CN112985669A - 一种电机直线旋转二自由度参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电机直线旋转二自由度测量装置，其包括机架、对需测电机施加轴向力的轴向驱动件、对需测电机施加周向力的周向驱动件、测量拉力和推力的力传感器及测量转速和力矩的扭矩传感器，所述轴向驱动件设置在机架上，所述力传感器连接于轴向驱动件，并能够沿需测电机轴线方向滑移，所述力传感器设置有用于连接需测电机的第一连接件，所述周向驱动件沿需测电机轴向方向滑移连接于机架，所述扭矩传感器设置于周向驱动件，所述扭矩传感器设置有连接需测电机的第二连接件。本申请具有能够同时测量需测电机直线运动及旋转运动的参数，便于充分认证电机的各项参数数据的效果。

Description

一种电机直线旋转二自由度参数测量装置

技术领域

本申请涉及电机测量设备的领域，尤其是涉及一种电机直线旋转二自由度参数测量装置。

背景技术

电机按照移动方式分类能够分为旋转电机、直线电机及两自由度直驱电机，其中旋转电机是我们日常生活中常常遇到的驱动轴会沿自身轴线转动的电机，直线电机则是将电能直接转换成直线运动的机械能的电机。两自由度直驱电机是一种无中间传动机构的新型电机，这种电机能够分别做直线运动、旋转运动以及两者合成的螺旋运动。它具有机械集成度高，电机结构材料和驱动控制系统元件利用率高等优点。无论是旋转电机、直线电机还是两自由度直驱电机都有位置固定的定子，以及位置不断移动的动子（在旋转电机中称为转子）。

目前，当电机的参数设计出来后，为了充分了解其性能，通常需要对电机参数进行测量。在相关技术中，测量需测电机时，会根据需测电机是直线电机还是旋转电机，而采用不同设备去测量。

针对上述中的相关技术，发明人认为需测电机是两自由度直驱电机时，虽然可以分别使用测量旋转电机的测量装置以及测量直线电机的测量装置，对两自由度直驱电机进行测量，但是不能同时对两自由度直驱电机的旋转及直线运动同时测量，导致无法充分验证各项电机参数数据。

发明内容

为了能够同时测量需测电机的直线运动参数以及旋转运动参数，本申请提供一种电机直线旋转二自由度测量装置。

本申请提供的一种一种电机直线旋转二自由度测量装置采用如下的技术方案：

一种电机直线旋转二自由度测量装置，包括机架、对需测电机施加轴向力的轴向驱动件、对需测电机施加周向力的周向驱动件、测量拉力和推力的力传感器及测量转速和力矩的扭矩传感器，所述轴向驱动件设置在机架上，所述力传感器连接于轴向驱动件，并能够沿需测电机轴线方向滑移，所述力传感器设置有用于连接需测电机的第一连接件，所述周向驱动件沿需测电机轴向方向滑移连接于机架，所述扭矩传感器设置于周向驱动件，所述扭矩传感器设置有连接需测电机的第二连接件。

通过采用上述技术方案，将需测电机放置在加急上，并将需测电机的动子两端分别连接于第一连接件及第二连接件，随后分别启动需测电机，需测电机的动子同时沿自身轴线转动及沿自身长度方向滑移，并带动周向驱动件移动；随后启动轴向驱动件及周向驱动件，并逐渐增加负载，然后通过力传感器传感器测量需测电机的拉力或者推力，扭矩传感器测量需测电机的转速及扭矩，从而能够同时测量需测电机直线运动及旋转运动的参数，便于充分认证电机的各项参数数据。

可选的，所述轴向驱动件上设置有第一固定件，所述第一连接件滑移连接于第一固定件，所述力传感器一端固定于第一固定件，另一端固定于第一连接件。

通过采用上述技术方案，轴向驱动件通过第一固定件将负载传递至力传感器上，在未安装力传感器时，第一连接件与第一固定件能够相对滑移，从而改变第一连接件与第一固定件的距离，在安装力传感器时，可以先增加第一连接件与第一固定件的间距，然后将力传感器一端固定于第一连接件上，然后再缩短第一连接件与第一固定件的间距，并使力传感器抵接于第一固定件上，然后再将力传感器与第一固定件固定，力传感器的安装更加简单方便。

