CN113390546B - 一种基于力矩测定装置的测功机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于力矩测定装置的测功机，包括固定机构，定子，定子外壳，转子，端盖，轴承端盖，轴承，转速测定装置，力矩测定装置；固定机构包括底板，支撑座，安装座；端盖包括前端盖，后端盖；固定机构支撑其他结构，定子外壳固定在固定机构上，定子设置在定子外壳内部，转子通过轴承与支撑座，安装座连接；转速测定装置设置在转子转轴上，并通过连接件与后端盖相连，测定转速；力矩测定装置设置在安装座上，并与定子相连，测定力矩。本发明使用方便，自动化程度高，安全可靠。

Description

一种基于力矩测定装置的测功机

本申请是专利名称为一种测功机，申请号为2019109758559的分案申请

技术领域

本发明涉及测定功率技术领域，更具体的说，它涉及一种基于力矩测定装置的测功机。

背景技术

测功机可用于测试电机的扭矩，转速等，同时还可以用于对生产线，对电机产品的出厂进行检测，能够对电机从空载到堵转的全部性能曲线。在对电机进行空载、负载点的性能进行测试的同时，检测输入电压、电流、功率等状况；从而帮助生产研发人员更好的掌握电机的参数和使用状况，便于作出改进措施。常规的测功机(由负载机、旋转式转矩转速传感器及连轴器组成)通过传感器感知电机的扭矩，其精度取决于传感器本身的测量精度以及传感器前后连轴器的安装精度；此外，常规的测功机结构较为复杂，辅助的零部件过多，不易于安装维护；结构不紧凑，臃肿笨重。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种属于悬浮式结构的测功机，其设计合理，使用方便，数据准确。

本发明的技术方案如下：

一种测功机，属于悬浮式结构，包括固定机构，定子，定子外壳，转子，端盖，轴承端盖，轴承，转速测定装置，力矩测定装置；固定机构包括底板，支撑座，安装座；端盖包括前端盖，后端盖；固定机构支撑其他结构，定子外壳固定在固定机构上，定子设置在定子外壳内部，转子通过轴承与支撑座，安装座连接；转速测定装置设置在转子转轴上，并通过连接件与后端盖相连，测定转速；力矩测定装置设置在安装座上，并与定子相连，测定力矩。

进一步的，转速测定装置包括旋转编码器，光栅盘；旋转编码器上部为圆盘形，下部为连接柱；旋转编码器上部中心开有圆孔，转子转轴穿过该圆孔；光栅盘为圆盘形；光栅盘在边沿开有辐射状并且间隔布置的矩形孔，矩形孔以光栅盘圆心为中心均匀分布；光栅盘中心设置圆形凸台，凸台中心开有圆孔，转子转轴穿过该圆孔。

进一步的，力矩测定装置包括传感器，滚针轴承，受力轴；传感器为矩形，中间镂空，镂空的形状为矩形；传感器镂空处前后表面各覆盖一块矩形板；传感器左侧设置螺栓连接件；受力连接件中心镂空处设置滚针轴承，滚针轴承中间设置受力轴；受力轴一端设置在滚针轴承上，另一端穿过安装座对应位置处的圆孔，后端盖对应位置处圆孔后与定子相连。

进一步的，轴承包括第一深沟球轴承，第二深沟球轴承，第三深沟球轴承，第四深沟球轴承；固定机构还包括安装座盖板；支撑座上半部为半圆形，下半部为矩形，连接处圆滑过渡；支撑座上半部正面中心处凹陷，凹陷中心开有圆孔；支撑座底部左右两侧开有连接孔，通过螺栓与底板相连；支撑座上半部背面镂空，镂空形状为圆形；镂空处中心设置圆台，圆台中心开有圆孔；支撑座侧面开有通风口，通风口与支撑座背面的镂空处相连。

进一步的，前端盖为圆形，中心设置圆台，圆台中心开有圆孔，与转子转轴尺寸相适应；前端盖正面边沿设置第一环形挡板，并在前端盖沿着环形挡板内侧设置均匀分布的通风圆孔；在前端盖正面的圆台与第一环形挡板之间的中间位置设置第二环形挡板；第一环形挡板，第二环形挡板均为为阶梯状；前端盖背面在与第二环形挡板位置对应处设置第三环形挡板，第三环形挡板截面为矩形；第一深沟球轴承设置在支撑座与转子转轴之间，第二深沟球轴承设置在前端盖与转子转轴之间。

