CN111504531B - 一种电机扭矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机扭矩测量装置，包括：被测电机定位机构、主轴冷却组件、减速机与固定环、转速扭矩传感器、伺服电机组件、底座、滑轨。本发明采用主轴连接方式实现环境测试的快速切换，同时，主轴冷却组件包括的冷却单元用以减少主轴高速转动带来的温度上升或是环境测试带来的过高过低温度所引发的输出扭矩的偏差，提高测量准确性；与主轴冷却组件一端连接的被测电机定位装置用以装夹被测电机，采用X方向滑台与Y方向滑台电机控制方式可快速自动调节被测电机轴心与主轴处于同一直线，减小检测偏差；此外，本发明一种电机扭矩测量装置中伺服电机连接方式实现了量程的快速切换。

Description

一种电机扭矩测量装置

技术领域

本发明属于机械测量领域，涉及到一种电机扭矩测量装置，适用于小扭矩电机的力矩性能测量。

背景技术

电机带动负载运动依靠工作机械提供的一定扭矩，转速和扭矩是衡量电机性能的重要参数。随着工业自动化水平的提高，电机应用更加广泛，不同场合下对电机的要求也不尽相同。特别是一些应用于特殊环境的电机对参数有较高要求。因此保证和提高测量的准确性具有重要意义。

电机扭矩被动测试是通过电机或马达带动被测电机转动、主轴将被测电机的扭矩传递给检测装置的过程。扭矩传递过程中，被测电机轴心、传感器轴心、主轴需处于同一水平线，以减小偏心带来的额外力矩。传统的安装方法是根据经验，多次手动调试找到的被测电机最佳安装位置，调试过程繁琐且难以保证位置为最佳。此外，电机在环境测试过程中，传递扭矩的主轴部分易受被测件所处的环境温度影响，过高或过低的温度使扭矩测量精度与测量的准确性不能得到保证。

发明内容

本发明为解决上述技术的不足，使电机性能测试更加便捷准确，由此提出了一种电机扭矩测量装置。

本发明一种电机扭矩测量装置，具体包括：上罩、机箱、环境箱、电机性能测试台、控制台；电机性能测试台与环境箱连接，电机性能测试台部分处于环境箱和与环境箱连接侧壁内；上罩置于电机性能测试台上；电机性能测试台和机箱置于控制台上；

电机性能测试台包括：被测电机定位机构、主轴冷却组件、减速机与固定环、转速扭矩传感器、伺服电机组件、底座、滑轨；所述主轴冷却组件包括工装底板、主轴冷却单元保护壳、主轴冷却单元、冷却单元支座、冷却单元固定环；所述伺服电机组件包括伺服电机、联轴器、电机固定环、伺服电机支座；所述底座包括大理石平台、底板缓冲块、手柄锁紧头、直线滑轨；

电机性能测试台用于测试电机扭矩和转速的性能；被测电机定位机构的底部通过螺纹连接主轴冷却组件的工装底板，工装底板一端与主轴冷却单元一端连接；主轴冷却单元嵌套于所述主轴冷却单元保护壳内；主轴冷却单元另一端固定于冷却单元支座；电机定位机构内被测电机与主轴冷却单元内主轴一端连接；主轴另一端依次通过减速机和固定环与转速扭矩传感器一端连接；转速扭矩传感器另一端通过联轴器与伺服电机连接，伺服电机通过电机固定环固定于伺服电机支座；主轴冷却单元的主轴、转速扭矩传感器的轴心、伺服电机的轴心共线；所述冷却单元组件、转速扭矩传感器、伺服电机组件依次可调节地固定于底座的直线滑轨上，直线滑轨固定于大理石平台，大理石平台固定于底板缓冲块；底板缓冲块通过四个手柄锁紧头可移动地固定在滑轨上；