可选的，所述轴向驱动件为直线电机，所述固定件设置在直线电机的动子上。

通过采用上述技术方案，直线电机能够将电能直接转换为直线机械能，并且能够无极增加负载，从而能够提升电机参数测量精度，而且不需要将旋转运动转换成直线运动，减少运动方向转换时产生的机械能损失，更节能环保。

可选的，所述机架靠近周向驱动件一端固定有保护周向驱动件的若干防撞条。

通过采用上述技术方案，在需测电机的动子移动超出行程时，防撞条能够减缓周向驱动件受到的冲击力，保护周向驱动件。

可选的，所述机架上设置有测量电机定子温度的测温机构，所述测温机构包括能够置于电机定子内测量探头、将测量探头的数据收集转换的转换器及将转换器数据收集并保存的控制箱，所述测量探头与转换器电连接，所述转换器与控制箱电连接。

通过采用上述技术方案，需测电机的定子产生热量传递至探头上，随后探头将信息传递至转换器，转换器按照预先设定的时间间隔获取探头的信息，并经过转换后传递至控制箱内，从而能够实时收集需测电机的定子温度信息，便于更全面测量了解电机参数。

可选的，所述第一连接件包括壳体、转动连接于壳体内腔的轴承及抵接于轴承的限位环，所述限位环转动连接于壳体内腔，所述限位环能够与电机固定，所述第一连接件与第二连接件结构相同。

通过采用上述技术方案，需测电机的动子一端插置于轴承及限位环内，随后限位环与需测电机的动子固定，并且限位环及轴承均转动连接于壳体内腔，所以在测量需测电机时，需测电机的动子能够稳定的转动及沿其长度方向运动。

可选的，所述第二连接件下端设置有第二固定件，所述第一固定件转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆穿设于第二固定件，且螺纹杆与第二固定件螺纹连接。

通过采用上述技术方案，转动螺纹杆能够调节第一固定件及第二固定件，并在转动完螺纹杆后，能够限定第一固定件与第二固定件的相对位置，从而可以更稳定的测量电机参数。

可选的，所述第一连接件包括壳体及转动连接于壳体的轴承，所述轴承能够与电机动子插接配合，所述第二连接件与第一连接件结构相同。

通过采用上述技术方案，安装需测电机时，将需测电机的动子一端直接插入轴承内，随后转动螺纹杆使第二连接件的轴承套设于电机的动子另一端，从而完成需测电机的安装，拆卸时只需要转动螺纹杆，使第一连接件与第二连接件间距增大，并直接将需测电机的动子从轴承拆下即可，需测电机的安装与拆卸简单方便。

可选的，所述第一连接件包括壳体、转动连接于壳体的转动环及对电机动子定位的若干定位杆，所述定位杆周向设置于转动环，并与转动环螺纹连接。

通过采用上述技术方案，在测量不同直径的电机时，转动定位杆能够调节定位杆靠近转动环轴线一端与转动环轴线的间距，从而若干定位杆能够对不同直径的需测电机的动子进行定位，不要要更换相适配的第一连接件或第二连接件，测量不同类型的电机更加方便简单。

可选的，所述壳体内腔设置有对电机动子的高度定位的横杆，所述横杆轴线与转动环轴线重合，所述横杆能够与电机动子插接配合。

通过采用上述技术方案，在安装需测电机的动子时，先使需测电机的动子套设于横杆上，从而对需测电机的动子高度进行定位，然后再转动定位杆，使若干定位杆抵接于需测电机的动子上，让其能够稳定的转动，提升安装需测电机的动子的位置精度，测量电机的参数更加精准。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.将需测电机的动子两端分别连接于第一连接件及第二连接件中，随后分别启动需测电机、轴向驱动件及周向驱动件，并逐渐增加周向驱动件及周向驱动件的负载，直至需测电机的动子直线运动与旋转运动停止，力传感器及扭矩传感器实时将上述过程的推力、拉力、转速及扭矩收集并记录，从而能够同时测量电机的直线运动参数及旋转运动参数。

2.通过直线电机直接将电能转换成直线机械能，并能够无极改变负载，而且不需要先将旋转的机械能转换成直线机械能，再作用于力传感器，能偶减少能量转换，便于节省能源消耗。

