CN108020359B - 实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置 - Google Patents

实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，包括底座，还包括调节板、实现测试电机在闭环内可调加载的加载单元和能够将测试电机的扭矩测量转换为压力测量的测量单元，所述底座包括底座安装孔、轴承座安装孔、压力传感器安装槽和调节板安装槽；所述测量单元上的压力传感器通过压力传感器安装槽与底座固定连接，压力传感器能够通过压力传感器安装槽调节压力传感器相对于测量单元上的传动轴的安装位置；所述调节板通过调节板安装槽与底座固定连接，加载单元固定在调节板的侧面上，调节板能够在调节板安装槽内移动位置。本发明通过上述原理，克服负载控制精度差、价格昂贵和通用性差的缺点，实现对对不同扭矩测量量程的调节。

Description

实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置
技术领域
本发明涉及电机特性测试领域，具体涉及实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置。
背景技术
作为一种典型的动力和作动装置，微小型直流电机已在机械、电力、控制、航空航天等领域获得了广泛的应用。电机的速度特性、电流特性、功率特性和效率特性直接关系到电机在工作过程中的负载能力、响应特性及可靠性等参数，因此能够全面而准确地测量电机的工作特性曲线对电机的选型和性能评估具有重要意义。
现在虽然已经有很多可用于测试电机特性的测试装置，但普遍存在以下缺点和不足：首先，现有的测试装置主要是针对中大型的交流或直流电机，少有专门针对微小型直流电机的测试装置；其次，现有测试装置主要采用磁粉离合器作为电机负载，虽然具有扭矩大、无摩擦的优点，但对负载的控制精度不高，无法满足微小型直流电机的测试需求，虽然有些测试装置采用伺服电机为测试电机提供负载，但价格昂贵，且通用性差；此外，现有的测量装置普遍采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，由于电机输出轴的高速旋转，使得该测量方式可靠性差、测量精度低、调试复杂、成本高昂。另外，现有的测试装置无法实现对微小型直流电机上不同扭矩测量量程的调节，使用极不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计专门针对微小型直流电机的测试装置，提高测量的可靠性和测量精度，目的在于提供实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，克服负载控制精度差、价格昂贵和通用性差的缺点，实现对对不同扭矩测量量程的调节。
本发明通过下述技术方案实现：
实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，包括底座，还包括调节板、实现测试电机在闭环内可调加载的加载单元和能够将测试电机的扭矩测量转换为压力测量的测量单元，所述底座包括底座安装孔、轴承座安装孔、压力传感器安装槽和调节板安装槽，前轴承座和后轴承座通过所述轴承座安装孔固定安装到所述底座上，前轴承安装在前轴承座上，后轴承安装在后轴承座上，加载单元的两端分别与前轴承和后轴承相连，在加载单元的一端面固定连接在连接板正面上，在连接板的反面上固定连接测试电机的底座和转速传感器，转速传感器与测试电机的位置关系由转速传感器的测量原理决定；所述加载单元与测试电机的枢轴连接；所述测量单元上的压力传感器通过压力传感器安装槽与底座固定连接，压力传感器能够通过压力传感器安装槽调节压力传感器相对于测量单元上的传动轴的安装位置；所述调节板通过调节板安装槽与底座固定连接，加载单元固定在调节板的侧面上，调节板能够在调节板安装槽内移动位置。
现有的测试装置主要是针对中大型的交流或直流电机，少有专门针对微小型直流电机的测试装置。存在的现有测试装置主要采用磁粉离合器作为电机负载，虽然具有扭矩大、无摩擦的优点，但对负载的控制精度不高，无法满足微小型直流电机的测试需求，虽然有些测试装置采用伺服电机为测试电机提供负载，但价格昂贵，且通用性差；此外，现有的测量装置普遍采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，由于电机输出轴的高速旋转，使得该测量方式可靠性差、测量精度低、调试复杂、成本高昂。