主轴冷却组件无缝嵌套于环境箱内，连接环境箱内的被测电机与转速扭矩传感器，用于测试过程的主轴冷却或保温；冷却或保温结构为主轴冷却单元；所述主轴冷却单元由主轴、主轴保护壁、进水口、冷却层、出水口组成；冷却工作原理是：电机扭矩检测时，被测电机处于高温环境，处于环境箱壁内的主轴温度上升，安装于主轴一端的温度传感器自电机测试开始将主轴温度反馈给控制台，控制台将温度与设定临界值比较，当温度高于上临界值，控制台控制水泵将循环的冷却液从进水口持续通入，控制台根据主轴温度上升情况对冷却液的流动速度进行控制，并随着温度上升速度加快而加快；冷却液流经主轴冷却单元内冷却层时吸收主轴热量，并由出水口排出，带走热量完成散热，当主轴温度降低到下临界值后，控制台控制水泵停止运作；该主轴冷却单元除对主轴有冷却作用外还具有保温作用，保温工作原理：被测电机处于低温测试环境时，主轴温度降低，温度传感器自电机测试开始检测主轴温度并反馈给控制台，控制台将温度与设定临界值比较，当温度低于临界值，控制台控制水泵将用以保温的冷却液从进水口持续通入，该液体流经主轴冷却单元内冷却层时将热量传递给主轴实现保温作用；

电机定位功能由被测电机定位机构实现；所述被测电机定位机构由可调节的X方向的滑台、Y方向滑台、X方向位移旋钮、Y方向位移旋钮、L型板、压板、锁紧杆、圆柱销、固定螺丝、被测电机组成；压板通过锁紧杆和圆柱销将被测电机固定在Y方向滑台上；Y方向滑台与L型板一边的内侧面相接；X方向滑台与L型板一边的外侧面相接；被测电机定位机构用于固定被测电机并且可手动或自动调节被测电机X、Y方向位置，快速找到被测电机最佳安装位置，使被测电机轴心与主轴在同一水平线上；自动调节的工作原理是：被测电机安装固定于电机定位机构并置于所设起始位置，启动伺服电机，固定Y方向滑台，同时步进电机控制X方向滑台在X方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，X方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成X方向位置的调整；固定X方向滑台，同时步进电机控制Y方向滑台在Y方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，Y方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成Y方向位置的调整；被测电机扭矩受到偏心力矩影响，实际检测过程中该影响不能消除但可以减小，当被测电机轴心与主轴、扭矩传感器轴心处于同一水平线时其扭矩达到最小，即扭矩曲线处于最低点，测试时通过X、Y方向步进电机控制X、Y方向滑台使被测电机处于该最佳位置。

本发明电机扭矩测量装置，具有环境快速切换功能，具体包括：

电机性能测试台中被测电机置于环境箱内测试，扭矩通过主轴传递给转速扭矩传感器；根据测试需求可设置环境箱参数切换常温环境、高温环境、低温环境、盐浴环境、粉尘环境等；有环境需求时，被测电机定位机构固定于工装底板并置于环境箱内；工装底板一端与主轴冷却单元一端连接；主轴冷却单元嵌套于主轴冷却单元保护壳内并处于环境箱壁内；主轴冷却单元另一端固定于冷却单元支座；被测电机通过联轴器与主轴冷却单元内主轴一端连接；被测电机固定机构和工装底板置于环境箱内；主轴另一端依次通过减速机和固定环与转速扭矩传感器一端连接；所述转速扭矩传感器另一端通过联轴器与伺服电机连接，伺服电机通过电机固定环固定于伺服电机支座；所述冷却单元组件、转速扭矩传感器、伺服电机组件依次可调节地固定于所述直线滑轨上；底座由大理石平台、底板缓冲块、手柄锁紧头、直线滑轨组成；所述大理石平台固定于底板缓冲块上，所述底板缓冲块通过锁紧块可移动地固定于滑轨上；测试工作原理是：被测电机定位机构内电机固定并处于设置的起始位置，此时被测电机处于环境箱内，主轴冷却单元处于环境箱壁内，控制台控制伺服电机转速，启动伺服电机带动被测电机转动，扭矩传感器实时检测扭矩数据；固定Y方向滑台，同时步进电机控制X方向滑台在X方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，X方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成X方向位置的调整；固定X方向滑台，同时步进电机控制Y方向滑台在Y方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，Y方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成Y方向位置的调整，此时被测电机处于最佳位置，被测电机轴心、主轴、转速扭矩传感器轴心接近同一水平线；环境箱设置所需参数，达到环境条件后，控制台控制伺服电机带动被测电机转动进行测试；由于增加了主轴部分，且主轴置于环境箱壁，扭矩传递极易受环境箱内过高或过低的温度影响，此外常温环境的主轴因转速过快也会引起温度上升；温度过高时，冷却装置通入冷却液体经出水口排出吸收主轴热量的液体减少温度上升引起的输出扭矩变化；温度过低时，主轴冷却单元通入冷却液对主轴进行保温以减少低温对扭矩的影响；转速扭矩传感器动态测量被测电机扭矩。

