CN110926670B - 一种高转速立式加载测功机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机性能检测领域，并具体公开了一种高转速立式加载测功机及其应用，其包括加载电机传动轴、加载电机转子、加载电机定子和扭矩测量装置，其中：加载电机传动轴沿竖直方向设置，其上部用于与被测装置连接，其下部用于与动力输入装置连接，同时该加载电机传动轴与加载电机转子固定连接，工作时动力输入装置通过加载电机传动轴带动加载电机转子旋转，加载电机定子套设在加载电机转子的外侧，并利用固定轴承或测功机基座进行固定，工作时利用扭矩测量装置测量传动轴的扭矩输出，从而对被测装置进行功率测试。本发明能够摆脱重力对测功机的不利影响，避免因复杂的机械结构装配存在的质量问题带来功率损耗，方便测试时更换被测电机。

Description

一种高转速立式加载测功机及其应用

技术领域

本发明属于电机性能检测领域，更具体地，涉及一种高转速立式加载测功机及其应用。

背景技术

高转速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。主要应用于金属，玻璃等材料的加工行业。由于现代社会对高速高精加工的需求日益扩大，以及对加工精度的要求越来越高，导致对于高转速电机性能的要求也越来越高，所以这就对高转速电机的性能测试提出了更高的要求。测功机是一种测量机械转矩的装置，除适用于实验室对电机性能的测试外，还适用于生产线对电机产品的出厂进行检测。测功机可以作为发电机运行，作为被测动力机械的负载，以测量被测机械的轴上输出转矩；也可以作电动机运行，拖动其他机械，以测量其轴上输入转矩，转矩与测速发电机测得的转速之积即轴功率。电机测功机分高速、中速、低速，根据电机不同转速选择不同的测功机对电机进行扭矩、转速、功率测试。

其中高转速测功机由于转速高，所以对机械结构装配精度，尤其是传动轴之间的轴精度要求极高，否则会诱发轴系机械振动，导致损毁机械设备。所以使用时机械装配环节非常繁复，在每一次更换被测电机后，调整精度的过程中往往会消耗大量的人力物力及时间。因此，根据上述技术问题，亟需开展关于高速电机测试加载技术设备的相关研究工作，从而简化高转速测功机的使用条件。

CN107328506A公开了一种高转速测功机的设计方案，该方案中对托加载电机的定子组件与被测电机的机壳悬臂同心支撑，而转子组件与被测电机的转轴悬臂同轴支撑，取消了转子与定子间的机械轴承接触。同时，该技术方案所记载的转子组件同轴安装于被测电主轴的轴端上，取消了联轴器。虽然该方案在一定情况下简化了测功机的机械结构，但依然存在以下不足：该设计方案为横置式测功机，由于电机的定子和转子组件始终受重力场的影响，在该设备长期使用时，很难保证电机的定子和转子不会发生偏置影响到设备的装配质量；由于该设计方案中，电机的定子和转子组件都需要被测电机的外壳悬臂做支撑，从而导致当每次更换被测电机时，都需要重新对电机的机械结构进行精度检测和调试工作，增加了测功机的使用难度。CN102645296B公开了一种分体式高转速电主轴测功机的设计档案，该专利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向电主轴施加负载转矩。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。虽然该方案在一定情况下简化了测功机的机械结构，但依然存在以下不足：该设计方案为横置式测功机，由于电机的定子和转子组件始终受重力场的影响，在该设备长期使用时，很难保证电机的定子和转子不会发生偏置影响到设备的装配质量；由于该设计方案中，利用被测电机的轴承刚度为测功机提供支撑，从而导致当每次更换被测电机时，都需要重新对电机的机械结构进行精度检测和调试工作，增加了测功机的使用难度；该设计方案只局限于电主轴使用，机械主轴电机无法使用导致通用性不强。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高转速立式加载测功机及其应用，其中该高转速立式加载测功机利用竖直放置的加载电机传动轴简化了加载电机与被测电机传动轴之间的机械结构，并摆脱了重力场对高转速立式加载测功机机械结构的不利影响，同时简化了被测电机拆卸以及安装的难度，因而尤其适用于电机性能检测的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种高转速立式加载测功机，该高转速立式加载测功机包括加载电机传动轴、加载电机转子、加载电机定子和扭矩测量装置，其中：所述加载电机传动轴沿竖直方向设置，其上部设置有刀柄锁紧结构，用于与被测装置连接，其下部用于与动力输入装置连接，同时该加载电机传动轴与所述加载电机转子固定连接，工作时所述动力输入装置通过所述加载电机传动轴带动所述加载电机转子旋转，所述加载电机定子套设在所述加载电机转子的外侧，并利用固定轴承或测功机基座进行固定，工作时利用所述扭矩测量装置测量所述传动轴的扭矩输出，从而对所述被测装置进行功率测试。

作为进一步优选地，当所述加载电机定子利用固定轴承进行固定时，所述扭矩测量装置包括拉压力传感器和力臂连杆，所述拉压力传感器设置在所述固定轴承的外部，并通过所述力臂连杆与所述加载电机定子连接。