本发明采用测试电机的加载单元，能够实现对微小型直流电机在闭环内的精确可调加载，无需采用磁粉离合器或伺服电机作为电机负载，具有通用性好、结构简单、控制简单、成本低廉的优点。
本发明采用测量单元将测量电机的扭矩测量转换为压力测量，由于测试过程中传动轴并不跟随电机转动，可以采用常用的转速传感器和压力传感器实现对电机转速和加载扭矩的测量，无需采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，因而测量单元具有测量精度高、可靠性高、调试简单、成本低廉的优点。
本发明的加载单元可通过底座上的调节板安装槽调节其在底座上的安装位置，因而可实现对多种不同外形尺寸的电机进行加载；另外，用于扭矩测量的压力传感器也可通过底座上的压力传感器安装槽调节其相对于传动轴的安装位置，达到调节扭矩测量量程的效果，即采用同一个压力传感器，仅通过改变其安装位置便可实现对不同扭矩测量量程的调节，该设计使得本发明的通用性更好、测量精度更高、测量成本更低廉等优点。
为了使调节板安装槽实现对多种不同外形尺寸的电机进行加载时不会影响压力传感器安装槽调节扭矩测量量程，压力传感器安装槽和调节板安装槽相互独立工作，互不影响，调节更加的方便。
优选的，所述测量单元包括传动轴、传扭杆和压力传感器，传动轴两端分别与前轴承和后轴承相连，转动轴的一端面固定连接在连接板正面上，传动轴只能绕自身轴线旋转，传扭杆通过U型卡件与传动轴固连，传扭杆的一端与压力传感器接触。本发明采用传动轴传动的方式将测量电机的扭矩测量转换为压力测量，由于测试过程中传动轴并不跟随电机转动，可以采用常用的转速传感器和压力传感器实现对电机转速和加载扭矩的测量，无需采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，因而测量单元具有测量精度高、可靠性高、调试简单、成本低廉的优点。
优选的，所述压力传感器安装槽位于传扭杆的正下方，且与传扭杆平行。传扭杆能够对压力传感器安装槽进行遮挡，避免灰尘进入压力传感器安装槽，影响压力传感器在压力传感器安装槽内的滑动。
优选的，压力传感器安装槽为方形槽，方形槽的延伸方向朝向传动轴。该设计压力传感器滑动更加的方便简单，也不易从传感器安装槽内滑出。
优选的，传扭杆的另一端装有一根限位杆，限位杆的下端面与底座接触。
优选的，所述加载单元包括加载舵机、加载卡钳、加载盘和牵拉绳，加载卡钳包括安装耳片、卡钳槽、摩擦片、穿绳孔和作动摇臂；加载卡钳通过安装耳片与安装板固定连接，加载盘刚好位于卡钳槽的中间位置；加载舵机与安装板固连；牵拉绳的一端与加载舵机的摇臂相连，穿过穿绳孔，另一端与作动摇臂相连，加载盘与测试电机的枢轴固定连接。本发明采用加载舵机、加载卡钳和加载盘作为加载单元，无需采用磁粉离合器或伺服电机作为电机负载，能够实现对微小型直流电机在闭环内的精确可调加载，具有通用性好、结构简单、控制简单、成本低廉的优点。
本发明通过加载单元的精确加载，同时通过测量单元的精确测量可实现微小型电机的电机特性测量，且整个控制过程可实现闭环控制。
优选的，卡钳槽为L形结构，在卡钳槽的两侧均设置摩擦片。加载盘位于卡钳槽内，而卡钳槽两侧摩擦片的设置能够增大摩擦，避免加载盘滑落。
优选的，调节板为L形结构。
为了避免转动轴任意转动，传扭杆通过U型卡件实现与传动轴3的固定连接，固定连接的位置可根据压力传感器7的位置沿传动轴3任意调节，转动轴位于U型卡件内。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的加载单元可通过底座上的调节板安装槽调节其在底座上的安装位置，因而可实现对多种不同外形尺寸的电机进行加载；另外，用于扭矩测量的压力传感器也可通过底座上的压力传感器安装槽调节其相对于传动轴的安装位置，达到调节扭矩测量量程的效果，即采用同一个压力传感器，仅通过改变其安装位置便可实现对不同扭矩测量量程的调节，该设计使得本发明的通用性更好、测量精度更高、测量成本更低廉等优点。