进一步的，定子外壳为圆柱形，内部镂空，定子设置在定子外壳内部；定子外壳设置均匀分布的通风圆孔，与前端盖边沿的通风圆孔一一对应；前端盖正面的第一环形挡板，第二环形挡板卡扣在支撑座的背面对应位置凹陷处，前端盖背面的第三环形挡板外沿卡扣在定子外壳的内边沿。

进一步的，定子整体为圆柱形，内部镂空；定子外表面的中部凸起，第三环形挡板内沿卡扣在定子内沿；定子外沿固定在定子外壳内边沿；转子为阶梯状圆柱体，包括主转轴，第一转轴，第二转轴，第三转轴，第四转轴，第五转轴，第六转轴；主转轴的直径最大，第一转轴的直径小于第二转轴直径，第一转轴，第二转轴设置在主转轴前方；第三转轴，第四转轴，第五转轴设置在主转轴后方，直径依次变小；第五转轴末端设置波浪形纹路；主转轴设置在定子内部；后端盖设置在转子后侧，中心设置圆孔；第三转轴通过第三深沟球轴承与后端盖中心的圆孔连接。

进一步的，后端盖整体为圆形，中心圆孔周围设置环形凸台，环形凸台上部设置四个半圆孔；后端盖前表面中部设置第四环形挡板，在第四环形挡板外侧设置六个肋板，肋板围绕后端盖圆心均匀分布，相邻两个肋板间距60度角；肋板上各开有一个连接圆孔；后端盖后表面在圆孔周围设置阶梯圆台。

进一步的，安装座设置在后端盖后侧，形状与支撑座相同，上部中心开有圆孔，并通过第四深沟球轴承与第四转轴相连接；第四深沟球轴承后侧设置轴承端盖，轴承端盖固定在安装座背部的镂空处；安装座背部右侧镂空，镂空的形状与力矩测定装置形状相适应；安装座背部左侧设置矩形孔，矩形孔内安装接线排；安装座背部在中心圆孔周围设置阶梯状圆环，固定轴承端盖；上部圆心处设置阶梯状圆台；安装座盖板设置在安装座后部。

本发明相比现有技术优点在于：

1.本发明结构合理，制造方便，结构紧凑，转动惯量小，振动及噪音低，便于推广使用。

2.本发明力矩测定装置，其受力点为轴圆面跟平面的接触，当定子在受力时保证测试的力臂变化量可以忽略不计，从而保证较高的转矩测量精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中

图1为本发明一种测功机整体结构三维图；

图2为本发明一种测功机轴向剖视图；

图3为本发明一种测功机径向剖视图；

图4为本发明一种测功机爆炸图；

图5为本发明一种测功机转速测定装置结构示意图；

图中标注：支撑座1，安装座2，定子外壳3，底板4，前端盖5，后端盖6，第一深沟球轴承7，第二深沟球轴承8，第三深沟球轴承9，第四深沟球轴承10，轴承端盖11，定子12，转子13，力矩测定装置14，转速测定装置15，安装座盖板16，编码器17，旋编固定件18，光栅盘19，受力连接件20，受力轴21，滚针轴承22，固定螺杆23，传感器24。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如附图1至附图5所示，一种测功机，包括固定机构，定子12，定子外壳3，转子13，端盖，轴承端盖11，轴承，转速测定装置15，力矩测定装置14。固定机构包括底板4，支撑座1，安装座2。端盖包括前端盖5，后端盖6。固定机构支撑其他结构，定子12外壳3固定在固定机构上，定子12设置在定子外壳3内部，转子13通过轴承与支撑座1，安装座2连接。转速测定装置15设置在转子13转轴上，并通过连接件与后端盖6相连，测定转速。力矩测定装置14设置在安装座2上，并与定子12相连，测定力矩。