本发明电机扭矩测量装置，具有量程快速切换功能，具体包括：更换主测电机；量程可快速切换原理：扭矩测量装置中伺服电机支座通过电机固定圈与伺服电机连接，电机固定圈可根据主测电机量程规格进行替换，该功能使主测电机可以快速更换。

附图说明

图1为本发明装置整体示意图；

图2为本发明装置电机性能测试台示意图；

图3为本发明装置被测电机定位机构示意图；

图4为本发明装置主轴冷却组件示意图；

图5为本发明装置伺服电机组件示意图；

图6为本发明装置底座示意图；

图7为本发明装置主轴冷却单元侧视图；

图8为本发明装置主轴冷却单元B-B截面图；

其中：

101、上罩，102、机箱，103、控制台，104、电机性能测试台，105、环境箱；

1、被测电机定位机构，2、主轴冷却组件，3、减速机和固定圈，4、转速扭矩传感器，5、伺服电机组件，6、底座，7、滑轨；

1-1、被测电机，1-2、X方向滑台，1-3（10）、固定螺丝，1-4、X方向位移旋钮，1-5（11）、L型板，1-6、Y方向滑台，1-7、圆柱销，1-8、压板，1-9、锁紧杆，1-12、Y方向位移旋钮；

2-1、主轴冷却单元，2-2、工装底板，2-3主轴冷却单元保护壳，2-4、冷却单元支座，2-5、冷却单元固定环；

2-11、主轴，2-12、进水口，2-13、出水口，2-14、冷却层，2-15主轴保护壁；

5-1、伺服电机，5-2、电机固定环，5-3、联轴器，5-4、伺服电机支座；

6-1、直线滑轨，6-2、大理石平台，6-3、手柄锁紧头，6-4、底板缓冲块。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明实施例的电机扭矩测试。

本实施例的电机扭矩测量装置，具体包括：上罩101、机箱102、环境箱105、电机性能测试台103、控制台104；电机性能测试台103与环境箱105一侧连接，电机性能测试台103部分处于环境箱105和与环境箱连接侧的壁内；上罩101置于电机性能测试台103上；电机性能测试台103和机箱102置于控制台104上；

本实施例的电机性能测试台103包括：被测电机定位机构1、主轴冷却组件2、减速机与固定环3、转速扭矩传感器4、伺服电机组件5、底座6、滑轨7；主轴冷却组件2包括工装底板2-2、主轴冷却单元保护壳2-3、主轴冷却单元2-1、冷却单元支座2-4、冷却单元固定环2-5；伺服电机组件5包括伺服电机5-1、联轴器5-3、电机固定环5-2、伺服电机支座5-4；底座6包括直线滑轨6-1、大理石平台6-2、手柄锁紧头6-3、底板缓冲块6-4；底座6由大理石平台6-2、底板缓冲块6-4、手柄锁紧头6-3、直线滑轨6-1组成；