附图说明

图1是本申请实施例1用于展示整体结构的示意图；

图2是本申请实施例1用于展示图1中A的放大示意图；

图3是本申请实施例1用于展示第一连接件的示意图；

图4是本申请实施例2用于展示整体结构与需测电机连接示意图；

图5是本申请实施例2用于展示第一连接件的示意图；

图6是本申请实施例3用于展示第三连接件的示意图。

附图标记说明：0、测温机构；01、探头；02、转换器；03、控制箱；1、机架；11、防撞条；12、防撞块；2、直线电机；3、力矩电机；4、第一连接件；41、壳体；42、轴承；43、限位环；44、转动环；441、连接部；442、定位部；443、定位杆；444、橡胶垫；45、横杆；46、螺纹杆；5、第二连接件；6、力传感器；7、扭矩传感器、8、第一固定件；81、承台板；82、立板；9、第二固定件；91、底板；92、固定板。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种电机直线旋转二自由度测量装置，能够分别测量电机直线运动的参数、旋转运动的参数及直线运动与旋转运动同时进行的参数，无极改变负载，从而能够充分验证电机各项参数数据。

实施例1

参照图1，一种电机直线旋转二自由度测量装置包括机架1、轴向驱动件、周向驱动件、力传感器6及扭矩传感器7。轴向驱动件对需测电机的动子施加直线方向的力，且力的方向平行于需测量电机的轴线方向，并通过力传感器6连接轴向驱动件及需测电机的动子，从而能够测量需测电机直线运动的参数。周向驱动件对需测电机的动子施加周向力，并通过扭矩传感器7能够测量需测电机旋转运动的参数。

参照图1，在本较佳实施例中，轴线驱动件为直线电机2，直线电机2能够直接将电能转换为直线运动的机械能，从而达到无极改变负载，提升测量电机的精度，并且不需要先将电能转变成旋转运动再转变成直线运动，减少转换步骤，便于节约能源。直线电机2可以是型号为横川LMC186-100-S1，或者其他功率足够的直线电机2。

参照图1和图2，直线电机2的定子通过螺栓固定于机架1的上表面，直线电机2的动子上固定有第一固定件8，第一固定件8包括承台板81及立板82，承台板81通过螺栓固定于直线电机2的动子上，承台板81滑移连接于机架1，且滑移方向与直线电机2的定子长度的延伸方向平行。立板82呈竖直设置，立板82通过螺栓固定于承台板81上表面。力传感器6可以是型号为艾德堡推力传感器6HP-5K，或者其他能够测量推力及拉力的传感器。力传感器6一端通过螺栓可拆卸固定于立板82，另一端固定有第一连接件4，第一连接件4用于连接需测电机。

参照图3，第一连接件4包括壳体41、轴承42及限位环43，轴承42及限位环43均转动连接于壳体41内腔，且轴承42与限位环43的轴线重合，限位环43位于轴承42远离需测电机一侧，将需测电机的动子插置与轴承42及限位环43上，随后通过螺栓将限位环43固定于需测电机的动子上，从而能够限定限位环43与需测电机的动子的相对位置，并使需测电机的动子能够沿自身轴线转动。

参照图1，机架1上还滑移连接有第二固定件9，且滑移方向与直线电机2的定子长度延伸方向平行，第二固定件9位于需测电机远离力传感器6一端，第二固定件9包括底板91及固定板92，固定板92通过螺栓固定于底板91上表面。周向驱动件安装于固定板92靠近需测电机的侧壁，在本申请较佳实施例中，周向驱动件为力矩电机3，能够在低速甚至堵转时仍能够持续运转，不会在测量时影响力矩电机3的使用寿命，力矩电机3可以是型号为横川DMF264-080RE的力矩电机3或者其能功率足够的力矩电机3。

参照图1，扭矩传感器7安装于力矩电机3靠近需测电机一侧，扭矩传感器7下端通过螺栓固定于底板91上，扭矩传感器7可以是型号为TQ-665法兰式扭矩传感器7或者其他能够检测扭矩的扭矩传感器7。底板91上还通过螺栓固定有第二连接件5，第二连接件5结构与第一连接件4相同，第二连接件5位于需测电机与扭矩传感器7之间，第二连接件5一侧与需测电机的动子连接，另一侧通过法兰与扭矩传感器7连接，并且需测电机的动子转动时能够带动。

