CN107478365B - 一种负载连续可调的超声电机测功装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载连续可调的超声电机测功装置，该测功装置包括依次连接的安装组件、测量组件、负载组件、负载调控组件；安装组件与待测电机的机轴固定连接，将待测电机的机轴的转动输出；测量组件内设有转速测量传感装置以及扭矩测量传感装置，转速测量传感装置设置在安装组件中机轴的输出轴上，扭矩测量传感装置设置在安装组件后方；负载组件安装在扭矩测量传感装置同轴的后方，负载组件中设置有提供稳定的可调的摩擦力；负载调控组件连接在负载组件同轴后方，为负载组件提供动力。本发明提供了一种简易可靠、连续可调控的负载装置，实现对低转速、大扭矩电机特别是超声电机的输出功率的测量，有助于对超声电机机械特性的进一步研究。

Description

一种负载连续可调的超声电机测功装置

技术领域

本发明涉及一种电机测功装置，尤其是涉及一种负载连续可调的超声电机测功装置。

背景技术

超声电机是一种结构简单的新型电机，具有无需减速机构便能直接输出低转速和大扭矩的特点。因此，为了获得超声电机的输出性能，需要准确而有效地测量其转速和扭矩。目前，现有的测功装置大多适用于高转速的电机。测量低转速电机的测功装置通常使用磁粉制动器作为负载，然而磁粉制动器在低转速使用时，会导致内部磁粉分布不均匀，从而无法提供连续均匀的负载扭矩，不能准确测量电机的扭矩性能。此外，部分低转速测功装置采用吊砝码的方式提供负载，虽然能够获得较稳定的负载扭矩，但该方式提供的负载是离散性的，无法满足要求负载可实时连续变动的工况；而且加载砝码需要人工完成，费时费力，不够智能。总之，现有的低转速电机的测功装置都不够精确和方便。本发明提供了一种精确方便、连续可调的测功装置，针对低转速电机尤其是超声电机具有很好的测功效果。

发明内容

所要解决的技术问题：

本发明的目的，是为了克服上述存在的技术问题，提供一种结构简单、可以精确测量低转速大扭矩超声电机的输出功率的新型测功装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供了一种负载连续可调的超声电机测功装置，包括底座、待测电机及其安装组件、测量组件、负载组件、负载调控组件，其设计要点在于：

所述的底座19为矩形平板结，用来承载测功装置其他组件；

所述的待测电机1是一种超声电机，其安装组件包括电机固定圈2、电机假轴20、主支承座3和辅支承座5，其中主支承座3和辅支承座5设置在所述的底座19上方，电机假轴20由主支承座3和辅支撑座5共同定位并配合，电机固定圈2设置在主支承座3朝外的端面上，所述的待测电机1固定在电机固定圈2上，并与电机假轴20通过键连接配合；

所述的测量组件包括测转速的编码器4和测扭矩的扭矩传感器6，编码器4固定在所述的主支承座3朝内的端面上，与电机假轴20配合，扭矩传感器6设置在所述的底座19上方，两端有伸出轴，其中一端与所述的电机假轴20通过键连接配合；

所述的负载组件包括摩擦座9、贴有摩擦材料的摩擦片11、传动轴8、弹簧18、压块12，摩擦座9设置在所述的底座19上方，传动轴8由摩擦座9定位配合，摩擦片11、弹簧18和压块12顺次与传动轴8配合；

所述的负载调控组件包括丝杠机构、调控电机13和固定座14，其中丝杠机构由定位销15、螺杆16和预压螺母17组成，固定座14设置在所述的底座19上方，螺杆16由固定座14定位配合，而调控电机13是一种超声电机或电磁电机，设置在固定座14朝外的端面上，电机输出轴通过键与螺杆16连接配合，定位销15通过螺栓安装在底座19的上方，预压螺母17与螺杆16通过螺纹配合，其外圆上设置有一轴向方槽，与定位销15配合实现限位。

进一步地，所述的电机假轴20直接与所述的扭矩传感器6同轴连接，所述的传动轴8与所述的扭矩传感器6通过联轴器7同轴连接，这样就保证了待测电机与编码器、扭矩传感器、负载的同轴性。

进一步地，为了防止金属之间干涉磨损、增大摩擦系数，所述的摩擦片11一侧端面上涂有一种特制的摩擦材料10。

进一步地，所述的传动轴8与所述的的摩擦片11和压块12是通过腰型孔轴配合的，从而实现定位和传动。

进一步地，所述的预压螺母17内部设置有推力轴承，从而实现对所述的压块12进行推压动作的同时能够隔绝其转动，避免干涉。

在具体使用时，把本发明放置在测试平台上，把待测电机特别是超声电机通过螺钉固定在电机固定圈2上，并采用键配合与电机假轴20连接。待测电机1上电旋转后，电机假轴20、编码器4、扭矩传感器6和传动轴8实现同轴旋转。调控电机13上电后，将正、反转运动通过丝杠机构转化为预压螺母17的直线运动，预压螺母17推动压块12压缩弹簧18，利用胡克定律弹簧18向摩擦片11施加一个线性可变的轴向正压力，摩擦片11在传动轴8的旋转带动下与摩擦座9相对运动，产生摩擦力矩，从而提供负载扭矩。即使待测电机速度很低，只要有连续运动，便会产生连续均匀的摩擦负载，操作调控电机13的正反转，控制弹簧18的伸缩，即可实现连续的加载和卸载，根据待测电机实际情测试情况实时调节所需的负载大小。编码器4获取待测电机的低转速，扭矩传感器6获取待测电机的实时负载扭矩，因此实现待测电机输出功率的精确测量。