2、本发明采用加载舵机、加载卡钳和加载盘作为加载单元，无需采用磁粉离合器或伺服电机作为电机负载，能够实现对微小型直流电机在闭环内的精确可调加载，具有通用性好、结构简单、控制简单、成本低廉的优点。
3、本发明采用测量单元将测量电机的扭矩测量转换为压力测量，由于测试过程中传动轴并不跟随电机转动，可以采用常用的转速传感器和压力传感器实现对电机转速和加载扭矩的测量，无需采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，因而测量单元具有测量精度高、可靠性高、调试简单、成本低廉的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明提供的电机特性测试装置在一个角度下的立体结构示意图；
图2为本发明提供的电机特性测试装置在另一个角度下的立体结构示意图；
图3为本发明提供的底座的结构示意图；
图4为本发明提供的加载卡钳的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、底座；1-1、底座安装孔；1-2、轴承座安装孔；1-3、压力传感器安装槽；1-4、调节板安装槽；2-1、前轴承座；2-2、后轴承座；3、传动轴；4-1、前轴承；4-2、后轴承；5、U型卡件；6、传扭杆；7、压力传感器；8、连接板；9、调节板；10、安装板；11、转速传感器；12、加载舵机；13、加载卡钳；13-1、安装耳片；13-2、卡钳槽；13-3、摩擦片；13-4、穿绳孔；13-5、作动摇臂；14、加载盘；15、牵拉绳；16、测试电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-4所示，本发明包括实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，包括底座1，还包括调节板9、实现测试电机16在闭环内可调加载的加载单元和能够将测试电机16的扭矩测量转换为压力测量的测量单元，所述底座1包括底座安装孔1-1、轴承座安装孔1-2、压力传感器安装槽1-3和调节板安装槽1-4，前轴承座2-1和后轴承座2-2通过所述轴承座安装孔1-2固定安装到所述底座1上，前轴承4-1安装在前轴承座2-1上，后轴承4-2安装在后轴承座2-2上，加载单元的两端分别与前轴承4-1和后轴承4-2相连，在加载单元的一端面固定连接在连接板8正面上，在连接板8的反面上固定连接测试电机16的底座和转速传感器11，转速传感器11与测试电机16的位置关系由转速传感器11的测量原理决定；所述加载单元与测试电机16的枢轴连接；所述测量单元上的压力传感器7通过压力传感器安装槽1-3与底座1固定连接，压力传感器7能够通过压力传感器安装槽调节压力传感器相对于测量单元上的传动轴3的安装位置；所述调节板9通过调节板安装槽1-4与底座1固定连接，加载单元固定在调节板9的侧面上，调节板9能够在调节板安装槽1-4内移动位置。
现有的测试装置主要是针对中大型的交流或直流电机，少有专门针对微小型直流电机的测试装置。存在的现有测试装置主要采用磁粉离合器作为电机负载，虽然具有扭矩大、无摩擦的优点，但对负载的控制精度不高，无法满足微小型直流电机的测试需求，虽然有些测试装置采用伺服电机为测试电机提供负载，但价格昂贵，且通用性差；此外，现有的测量装置普遍采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，由于电机输出轴的高速旋转，使得该测量方式可靠性差、测量精度低、调试复杂、成本高昂。
本发明采用测试电机的加载单元，能够实现对微小型直流电机在闭环内的精确可调加载，无需采用磁粉离合器或伺服电机作为电机负载，具有通用性好、结构简单、控制简单、成本低廉的优点。
本发明采用测量单元将测量电机的扭矩测量转换为压力测量，由于测试过程中传动轴并不跟随电机转动，可以采用常用的转速传感器和压力传感器实现对电机转速和加载扭矩的测量，无需采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，因而测量单元具有测量精度高、可靠性高、调试简单、成本低廉的优点。
