的性能参数检测系统是亟待提供的。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种线性电机性能参数检测系统，用于准确的检测线性电机的性能参数，为保证线性电机的性能参数精准度提供数据支持。
（二）技术方案
本发明技术方案如下：
一种线性电机性能参数检测系统，包括与线性电机连接的弹性系数检测模块；所述弹性系数检测模块包括为线性电机主轴施加轴向力的驱动机构、检测所述主轴位移变化的位移传感器以及与所述位移传感器连接的数据处理模块；所述数据处理模块结合所述主轴位移变化以及轴向力信息计算弹性系数。
优选的，还包括与线性电机连接的机电转换常数检测模块；所述机电转换常数检测模块包括与所述线性电机连接的恒流电源、检测所述恒流电源输入电流的电流传感器以及检测主轴驱动力的测力计；所述电流传感器以及测力计分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述弹性系数、输入电流、主轴驱动力以及主轴位移变化信息计算机电转换常数。
优选的，还包括与线性电机连接的活塞气缸间隙检测模块；所述活塞气缸间隙检测模块包括与线性电机气缸连通的气压源、检测气体体积流率的流量传感器以及检测活塞两侧压差的差压传感器；所述流量传感器以及差压传感器分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述气体体积流率以及活塞两侧压差信息计算活塞气缸间隙。
优选的，所述处理模块根据公式计算活塞气缸间隙；其中，Δp表示活塞前后压差，U表示体积流率，L表示活塞长度，μ表示动力粘度，δ表示活塞气缸间隙，Π表示湿周。
优选的，还包括与线性电机连接的机械阻尼检测模块；所述机械阻尼检测模块包括与所述线性电机连接的脉冲激励源；线性电机运动部件在脉冲激励的作用下做衰减震荡运动，所述位移传感器检测所述运动部件位移变化；所述数据处理模块结合所述运动部件位移变化信息计算机械阻尼。
优选的，所述处理模块根据公式以及计算机械阻尼；其中，t表示时间，ξ0表示初始时刻位移幅值，δ表示衰减系数，Rm表示线性电机的机械阻尼，Mm表示运动部件的质量。
优选的，所述数据处理模块包括分别与所述位移传感器、电流传感器、流量传感器、差压传感器、测力计连接的数据转换单元以及与所述数据转换单元连接的数据处理单元。
优选的，所述位移传感器为激光位移传感器；所述测力计为电阻应变片式S型拉压力测力计；所述电流传感器为霍尔原理电流传感器；所述流量传感器为体积流量计；所述差压传感器为扩散硅差压变送器。
优选的，还包括安装底板，线性电机性能参数检测系统的所有部件均固定在所述安装底板上。
（三）有益效果
本发明的一种线性电机性能参数检测系统，通过设置弹性系数检测模块对线性电机的弹性系数进行检测，进一步的，本发明通过设置机械阻尼检测模块对线性电机机械阻尼进行检测，通过设置机电转换常数检测模块对机电转换常数进行检测，通过设置活塞气缸间隙检测模块对活塞气缸间隙进行检测；本发明针对影响线性电机性能的最重要的四个参数：弹性系数、机械阻尼、机电转换常数以及活塞气缸间隙分别进行检测，从而得到全面而准确的线性电机性能参数，为保证线性电机的性能参数精准度提供有力的数据支持。
附图说明
图1是本发明的一种的线性电机性能参数检测系统的结构示意图；
图2是图1中线性电机结构示意图。
图中，1：安装底板；2：位移传感器；3：位移传感器固定工装；4：线性电机；5：线性电机固定工装；6：连接杆；7：测力计；8：测力计固定工装；10：电流传感器；11：恒流电源；14：流量传感器；15：差压传感器；16：充气口；17：充气管线；18：高压气瓶；19：耐压腔体；20：主轴；21：板状弹簧；22：线圈；23：气缸；24：活塞；25：永磁体；26：磁路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了更清楚的阐述本发明的检测系统，现对线性电机的结构加以说明。如图2中所示的一种线性电机，其主要包括耐压腔体19，以及设置于耐压腔体内的主轴20、板状弹簧21、线圈22、气缸23、活塞24、永磁体25以及磁路26等。
如图1中所示的一种线性电机性能参数检测系统，对通过线性电机固定工装5固定在安装底板1上的线性电机4进行参数检测；该检测系统包括与线性电机连接的弹性系数检测模块；所述弹性系数检测模块包括为线性电机主轴施加轴向力的驱动机构、检测所述主轴位移变化的位移传感器2以及与所述位移传感器连接的数据处理模块，所述位移传感器通过位移传感器固定工装3固定在安装底板上；所述数据处理模块结合所述主轴位移变化以及轴向力信息计算弹性系数；本实施例中，所述轴向力可以利用测力计7通过连接杆6施加，同时可以在测力计上读取轴向力的大小；所述测力计通过测力计固定工装8固定在安装底板上；为达到更高的检测精度，所述位移传感器采用的是精度达到0.1um的高精度激光位移传感器，其输出V级电压信号；测力计采用电阻应变片式S型拉压力测力计，线性度为满量程的0.03%，其输出mV级电压信号。