有益效果：

与现有技术相比，本发明原理简单有效，结构紧凑，通过提供一种稳定的、可连续调节的负载，实现对低转速大扭矩电机尤其是超声电机的输出功率的精确测量；整个测功装置自动化程度较高，便于操作，适用于在多种环境、可变负载下对电机的测试，有助于对超声电机机械特性的进一步研究。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图；

图2是本发明的三维结构示意图；

图中，1.待测电机，2.电机固定圈，3.主支承座，4.编码器，5.辅支承座，6.扭矩传感器，7.联轴器，8.传动轴，9.摩擦座，10.摩擦材料，11.摩擦片，12.压块，13.调控电机，14.固定座，15.定位销，16.螺杆，17.预压螺母，18.弹簧，19.底座，20.电机假轴。

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。

具体实施例：本发明提供一种负载连续可调的超声电机测功装置，其结构如图1所示，包括底座、待测电机及其安装组件、测量组件、负载组件、负载调控组件。其中底座19是一矩形平板，用来承载装置其他组件，在实际应用时为了方便人工搬运，在底座下端面安装了6个支撑足。待测电机1为一台中空型超声电机，与其安装组件配合后设置在底座上。测量组件包括编码器4和扭矩传感器6，与待测电机通过假轴20连接，分别用来读取电机的转速和扭矩数值；负载组件用来给待测电机提供扭矩负载，相当于测试电机的输出扭矩，包括传动轴8、摩擦座9、带摩擦材料的摩擦片11、压块12和弹簧18，其中传动轴通过联轴器与扭矩传感器相连接，利用压块压缩弹簧，对摩擦片一端施加一个线性可变的轴向压力，当待测电机转动时，传动轴会同轴旋转，进而带动摩擦片旋转，摩擦片贴有摩擦材料的端面便会与摩擦座产生滑动摩擦，从而提供稳定的摩擦力矩作为电机负载。要说明的是，这里摩擦材料是以聚四氟乙烯为基体、无机粉料为增摩填料制作而成，用密封4号胶将其与摩擦片粘贴，能够在增强摩擦片与摩擦座之间摩擦效果的同时有效防止金属磨损。负载调控组件用来自动调节负载的大小，以精确测量电机的输出扭矩和研究电机的机械特性，其包括丝杠机构、调控电机13和固定座14，其中丝杠机构又包括定位销15、螺杆16和预压螺母17，调控电机为一种超声电机或电磁电机，安装在固定座上，与螺杆通过键配合连接，预压螺母内置有推力轴承，与压块相接触。当调控电机旋转时，由于定位销的作用，螺杆的回转运动转化为预压螺母的直线运动，此时只要控制调控电机的正、反转，便能控制预压螺母的前进、后退，从而通过压块调节弹簧的伸缩，即调节负载扭矩的大小。由于预压螺母内推力轴承的作用，压块的转动不会干涉预压螺母的运动。

进一步地，本发明各组件具体的布局如下所述。

所述的底座19为矩形平板结构，安装有6个支承足，放置在测试平台上；所述的待测电机1及其安装组件设置在底座19上方的一端，电机假轴20由主支承座3和辅支撑座5共同定位并配合，电机固定圈2设置在主支承座3朝外的端面上，所述的待测电机1固定在电机固定圈2上，并与电机假轴20通过键连接配合；所述的测量组件包括测转速的编码器4和测扭矩的扭矩传感器6，编码器4固定在所述的主支承座3朝内的端面上，与电机假轴20配合，扭矩传感器6设置在所述的底座19上方，两端有伸出轴，其中一端与所述的电机假轴20通过键连接配合；所述的负载组件包括摩擦座9、贴有摩擦材料的摩擦片11、传动轴8、弹簧18、压块12，摩擦座9设置在所述的底座19上方，传动轴8由摩擦座9定位配合，其中一端利用联轴器7与扭矩传感器另一端通过键连接配合，摩擦片11设置在摩擦座9一侧端面上，跟弹簧18、压块12顺次与传动轴8配合。所述的负载调控组件包括丝杠机构、调控电机13和固定座14，其中丝杠机构由定位销15、螺杆16和预压螺母17组成，固定座14设置在所述的底座19上方的另一端，螺杆16由固定座14定位配合，而调控电机13是一种超声电机或电磁电机，设置在固定座14朝外的端面上，电机输出轴通过键与螺杆16连接配合，定位销15通过螺栓安装在底座19的上方，预压螺母17与螺杆16通过螺纹配合，其外圆上设置有一轴向方槽，与定位销15配合实现限位。