本发明的加载单元可通过底座上的调节板安装槽调节其在底座上的安装位置，因而可实现对多种不同外形尺寸的电机进行加载；另外，用于扭矩测量的压力传感器也可通过底座上的压力传感器安装槽调节其相对于传动轴的安装位置，达到调节扭矩测量量程的效果，即采用同一个压力传感器，仅通过改变其安装位置便可实现对不同扭矩测量量程的调节，该设计使得本发明的通用性更好、测量精度更高、测量成本更低廉等优点。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上优选如下：为了使调节板安装槽实现对多种不同外形尺寸的电机进行加载时不会影响压力传感器安装槽调节扭矩测量量程，压力传感器安装槽和调节板安装槽相互独立工作，互不影响，调节更加的方便。
测量单元包括传动轴3、传扭杆6和压力传感器7，传动轴3两端分别与前轴承4-1和后轴承4-2相连，转动轴3的一端面固定连接在连接板8正面上，传动轴3只能绕自身轴线旋转，传扭杆6通过U型卡件5与传动轴3固连，传扭杆6的一端与压力传感器7接触。
所述压力传感器安装槽1-3位于传扭杆6的正下方，且与传扭杆6平行。传扭杆能够对压力传感器安装槽进行遮挡，避免灰尘进入压力传感器安装槽，影响压力传感器在压力传感器安装槽内的滑动。
压力传感器安装槽1-3为方形槽，方形槽的延伸方向朝向传动轴3。该设计压力传感器滑动更加的方便简单，也不易从传感器安装槽内滑出。
传扭杆6的另一端装有一根限位杆6-1，限位杆6-1的下端面与底座1接触。
传动轴3与前轴承4-1和后轴承4-2的内圈配合，在轴承的限位下，传动轴3只具备绕自身轴线旋转这一个运动自由度。转速传感器与测试电机16的位置关系可由测量电机16的尺寸和转速传感器11的测量原理共同决定。
加载在测试电机16上的扭矩经连接板8传至传动轴3上，该扭矩经传扭杆6转化为施加在压力传感器7上的压力；该压力值与压力传感器7距传动轴3之间距离的乘积即为施加在测试电机16上的扭矩值。通过调节压力传感器7的安装位置即可调节扭矩测量的量程。限位杆6-1可用于限制传力轴3在反向扭矩的作用下沿反方向转动。压力传感器7可采用对射式或反射式光电传感器，也可采用其它转速测量装置代替，其作用是实时测量测量电机16的转速。
本发明采用传动轴传动的方式将测量电机的扭矩测量转换为压力测量，由于测试过程中传动轴并不跟随电机转动，可以采用常用的转速传感器和压力传感器实现对电机转速和加载扭矩的测量，无需采用在电机输出轴和加载装置之间的动力传输轴上设置扭矩和转速传感器的方式测量扭矩和转速，因而测量单元具有测量精度高、可靠性高、调试简单、成本低廉的优点。
实施例3：
本实施例在上述实施例的基础上优选如下：加载单元包括加载舵机12、加载卡钳13、加载盘14和牵拉绳15，加载卡钳13包括安装耳片13-1、卡钳槽13-2、摩擦片13-3、穿绳孔13-4和作动摇臂13-5；加载卡钳13通过安装耳片13-1与安装板10固定连接，加载盘14刚好位于卡钳槽13-2的中间位置；加载舵机12与安装板10固连；牵拉绳15的一端与加载舵机12的摇臂相连，穿过穿绳孔13-4，另一端与作动摇臂13-5相连，加载盘14与测试电机16的枢轴固定连接。
加载舵机12为加载单元的驱动部件，当加载舵机12转动时，其摇臂通过牵拉绳15拉动加载卡钳13的作动摇臂13-5转动，驱动加载卡钳13的摩擦片13-3向卡钳槽13-2中心运动，进而夹紧加载盘14，从而实现对测试电机16的加载；加载舵机12转动的角度不同，加载卡钳13施加在加载盘14上的夹紧力也不同；
测试过程中，加载盘14跟随测试电机16的枢轴转动，此时，控制加载舵机12沿指定方向转动，则可通过加载卡钳13的摩擦片13-3给加载盘14施加一个动摩擦力，该摩擦力的值与摩擦点距加载盘14中心的距离的乘积即为给测试电机的加载扭矩；通过改变加载盘14的直径大小或加载舵机12的转动角度即可实现对加载扭矩的精确控制。
本发明采用加载舵机、加载卡钳和加载盘作为加载单元，无需采用磁粉离合器或伺服电机作为电机负载，能够实现对微小型直流电机在闭环内的精确可调加载，具有通用性好、结构简单、控制简单、成本低廉的优点。
本发明通过加载单元的精确加载，同时通过测量单元的精确测量可实现微小型电机的电机特性测量，且整个控制过程可实现闭环控制。
实施例4：
本实施例在上述实施例的基础上优选如下：卡钳槽13-2为L形结构，在卡钳槽13-2的两侧均设置摩擦片13-3。加载盘位于卡钳槽内，而卡钳槽两侧摩擦片的设置能够增大摩擦，避免加载盘滑落。