作为进一步优选地，所述高转速立式加载测功机还包括与所述加载电机定子同心的基准圆柱体，用于在装配时检测所述加载电机传动轴、加载电机转子和加载电机定子的同心度。

作为进一步优选地，所述高转速立式加载测功机还包括三轴振动传感器，用于检测所述高转速立式加载测功机工作时的振动信号。

作为进一步优选地，所述高转速立式加载测功机还包括温度传感器，用于监测所述加载电机传动轴的温度变化情况。

作为进一步优选地，所述高转速立式加载测功机还包括测功机壳体，该测功机壳体上设置有气封通风口，用于形成气帘防止异物进入。

按照本发明的另一方面，提出一种上述高转速立式加载测功机在数控机床中的应用。

作为进一步优选地，所述加载电机传动轴的上部通过机床主轴箱与被测电机连接，同时利用数控机床的数控装置控制所述加载电机传动轴的装配。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明为立式加载测功机，被测电机和加载电机以立式方式通过传动轴连接，从而能够摆脱重力对测功机的不利影响，不易发生偏置，同时加载电机转子与加载电机传动轴固定连接，加载电机定子利用固定轴承或测功机基座进行固定，进而保证加载电机定子与加载电机转子处于分离状态，即加载电机定子与转子之间未做任何装配处理，其可根据需要自行选择安装固定的初始位置以及安装方法，避免因复杂的机械结构装配存在的质量问题带来功率损耗，方便测试时更换被测电机，并且因加载电机转子无支撑轴承，可以使加载电机定转子不受轴承的装配质量和轴承极限速度的影响，进而实现高转速加载，尤其是本发明提供的立式加载测功机可兼顾电主轴电机和机械主轴电机，具有较强的适应性；

2.同时，本发明通过设置基准圆柱面，能够保证加载电机传动轴、加载电机转子和加载电机定子之间的同心度，此外考虑到高速加载对测功机稳定性产生影响，相应设计了三轴振动传感器、温度传感器，用于实现加载测功过程中振动信号和温度信号的检测，保证测功机高速加载过程中的使用安全；

3.本发明还提出了将高速立式加载测功机应用到数控机床中，将刀柄通过机床主轴箱与被测电机连接，方便更换被测电机，同时利用数控装置进行装配，能够提高装配效率和精度。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的高转速立式加载测功机的结构示意图；

图2是按照本发明另一个优选实施例构建的高转速立式加载测功机中加载定子的安装示意图；

图3是将本发明提供的高转速立式加载测功机应用到数控机床中的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-测功机外壳，2-加载电机传动轴，3-基准圆柱面，4-加载电机壳体，5-拉压力传感器，6-力臂连杆，7-加载电机编码器，8-编码器读数头，9-加载电机定子，10-加载电机转子，11-机床工作台，12-铝压板，13-加载电机附属线包，14-三轴振动传感器，15-气封通风口，16-被测电机，17-机床主轴箱，18-数控驱动系统，19-数控装置，20-操作台计算机，21-加载电机控制柜，22-空气压缩机，23-高转速立式加载测功机，24-测功机基座，25-定子水冷管，26-螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种高转速立式加载测功机，其包括测功机外壳1以及设置在测功机外壳1内部的加载电机传动轴2、加载电机定子9、加载电机转子10和扭矩测量装置，其中：

加载电机传动轴2沿竖直方向设置，其上部穿过测功机外壳1并设置有刀柄锁紧结构，用于与被测装置连接，加载电机传动轴2的上端可以直接与被测电机连接，也可以通过机床主轴箱17与被测电机16连接，从而方便更换被测电机，加载电机传动轴2的下部与动力输入装置连接，并利用铝压板12进行固定，从而实现被测电机和加载电机以立式方式连接，以此摆脱重力场对其机械结构的不利影响，当高转速立式加载测功机应用于数控机床中，将其放置于数控机床上并通过测功机基座与机床工作台11固定连接，同时加载电机传动轴2与加载电机转子10固定连接，可以采用过盈方式进行安装，使得加载电机转子10无支撑轴承，工作时加载电机控制柜19控制加载电机传动轴2转动，从而带动加载电机转子10旋转，并通过编码器读数头8与加载电机编码器7配合用于读取加载数据；

加载电机定子9套设在加载电机转子10的外部，并利用固定轴承或测功机基座进行固定，加载电机定子9和加载电机转子10处于分离状态，即加载电机的定转子未做任何装配处理，可以根据需要自行选择安装固定的初始位置以及安装方法，工作时利用所述扭矩测量装置测量所述传动轴的扭矩输出，从而对所述被测装置进行功率测试。