作为优选的，转速测定装置15包括旋转编码器17，旋编固定件18，光栅盘19，光栅盘接头。光栅盘19包括旋转编码器17上部为圆盘形，下部为连接柱。旋转编码器17上部中心开有圆孔，转子13转轴穿过该圆孔。旋转编码器17固定在旋编固定件18上。旋编固定件18为环形结构，右下角开有缺口；旋编固定件18能加强旋转编码器17的连接强度，避免在测定过程中出现不稳现象，影响最后的结果测定。旋编固定件18与光栅盘接头相连，光栅盘接头为凹字形，包括接头前板，接头后板，接头底板4。接头前板两侧各设置一个带有圆孔的连接板；接头前板位于旋编固定件18右下角的缺口处。光栅盘接头的作用在于保护旋编固定件18，光栅盘19为圆盘形。光栅盘19在边沿开有辐射状并且间隔布置的矩形孔，矩形孔以光栅盘19圆心为中心均匀分布。矩形孔漏过光线，帮助旋转编码器17进行测定转速。光栅盘19中心设置圆形凸台，凸台中心开有圆孔，转子13转轴穿过该圆孔。光栅盘19右下角穿过接头前板，接头后板之间，位于接头底板4上方。在本发明的实施例中，光栅盘19直接与转子转轴连接，当转子转动时，带动光栅盘19转动，光栅盘19上的辐射状矩形孔会产生周期性运动，从而产生光度的变化，旋转编码器17接收到这种信号，根据光度的变化情况得到转轴的转速。相比起常规测功机上的转速测定装置，本发明的方案反应更迅速，同时受环境干扰程度低。

作为优选的，力矩测定装置14包括固定螺杆23，传感器24，受力连接件20，滚针轴承22，受力轴21。受力连接件20外形为矩形，中间镂空，镂空的形状为矩形。固定螺杆23包括上固定螺杆，下固定螺杆。受力连接件20与传感器24通过上固定螺杆相连，传感器24通过下固定螺杆与安装座2下部相连；传感器24为矩形，中间镂空，镂空的形状为矩形；传感器24镂空处前后表面各覆盖一块矩形板。传感器24左侧设置螺栓连接件；受力连接件20中心镂空处设置滚针轴承22，滚针轴承22中间设置受力轴21。在本实施例中，滚针轴承22与受力连接件20的接触面为圆面与平面的接触形式，而常规的测功机采用的是圆面与圆面的接触形式，圆面跟平面的接触可以保证受力点是上平面或下平面和圆切面接触位置，受力点位置固定，力臂长度保持不变，由此保证转矩的精度；常规上圆面和圆面的接触形式，在受力时，受限于圆面，轴承的加工精度，会导致圆面的任意点都可能为受力点，增大了测量误差。采用圆面与平面的接触形式，能最大程度保证力矩数值的准确度。根据公式T＝N*L

(T：力矩，N：力，L：力臂)可知，当力的大小和力臂的距离确定时，能计算得到力矩。在本实施例中，由于采用的是圆面与平面接触方式，力的大小容易确定，力臂长度保持不变，因此能得到精确地力矩数值。这样的结构保证了受力点至电机轴中心的距离的变化量为最小，也就是保证了力臂的变化量为最小，从而保证所测得的力正比于被测电机的扭矩(通过保证力的精度来保证扭矩的精度)。受力轴21一端设置在滚针轴承22上，另一端穿过安装座2对应位置处的圆孔，后端盖6对应位置处圆孔后与定子12相连。固定螺杆23通过螺栓与后端盖6紧密连接，从而提高了稳定性，避免出现在测定功率工作中由于震动导致测量不准的问题。受力轴21直接与定子12相连，减少了中间环节，提高对力矩的精确测定能力，保证得到的数据可靠准确。受力轴21与滚针轴承22，受力连接件20相连，改变了力矩的传递方向，使得传感器24能够以更紧凑的方式固定在安装座2上，节约了空间，同时也保证测定数据的准确度。