调节板9为L形结构。该结构固定更加的牢固。
传扭杆6和传动轴3交叉垂直连接，转动轴3位于U型卡件5内。避免转动轴任意转动。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，包括底座(1)，其特征在于，还包括调节板(9)、实现测试电机(16)在闭环内可调加载的加载单元和能够将测试电机(16)的扭矩测量转换为压力测量的测量单元，所述底座(1)包括底座安装孔(1-1)、轴承座安装孔(1-2)、压力传感器安装槽(1-3)和调节板安装槽(1-4)，前轴承座(2-1)和后轴承座(2-2)通过所述轴承座安装孔(1-2)固定安装到所述底座(1)上，前轴承(4-1)安装在前轴承座(2-1)上，后轴承(4-2)安装在后轴承座(2-2)上，加载单元的两端分别与前轴承(4-1)和后轴承(4-2)相连，在加载单元的一端面固定连接在连接板(8)正面上，在连接板(8)的反面上固定连接测试电机(16)的底座和转速传感器(11)，转速传感器(11)与测试电机(16)的位置关系由转速传感器(11)的测量原理决定；所述加载单元与测试电机(16)的枢轴连接；所述测量单元上的压力传感器(7)通过压力传感器安装槽(1-3)与底座(1)固定连接，压力传感器(7)能够通过压力传感器安装槽调节压力传感器相对于测量单元上的传动轴(3)的安装位置；所述调节板(9)通过调节板安装槽(1-4)与底座(1)固定连接，加载单元固定在调节板(9)的侧面上，调节板(9)能够在调节板安装槽(1-4)内移动位置；
其中，所述测量单元包括传动轴(3)、传扭杆(6)和压力传感器(7)，传动轴(3)两端分别与前轴承(4-1)和后轴承(4-2)相连，传动轴(3)的一端面固定连接在连接板(8)正面上，传动轴(3)只能绕自身轴线旋转，传扭杆(6)通过U型卡件(5)与传动轴(3)固连，传扭杆(6)的一端与压力传感器(7)接触；
其中，所述加载单元包括安装板(10)、加载舵机(12)、加载卡钳(13)、加载盘(14)和牵拉绳(15)，加载卡钳(13)包括安装耳片(13-1)、卡钳槽(13-2)、摩擦片(13-3)、穿绳孔(13-4)和作动摇臂(13-5). ；加载卡钳(13)通过安装耳片(13-1)与安装板(10)固定连接，加载盘(14)刚好位于卡钳槽(13-2)的中间位置；加载舵机(12)与安装板(10)固连；牵拉绳(15)的一端与加载舵机(12)的摇臂相连，穿过穿绳孔(13-4)，另一端与作动摇臂(13-5)相连，加载盘(14)与测试电机(16)的枢轴固定连接，安装板(10)一端面固定连接在调节板(9)的侧面上。
2.根据权利要求1所述的实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，其特征在于，所述压力传感器安装槽(1-3)位于传扭杆(6)的正下方，且与传扭杆(6)平行。
3.根据权利要求2所述的实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，其特征在于，压力传感器安装槽(1-3)为方形槽，方形槽的延伸方向朝向传动轴(3)。
4.根据权利要求1所述的实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，其特征在于，传扭杆(6)的另一端装有一根限位杆(6-1)，限位杆(6-1)的下端面与底座(1)接触。
5.根据权利要求1所述的实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，其特征在于，卡钳槽(13-2)为L形结构，在卡钳槽(13-2)的两侧均设置摩擦片(13-3)。
6.根据权利要求1所述的实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，其特征在于，调节板(9)为L形结构。
7.根据权利要求1所述的实现对不同扭矩测量量程调节的电机特性测试装置，其特征在于，传扭杆(6)通过U型卡件(5)实现与传动轴(3)的固定连接，固定连接的位置可根据压力传感器(7)的位置沿传动轴(3)任意调节，传动轴(3)位于U型卡件(5)内。
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