进一步，采用固定轴承对加载电机定子9进行固定时，加载电机附属线包13通过固定轴承与加载电机壳体4连接，加载电机定子9有旋转角，扭矩测量装置包括力臂连杆6和拉压力传感器5，拉压力传感器5设置在加载电机壳体4的外部，通过力臂连杆6与加载电机定子9连接，因加载电机定子9通过支撑轴承与加载电机壳体4连接，当加载电机运行时，两者之间会有一定角度的旋转，利用力的相互作用间接测量加载电机传动轴2的扭矩输出；

此外，还可以利用螺栓26将加载电机定子9固定在测功机基座24上，并在加载电机附属线包13外侧设置定子水冷管25，工作时加载电机定子9可以有旋转角也可以无旋转角，当加载电机定子9有旋转角时，扭矩测量装置采用拉压力传感器或刀柄式扭矩传感器，当加载电机定子9无旋转角时，扭矩测量装置采用刀柄式扭矩传感器。

进一步，高转速立式加载测功机还包括设置在测功机外壳1上的基准圆柱面3，基准圆柱面3为一个与加载电机定子9同心的圆柱体结构，其可以为凸出圆柱体或下沉式圆柱体，用于在装配时检测所述加载电机传动轴、加载电机转子和加载电机定子的同心度。

进一步，高转速立式加载测功机还包括三轴振动传感器14和温度传感器，其中三轴振动传感器可安装在测功机外壳1上，用于检测分析测功机工作时的振动信号，预警高转速下测功机的异常状态；温度传感器可安装在测功机外壳1上靠近加载电机定子或加载电机转子的位置，用于检测加载电机传动轴的温度变化情况，避免其温升过大。

进一步，高转速立式加载测功机还包括设置在加载电机壳体4上的气封通风口15，通过空气压缩机22提供气压，从而形成气帘防止异物进入加载电机内部。

按照本发明的另一方面，如图2所示，提供了一种上述高转速立式加载电机23在数控机床中的应用，使用时将高转速立式加载测功机固定在机床工作台11上，被测电机16即为机床的主轴电机，通过机床主轴箱17与加载电机传动轴2连接，该结构无需使用联轴器，可以方便测试时更换被测电机，同时由加载电机为被测电机16提供负载；

被测电机16的数控驱动系统18由机床的数控装置19控制，加载电机的输出由加载电机控制柜21(内含24V电源，整流器，逆变器，控制单元，电源电抗器)通过网络连接操作台计算机20上的加载电机伺服驱动软件进行控制，可利用数控装置19对加载电机主轴2进行装配，提高装配效率和装配精度；

测功机外壳1上方有基准圆柱面3，将加载电机传动轴2上端安装于机床主轴箱17，并利用数控装置19将该加载电机传动轴2移动到与加载电机定子同心处后，可以将千分表固定在加载电机传动轴2上，另一段指针接基准圆柱面3的同心圆，随后使加载电机传动轴2转动360度，读取百分表数值是否会有波动。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于数控机床中的高转速立式加载测功机，其特征在于，该高转速立式加载测功机包括加载电机传动轴(2)、加载电机转子(10)、加载电机定子(9)和扭矩测量装置，其中：所述加载电机传动轴(2)沿竖直方向设置，其上部设置有刀柄锁紧结构，用于与被测装置连接，其下部用于与动力输入装置连接，同时该加载电机传动轴(2)与所述加载电机转子(10)固定连接，工作时所述动力输入装置通过所述加载电机传动轴(2)带动所述加载电机转子(10)旋转，所述加载电机定子(9)套设在所述加载电机转子(10)的外侧，并利用固定轴承或测功机基座进行固定，工作时利用所述扭矩测量装置测量所述传动轴(1)的扭矩输出，从而对所述被测装置进行功率测试；

当所述加载电机定子(9)利用固定轴承进行固定时，所述扭矩测量装置包括拉压力传感器(5)和力臂连杆(6)，所述拉压力传感器(5)设置在所述固定轴承的外部，并通过所述力臂连杆(6)与所述加载电机定子(9)连接；所述加载电机传动轴(2)的上部通过机床主轴箱(17)与被测电机(16)连接，同时利用数控机床的数控装置(19)控制所述加载电机传动轴(2)的装配，所述被测电机(16)的转速大于10000r/min。

2.如权利要求1所述的高转速立式加载测功机，其特征在于，所述高转速立式加载测功机还包括与所述加载电机定子(9)同心的基准圆柱体(3)，用于在装配时检测所述加载电机传动轴(2)、加载电机转子(10)和加载电机定子(9)的同心度。

3.如权利要求1所述的高转速立式加载测功机，其特征在于，所述高转速立式加载测功机还包括三轴振动传感器(14)，用于检测所述高转速立式加载测功机工作时的振动信号。

4.如权利要求1所述的高转速立式加载测功机，其特征在于，所述高转速立式加载测功机还包括温度传感器，用于监测所述加载电机传动轴(2)的温度变化情况。

5.如权利要求1所述的高转速立式加载测功机，其特征在于，所述高转速立式加载测功机还包括测功机壳体(4)，该测功机壳体(4)上设置有气封通风口(15)，用于形成气帘防止异物进入。

Images