实际操作中，由于线性电机的主轴、板状弹簧、活塞、永磁体共同构成线性电机的运动部件，运动部件可以在外力作用下做沿着轴向方向的直线往复运动；在考虑气缸和活塞之间没有直接的机械接触引起的静摩擦力的条件下，运动部件共受三个力：电磁力FB，弹性力FK以及测力计的支撑力FL；其中电磁力FB＝BLI，其中，BL为机电转换常数，I为线圈电流，弹性力FK＝KX，K为板状弹簧刚度即线性电机弹性系数，X为弹簧变形量，三力平衡方程为：FB＋FK＋FL＝0；在电流I＝0时，通过测力计测量FL，位移传感器测量X，数据处理模块可以计算得到弹性系数K。
进一步的，本发明的线性电机性能参数检测系统还包括与线性电机连接的机电转换常数检测模块；所述机电转换常数检测模块包括与所述线性电机连接的恒流电源11、检测所述恒流电源输入电流的电流传感器10以及检测主轴驱动力的测力计，所述恒流电源为线性电机提供激励电流；所述电流传感器以及测力计分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述弹性系数、输入电流、主轴驱动力以及主轴位移变化信息计算机电转换常数；为达到更高的检测精度，所述电流传感器采用霍尔原理电流传感器，精度为满量程的0.2%，其输出V级电压信号。
实际操作中，通过电流传感器测量输入电流I，测力计测量FL，位移传感器测量X，并结合已经测得的弹性系数K，数据处理模块可以计算得到机电转换常数BL。
进一步的，由于线性电机的气缸和活塞之间的间隙直接影响线性电机的漏气率，是线性电机重要的参数。因此，本发明的线性电机性能参数检测系统还包括与线性电机连接的活塞气缸间隙检测模块；所述活塞气缸间隙检测模块包括与线性电机气缸连通的气压源、检测气体体积流率的流量传感器14以及检测活塞两侧压差的差压传感器15；所述流量传感器以及差压传感器分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述气体体积流率以及活塞两侧压差信息计算活塞气缸间隙。本实施例中，所述气压源即高压气瓶18，在线性电机气缸上开设有充气口16，高压气瓶中气体通过充气管线17连接充气口充入气缸；所述流量传感器采用体积流量计，线性度为满量程的0.5%，用于测量流过活塞气缸间隙的气体流量信号，其输出V级电压信号；所述差压传感器采用扩散硅差压变送器，精度为满量程的0.5%，用于测量活塞两侧压差信号，其输出V级电压信号。
实际操作中，通过高压气瓶为线性电机提供稳定的气源，通过差压传感器测量活塞两侧压差Δp，流量传感器测量气体体积流率U，数据处理模块根据公式计算活塞气缸间隙；其中，Δp表示活塞前后压差，U表示体积流率，L表示活塞长度，μ表示动力粘度，δ表示活塞气缸间隙，Π表示湿周。
进一步的，本发明的线性电机性能参数检测系统还包括与线性电机连接的机械阻尼检测模块；所述机械阻尼检测模块包括与所述线性电机连接的脉冲激励源，主要用于提供一个脉冲激励，该脉冲激励也可以由上述的恒流电源提供；线性电机运动部件在脉冲激励的作用下做衰减震荡运动，所述位移传感器检测所述运动部件位移衰减变化曲线；所述数据处理模块结合所述运动部件位移衰减变化曲线信息计算机械阻尼。
其中，所述处理模块根据公式以及计算机械阻尼；其中，t表示时间，ξ0表示初始时刻位移幅值，δ表示衰减系数，Rm表示线性电机的机械阻尼，Mm表示运动部件的质量，ξ的振幅将随时间做指数衰减，衰减系数δ越大，振幅衰减的越快；振幅衰减到ξ0的1/e时的时间称为衰减模量；数据处理模块根据位移衰减变化数据进行拟合求解得到线性电机的衰减模量，进而得到机械阻尼Rm。
进一步的，所述数据处理模块包括分别与所述位移传感器、电流传感器、流量传感器、差压传感器、测力计连接的数据转换单元以及与所述数据转换单元连接的数据处理单元；所述数据转换单元接收各个传感器以及测力计发送的信号并进行数模转换，然后发送至所述数据处理单元进行进一步处理；所述数据处理单元为基于PC建立的软件，根据力平衡的原理等，处理数据转换单元发送的信号，获得线性电机弹性系数、机械阻尼、机电转换常数、活塞气缸间隙这四个性能参数。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种线性电机性能参数检测系统，其特征在于，包括与线性电机连接的弹性系数检测模块；所述弹性系数检测模块包括为线性电机主轴施加主轴驱动力的驱动机构、检测所述主轴位移变化的位移传感器以及与所述位移传感器连接的数据处理模块；所述数据处理模块结合所述主轴位移变化以及主轴驱动力信息计算弹性系数；
其中，线性电机的主轴、板状弹簧、活塞、永磁体共同构成线性电机的运动部件，运动部件在外力作用下做沿着轴向方向的直线往复运动；在考虑气缸和活塞之间没有直接的机械接触引起的静摩擦力的条件下，运动部件共受三个力：电磁力FB，弹性力FK以及测力计的主轴驱动力FL；其中电磁力FB＝BL*I，其中，BL为机电转换常数，I为输入电流，弹性力FK＝K*X，K为板状弹簧刚度即线性电机弹性系数，X为弹簧变形量，三力平衡方程为：FB+FK+FL＝0；在输入电流I＝0时，通过测力计测量FL，位移传感器测量X，数据处理模块计算得到弹性系数K。