被测电机定位机构1的底部通过螺纹连接主轴冷却组件2的工装底板2-2，工装底板一端与主轴冷却单元2-1一端连接；主轴冷却单元2-1嵌套于主轴冷却单元保护壳2-3内；主轴冷却单元2-1另一端固定于冷却单元支座2-4；电机定位机构1的被测电机1-1与主轴冷却单元2-1的主轴2-11一端连接；所述主轴另一端依次通过减速机和固定环3与转速扭矩传感器4一端连接；所述转速扭矩传感器另一端通过联轴器5-3与伺服电机5-1连接，伺服电机通过电机固定环5-2固定于伺服电机支座5-4；所述主轴冷却单元内主轴2-11、转速扭矩传感器4的轴心、伺服电机5-1的轴心共线；所述主轴冷却组件2、转速扭矩传感器4、伺服电机组件5依次可调节地固定于直线滑轨6-1上；大理石平台6-2固定于底板缓冲块6-4上；底板缓冲块通过四个手柄锁紧头6-3可移动地固定于滑轨7上；

主轴冷却组件2用于置被测电机1-1于环境箱105内，传递被测电机1-1转速给转速扭矩传感器4，并在测试时对主轴2-11进行保温或冷却；主轴冷却单元2-1由主轴2-11、主轴保护壁2-15、进水口2-12、冷却层2-14、出水口2-13组成；主轴冷却单元2-1用于连接被测电机1-1与转速扭矩传感器4，同时对主轴2-11进行冷却或保温；冷却工作原理是：电机扭矩检测时，被测电机1-1处于高温环境或主轴2-11高速转动产生大量热量，主轴温度上升，安装于主轴一端的温度传感器自电机测试开始将主轴温度反馈给控制台103，控制台将温度与设定临界值比较，当温度高于上临界值，控制台控制水泵将循环冷却液体从进水口2-12持续通入，控制台根据主轴温度上升情况对冷却液的通入速度进行控制，并随着温度上升速度加快而加快；该液体流经主轴冷却单元2-1的冷却层2-14时吸收主轴2-11热量，并由出水口2-13排出，带走热量完成散热，当主轴温度降低到下临界值后，控制台103控制水泵停止运作；该主轴冷却单元2-1除对主轴2-11有冷却作用外还具有保温作用，保温原理：被测电机1-1处于低温测试环境时，主轴2-11温度降低，温度传感器自电机测试开始检测主轴2-11温度并反馈给控制台103，控制台将温度与设定临界值比较，当温度低于临界值，控制台控制水泵将用以保温的冷却液从进水口2-12持续通入，该液体流经主轴冷却单元2-1的冷却层2-14时将热量传递给主轴2-11实现保温作用；

被测电机定位机构1由可调节的X方向滑台1-2、Y方向滑台1-6、X方向位移旋钮1-4、Y方向位移旋钮1-12、L型板1-5（11）、压板1-8、锁紧杆1-9、圆柱销1-7、固定螺丝1-3（10）、被测电机1-1组成；所述压板通过锁紧杆1-9和圆柱销1-7固定被测电机；被测电机1-1固定于Y方向的滑台1-6；Y方向滑台与L型板1-11一边的内侧面相接；X方向滑台1-2与L型板1-5一边的外侧面相接；被测电机定位机构1用于固定被测电机1-1并且可自动调节被测电机X、Y方向位置，快速找到被测电机最佳安装位置，使被测电机轴心与主轴2-11在同一水平线上；自动调节的工作原理是：被测电机1-1安装固定于被测电机定位机构1并置于所设起始位置，启动伺服电机5-1，固定Y方向滑台1-6，同时步进电机控制X方向滑台1-2在X方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，X方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成X方向位置的调整；固定X方向滑台1-2，同时步进电机控制Y方向滑台1-6在Y方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，Y方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成Y方向位置的调整；被测电机扭矩受到偏心力矩影响，实际检测过程中该影响不能消除但可以减小，当被测电机轴心与主轴、扭矩传感器轴心处于同一水平线时其扭矩达到最小，即扭矩曲线处于最低点，测试时通过X、Y方向步进电机控制X、Y方向滑台使被测电机处于该最佳位置。