参照图1，在测量需测电机时，先将需测电机放置在机架1上，动子的两端分别于第一连接件4及第二连接件5连接，若需测电机为两自由度直驱电机，且需测电机的动子同时做转动运动及直线运动时，直线电机2及力矩电机3同时运作，直线电机2的负载不断增加，并抵消需测电机动子直线运动的负载，直至需测电机动子直线方向停止运动，在此期间每隔50ms通过力传感器6将推力、拉力的数据采集并保存。力矩电机3的力矩不断增加，并且转动方向与需测电机的动子转动方向相反，抵消需测电机动子旋转运动的负载，直至需测电机动子旋转方向停止运动，在此期间每隔50ms通过扭矩传感器7将扭矩、转速的数据采集并保存。从而能够同时采集需测电机旋转及直线运动的对应数据，并且能够无极改变负载，数据精准。

参照图1和图2，为了便于安装及拆卸力传感器6，第一连接件4的壳体41下端通过滑块滑轨的方式滑移连接于承台板81，从而在未安装力传感器6时，能够调节外壳与立板82之间的间距，为力传感器6提供安装空间。力传感器6先通过螺栓将一端安装于盖体上，再移动盖体使力传感器6抵接于立板82，随后再将力传感器6安装于立板82。

参照图1，为了进一步增加测量电机参数的全面性，机架1上还连接有测温机构0，测温机构0包括探头01、转换器02及控制箱03，在本申请较佳实施例中，探头01设置有16个并预埋在需测电机的定子内，转换器02与探头01电连接，控制箱03与转换器02电连接，探头01将需测电机定子内的温度进行测量，转换器02每隔100ms采集依次探头01的数据，并将数据传递至控制箱03内，并记录存储。控制箱03内还安装有显示屏，显示屏用于实时显示需测电机的定子温度。

参照图1，为了增加安全性，便于保护力矩电机3，机架1上还通过螺栓固定有防撞块12，防撞块12位于力矩电机3远离需测电机一侧。防撞块12靠近力矩电机3的侧壁通过螺栓固定有三个防撞条11，在本申请较佳实施例中，防撞条11的材质为橡胶材质，弹性形变能力强，能够对力矩电机3起到缓冲作用。

实施例2

参照图4，与实施例1不同的是，承台板81上转动连接有螺纹杆46，螺纹杆46的长度方向与直线电机2的定子长度方向平行，螺纹杆46远离承台板81一端穿设于底板91，并与底板91螺纹连接，通过转动螺纹杆46能够调节底板91与承台板81之间的距离。

参照图5，第一连接件4包括壳体41及轴承42，轴承42转动连接于壳体41，需测电机的动子与轴承42插接配合，第一连接件4与第二连接件5的结构相同。在更换不同类型的需测电机时，需测电机的动子长度不同，先转动螺纹杆46增加第一连接件4与第二连接件5的距离，随后将需测电机的动子一端直接插置于第一连接件4的轴承42上，随后再转动螺纹杆46使第二连接件5朝第一连接件4方向移动，并使第二连接件5的轴承42套设于需测电机的动子另一端。不需要使用螺栓将需测电子的动子固定在第一连接件4及第二连接件5上，需测电机安装及拆卸更加简单方便。

实施例3

参照图6，与实施例2不同的是，第一连接件4包括壳体41及转动环44，转动环44转动连接于壳体41，转动环44包括相互一体成型的连接部441及定位部442，连接部441置于壳体41内腔，定位部442置于壳体41外。定位部442的侧壁周向穿设有四根定位杆443，定位杆443一端置于定位部442内腔，定位杆443与定位部442螺纹连接，定位杆443置于定位部442内腔的一端固定有橡胶垫444。通过转动定位杆443能够调节橡胶垫444与定位部442轴线的距离，并通过橡胶垫444抵接于需测电机的动子上，从而能够对不同直径的需测电机的动子位置限定，在检测不同类型需测电机时，不需要更换对应的第一连接件4及第二连接件5，更方便快捷。并且在螺纹杆46的作用下，第一连接件4与第二连接件5之间位置保持固定，从而在测量需测电机时，能够保持需测电机的动子与第一连接件4及第二连接件5的连接稳定。