2.根据权利要求1所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，还包括与线性电机连接的机电转换常数检测模块；所述机电转换常数检测模块包括与所述线性电机连接的恒流电源、检测所述恒流电源输入电流的电流传感器以及检测主轴驱动力FL的测力计；所述电流传感器以及测力计分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述弹性系数K、输入电流I、主轴驱动力FL以及主轴位移变化信息计算机电转换常数BL。
3.根据权利要求1所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，还包括与线性电机连接的活塞气缸间隙检测模块；所述活塞气缸间隙检测模块包括与线性电机气缸连通的气压源、检测气体体积流率的流量传感器以及检测活塞两侧压差的差压传感器；所述流量传感器以及差压传感器分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述气体体积流率以及活塞两侧压差信息计算活塞气缸间隙。
4.根据权利要求2所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，还包括与线性电机连接的活塞气缸间隙检测模块；所述活塞气缸间隙检测模块包括与线性电机气缸连通的气压源、检测气体体积流率的流量传感器以及检测活塞两侧压差的差压传感器；所述流量传感器以及差压传感器分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块结合所述气体体积流率以及活塞两侧压差信息计算活塞气缸间隙。
5.根据权利要求3或4所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，所述数据处理模块根据公式计算活塞气缸间隙；其中，Δp表示活塞前后压差，U表示体积流率，L表示活塞长度，μ表示动力粘度，δ1表示活塞气缸间隙，Π表示湿周。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，还包括与线性电机连接的机械阻尼检测模块；所述机械阻尼检测模块包括与所述线性电机连接的脉冲激励源；线性电机运动部件在脉冲激励源的作用下做衰减震荡运动，所述位移传感器检测所述运动部件位移变化；所述数据处理模块结合所述运动部件位移变化信息计算机械阻尼。
7.根据权利要求6所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，所述数据处理模块根据公式以及计算机械阻尼ξ；其中，t表示时间，ξ0表示初始时刻位移幅值，δ2表示衰减系数，Rm表示线性电机的机械阻尼，Mm表示运动部件的质量。
8.根据权利要求4所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括分别与所述位移传感器、电流传感器、流量传感器、差压传感器、测力计连接的数据转换单元以及与所述数据转换单元连接的数据处理单元。
9.根据权利要求4所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，所述位移传感器为激光位移传感器；所述测力计为电阻应变片式S型拉压力测力计；所述电流传感器为霍尔原理电流传感器；所述流量传感器为体积流量计；所述差压传感器为扩散硅差压变送器。
10.根据权利要求1-2、7-9任意一项所述的线性电机性能参数检测系统，其特征在于，还包括安装底板，线性电机性能参数检测系统的所有部件均固定在所述安装底板上。
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CN109783941B (zh) * 2019-01-16 2023-06-20 珠海精实测控技术股份有限公司 一种基于小电压模型的线性马达bl测试方法
CN109738797B (zh) * 2019-01-16 2021-06-01 珠海市精实测控技术有限公司 一种基于大电压模型的线性马达电机常数测试方法

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JPH0454403A (ja) * 1990-06-22 1992-02-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd リニアモータの空隙計測装置
CN201237631Y (zh) * 2008-07-22 2009-05-13 北京康达永宜科技有限公司 一种直线电机性能参数测试装置
CN102109575B (zh) * 2009-12-25 2015-02-11 上海微电子装备有限公司 一种基于虚拟仪器的直线电机测试方法、装置及系统
CN102866355B (zh) * 2012-09-25 2014-10-29 上海理工大学 用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置

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