电机性能测试台104中被测电机1-1置于环境箱105内测试，扭矩通过主轴2-11传递给转速扭矩传感器4；根据测试需求可设置环境箱参数切换常温环境、高温环境、低温环境、盐浴环境、粉尘环境等；测试开始，被测电机定位机构1和工装底板2-2置于环境箱105内；主轴冷却单元2-1处于环境箱壁内；被测电机定位机构1的被测电机1-1固定并处于设置的起始位置，控制台103控制伺服电机5-1转速，启动伺服电机带动被测电机1-1转动，转速扭矩传感器4实时检测扭矩数据；固定Y方向滑台1-6，同时步进电机控制X方向滑台1-2在X方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，X方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成X方向位置的调整；固定X方向滑台1-2，同时步进电机控制Y方向滑台1-6在Y方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，Y方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成Y方向位置的调整，此时被测电机处于最佳位置，被测电机1-1轴心、主轴2-11、转速扭矩传感器4轴心接近同一水平线；环境箱105设置所需参数，达到环境条件后，控制台控制伺服电机5-1带动被测电机转动进行测试；由于主轴2-11置于环境箱壁，扭矩传递极易受环境箱内过高或过低的温度影响，此外常温环境的主轴因转速过快也会引起温度上升；温度过高时，主轴冷却单元2-1由进水口2-12通入冷却液体经出水口2-13排出吸收主轴热量的液体减少温度上升引起的输出扭矩变化；温度过低时，主轴冷却单元通入冷却液对主轴进行保温以减少低温对扭矩的影响；转速扭矩传感器动态测量被测电机扭矩。

Claims (5)

1.一种电机扭矩测量装置，包括测试台,其特征在于，所述测试台包括伺服电机，伺服电机同轴连接有转速扭矩传感器，转速扭矩传感器同轴连接有减速机，减速机同轴安装有主轴，主轴与待测电机的电机轴连接；所述待测电机安装在电机定位机构上；

所述测试台底部设有滑轨装置，测试台可沿滑轨移动；

所述电机定位机构位于可进行测试环境切换的环境箱内；所述测试台还连接有控制器；

电机定位机构包括Y方向滑台，所述待测电机固定在Y方向滑台上，所述Y方向滑台上设有Y方向位移旋钮，通过转动Y方向位移旋钮使待测电机上下移动；所述Y方向滑台安装在X方向滑台上，X方向滑台上设有X方向位移旋钮；通过转动X方向位移旋钮使Y方向滑台左右移动；

所述X方向滑台和Y方向滑台的移动均通过步进电机驱动；

所述电机定位机构具有自调节功能，自调节过程为：被测电机安装固定于电机定位机构并置于所设起始位置，启动伺服电机，固定Y方向滑台，同时步进电机控制X方向滑台在X方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，X方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成X方向位置的调整；固定X方向滑台，同时步进电机控制Y方向滑台在Y方向可移动范围内产生微小位移并绘制被测电机扭矩曲线，绘制完成后，Y方向步进电机控制被测电机位移至该扭矩曲线最小值对应位置，完成Y方向位置的调整；被测电机扭矩受到偏心力矩影响，实际检测过程中该影响不能消除但可以减小，当被测电机轴心与主轴、扭矩传感器轴心处于同一水平线时其扭矩达到最小，即扭矩曲线处于最低点，测试时通过X、Y方向步进电机控制X、Y方向滑台使被测电机处于扭矩曲线最低点。

2.如权利要求1所述的一种电机扭矩测量装置，其特征在于：所述电机定位机构包括压板，压板通过锁紧杆和圆柱销将被测电机固定在Y方向滑台上。

3.如权利要求1所述的一种电机扭矩测量装置，其特征在于：所述主轴上外部设有主轴冷却单元，所述主轴冷却单元包括套在主轴外侧的主轴保护套，主轴保护套壁的内部设有液体通道，主轴保护套壁上设有进液口和出液口，所述主轴冷却单元还设有温度传感器，温度传感器与控制器连接。

4.如权利要求3所述的一种电机扭矩测量装置，其特征在于：所述主轴冷却单元在主轴温度较高时，通过水泵泵入冷却液；在主轴温度较底时，通过水泵泵入保温液。

5.如权利要求1所述的一种电机扭矩测量装置，其特征在于：转速扭矩传感器通过固定圈与伺服电机连接。

Images