在实际应用中，将本发明放置在测试平台上，而后将待测超声电机通过键装配在假轴上，并用螺钉固定在电机安装圈上。待测电机通电运行后，打开调控电机，实时调节负载扭矩大小，精确测量待测电机的输出扭矩。同时待测电机的转速值和扭矩值分别被编码器和扭矩传感器获取，输出到计算机里。本发明装置原理简易有效、结构科学紧凑，不仅实现了精确测量低转速大扭矩电机尤其是超声电机的输出功率，而且便于自动化操作，适用于在多种环境、可变负载下研究超声电机的机械特性。本发明现在正应用于南京航空航天大学精密驱动与控制研究所，一个专门研究超声电机的科研机构。为了测试超声电机在真空高低温环境下的输出性能，该研究所必须将待测电机和本发明一同放入密闭真空罐内，其中待测电机为该所自行研制的TRUM-70型中空超声电机，负载调控电机为TRUM-60型超声电机，摩擦片上的摩擦材料用的是自行研制的聚乙烯基高分子材料。待测电机、调控电机、扭矩传感器和编码器均通过法兰盘导线与外部驱动控制器、计算机相连接，测试人员只要通过计算机控制TRUM-60调控电机，即可实时提供需要测试的负载，同时可在计算机上观测到TRUM-70中空电机的实时输出功率情况，实现对真空高低温环境下、不同负载时超声电机机械特性的研究，有助于进一步对超声电机技术的掌握，促进其市场化。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和有益效果。可以理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，该测功装置包括依次连接的安装组件、测量组件、负载组件、负载调控组件；

所述安装组件与待测电机（1）的机轴固定连接，将所述待测电机（1）的机轴的转动输出；所述测量组件内设有转速测量传感装置以及扭矩测量传感装置，所述转速测量传感装置设置在安装组件中机轴的输出轴上，所述扭矩测量传感装置设置在所述安装组件后方；

所述负载组件安装在扭矩测量传感装置同轴的后方，负载组件提供稳定的可调的摩擦力；

所述负载调控组件连接在负载组件同轴后方，为负载组件提供动力;

所述的安装组件包括电机固定圈（2）、电机假轴（20）、主支承座（3）和辅支承座（5），其中电机假轴（20）由主支承座（3）和辅支撑座（5）共同定位并配合，所述主支承座（3）与辅支承座（5）并排放置，所述电机假轴贯穿主、辅支承座；所述电机固定圈（2）设置在主支承座（3）朝外的端面上，待测电机（1）固定在电机固定圈（2）上，并与电机假轴（20）连接；

所述的测量组件包括测转速的编码器（4）和测扭矩的扭矩传感器（6），编码器（4）固定在所述的主支承座（3）朝内的端面上，与电机假轴（20）配合；所述扭矩传感器（6）两端有伸出轴，其中一端与所述的电机假轴（20）连接；

所述的负载组件包括摩擦座（9）、贴有摩擦材料的摩擦片（11）、传动轴（8）、弹性及压力单元；所述摩擦座（9）与固定座并排放置，与所述主、辅支承座同一直线；所述传动轴（8）贯穿所述摩擦座（9）与固定座（14），在所述传动轴（8）上依次连接有摩擦片（11）和弹性及压力单元，所述摩擦片（11）和弹性及压力单元设置在摩擦座（9）与固定座（14）之间，所述弹性及压力单元为摩擦片（11）提供持续可调的摩擦力；

所述的负载调控组件包括丝杠机构、调控电机（13）和固定座（14），其中丝杠机构由定位销（15）、螺杆（16）和预压螺母（17）组成，螺杆（16）由固定座（14）定位配合；所述调控电机（13）设置在固定座（14）朝外的端面上，电机输出轴通过键与螺杆（16）连接配合，定位销（15）安装在底座（19）的上方，底座（19）为矩形平板结构，预压螺母（17）与螺杆（16）通过螺纹配合，其外圆上设置有一轴向方槽，与定位销（15）配合实现限位。

2.根据权利要求1所述的一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，所述测功装置的整体固定放置在一底座（19）上。

3.根据权利要求1所述的一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，所述弹性及压力单元包括依次连接的弹性材料性器件、压块以及预压螺母（17），通过预压螺母（17）对弹性材料性器件、压块进行预压。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，所述的待测电机（1）是一种行波型超声电机，适用于所有中空和非中空类型。

5.根据权利要求4所述的一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，所述的电机假轴（20）直接与所述的扭矩传感器（6）同轴连接，所述的传动轴（8）与所述的扭矩传感器（6）通过联轴器（7）同轴连接。

6.根据权利要求4所述的一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，所述的摩擦片（11）一侧端面上涂有摩擦材料（10）。

7.根据权利要求6所述的一种负载连续可调的超声电机测功装置，其特征在于，所述的传动轴（8）与所述的的摩擦片（11）和压块（12）通过腰型孔轴配合。