参照图6，为了便于将需测电机的动子安装在第一连接件4上，第一连接件4的壳体41内腔通过螺栓固定有横杆45，横杆45的长度方向呈水平设置，横杆45的长度方向与转动环44的轴线方向重合，在将需测电机的动子安装于第一连接件4上时，先将需测电机的动子上预设的槽口套设于横杆45上，使需测电机的动子轴线与转动环44轴线重合。再通过转动定位杆443，使橡胶垫444抵接于需测电机的动子上，便于提升需测电机的安装位置精度，以及便于安装需测电机。

本申请实施例一种电机直线旋转二自由度测量装置的实施原理为：将需测电机放置于机架1上，随后将需测电机的动子两端分别连接于第一连接件4及第二连接件5。随后启动需测电机，使需测电机的动子开始同时直线移动及旋转运动，然后启动直线电机2及力矩电机3，并分别逐渐增加直线电机2及力矩电机3的负载，而且每隔50ms分别获取一次力传感器6及扭矩传感器7的数值记录并保存，直至需测电机的动子直线运动及旋转运动均被直线电机2及力矩电机3限制后，完成测量。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：包括机架(1)、对需测电机施加轴向力的轴向驱动件、对需测电机施加周向力的周向驱动件、测量拉力和推力的力传感器(6)及测量转速和力矩的扭矩传感器(7)，所述轴向驱动件设置在机架(1)上，所述力传感器(6)连接于轴向驱动件，并能够沿需测电机轴线方向滑移，所述力传感器(6)设置有用于连接需测电机的第一连接件(4)，所述周向驱动件沿需测电机轴向方向滑移连接于机架(1)，所述扭矩传感器(7)设置于周向驱动件，所述扭矩传感器(7)设置有连接需测电机的第二连接件(5)。

2.根据权利要求1所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述轴向驱动件上设置有第一固定件(8)，所述第一连接件(4)滑移连接于第一固定件(8)，所述力传感器(6)一端固定于第一固定件(8)，另一端固定于第一连接件(4)。

3.根据权利要求2所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述轴向驱动件为直线电机(2)，所述固定件设置在直线电机(2)的动子上。

4.根据权利要求1所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述机架(1)靠近周向驱动件一端固定有保护周向驱动件的若干防撞条(11)。

5.根据权利要求1所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述机架(1)上设置有测量电机定子温度的测温机构(0)，所述测温机构(0)包括能够置于电机定子内测量探头(01)、将测量探头(01)的数据收集转换的转换器(02)及将转换器(02)数据收集并保存的控制箱(03)，所述测量探头(01)与转换器(02)电连接，所述转换器(02)与控制箱(03)电连接。

6.根据权利要求1所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述第一连接件(4)包括壳体(41)、转动连接于壳体(41)内腔的轴承(42)及抵接于轴承(42)的限位环(43)，所述限位环(43)转动连接于壳体(41)内腔，所述限位环(43)能够与电机固定，所述第一连接件(4)与第二连接件(5)结构相同。

7.根据权利要求2所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：可选的，所述第二连接件(5)下端设置有第二固定件(9)，所述第一固定件(8)转动连接有螺纹杆(46)，所述螺纹杆(46)穿设于第二固定件(9)，且螺纹杆(46)与第二固定件(9)螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述第一连接件(4)包括壳体(41)及转动连接于壳体(41)的轴承(42)，所述轴承(42)能够与电机动子插接配合，所述第二连接件(5)与第一连接件(4)结构相同。

9.根据权利要求7所述的一种电机直线旋转二自由度测量装置，其特征在于：所述第一连接件(4)包括壳体(41)、转动连接于壳体(41)的转动环(44)及对电机动子定位的若干定位杆(443)，所述定位杆(443)周向设置于转动环(44)，并与转动环(44)螺纹连接。

10.根据权利要求9所述的一种电机直线旋转二自由度检测装置，其特征在于：所述壳体(41)内腔设置有对电机动子的高度定位的横杆(45)，所述横杆(45)轴线与转动环(44)轴线重合，所述横杆(45)能够与电机动子插接配合。

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