作为优选的，轴承包括第一深沟球轴承7，第二深沟球轴承8，第三深沟球轴承9，第四深沟球轴承10。固定机构还包括安装座2盖板。支撑座1上半部为半圆形，下半部为矩形，连接处圆滑过渡，从而减小应力。支撑座1上半部正面中心处凹陷，凹陷中心开有圆孔，转子13支撑座1底部左右两侧开有连接孔，通过螺栓与底板4相连。支撑座1上半部背面镂空，镂空形状为圆形；镂空处中心设置圆台，圆台中心开有圆孔。支撑座1侧面开有通风口，通风口与支撑座1背面的镂空处相连。通风口与外置风机相连。常规的测功装置集成了风机与电机本体，本发明中风机与电机本体分离，使用外置鼓风机的方式，从而保证测功机更加紧凑，同时避免了风机使用过程中产生震动导致最后测量不准的问题。此外，风机安装时容易导致对中不准的问题，影响最后的测量精度。前端盖5为圆形，中心设置圆台，圆台中心开有圆孔，与转子13转轴尺寸相适应。前端盖5正面边沿设置第一环形挡板，并在前端盖5沿着环形挡板内侧设置均匀分布的通风圆孔。在前端盖5正面的圆台与第一环形挡板之间的中间位置设置第二环形挡板；第一环形挡板，第二环形挡板均为阶梯状。前端盖5背面在与第二环形挡板位置对应处设置第三环形挡板，第三环形挡板截面为矩形。第一环形挡板，第二环形挡板，第三环形挡板帮助卡扣其他部件，提高整体的强度。第一深沟球轴承7设置在支撑座1与转子13转轴之间，第二深沟球轴承8设置在前端盖5与转子13转轴之间；定子12外壳3为圆柱形，内部镂空，定子12设置在定子12外壳3内部；定子12外壳3设置均匀分布的通风圆孔，与前端盖5边沿的通风圆孔一一对应；前端盖5正面的第一环形挡板，第二环形挡板卡扣在支撑座1的背面对应位置凹陷处，前端盖5背面的第三环形挡板外沿卡扣在定子外壳3的内边沿。定子12和前端盖5的通风圆孔位置一一对应，从而形成风道，与通风孔配合，保证设备内部的气流流动。在测功机工作时，外界的冷却风通过通风口进入风道，随着冷却风的流动，冷却风带动热风流动，同时冷却定子12和转子13及其他组件。

作为优选的，定子12整体为圆柱形，内部镂空。定子12外表面的中部凸起，第三环形挡板内沿卡扣在定子12内沿。定子12外沿固定在定子12外壳3内边沿；转子13为阶梯状圆柱体，包括主转轴，第一转轴，第二转轴，第三转轴，第四转轴，第五转轴，第六转轴；主转轴的直径最大，第一转轴的直径小于第二转轴直径，第一转轴，第二转轴设置在主转轴前方；第三转轴，第四转轴，第五转轴设置在主转轴后方，直径依次变小；第五转轴末端设置波浪形纹路，便于与转速测定装置15相连，提高测定的数据准确度。主转轴设置在定子12内部。后端盖6设置在转子13后侧，中心设置圆孔；第三转轴通过第三深沟球轴承9与后端盖6中心的圆孔连接；后端盖6整体为圆形，中心圆孔周围设置环形凸台，环形凸台上部设置四个半圆孔；后端盖6前表面中部设置第四环形挡板，在第四环形挡板外侧设置六个肋板，肋板围绕后端盖6圆心均匀分布，相邻两个肋板间距60度角；肋板上各开有一个连接圆孔。后端盖6后表面在圆孔周围设置阶梯圆台；安装座2设置在后端盖6后侧，形状与支撑座1相同，上部中心开有圆孔，并通过第四深沟球轴承10与第四转轴相连接；第四深沟球轴承10后侧设置轴承端盖11，轴承端盖11固定在安装座2背部的镂空处；安装座2背部右侧镂空，镂空的形状与力矩测定装置14形状相适应；安装座2背部左侧设置矩形孔，矩形孔内安装接线排；安装座2背部在中心圆孔周围设置阶梯状圆环，固定轴承端盖11；上部圆心处设置阶梯状圆台；安装座盖板16设置在安装座2后部。安装座盖板16包覆安装座2，避免外界的油污，粉尘进入。

本发明由异步伺服电机、编码器、拉压力传感器、信号处理电路以及机座等组成，采用电机定子悬浮结构，利用反作用力测取负载转矩。与常规的伺服电机测功装置相比，结构紧凑，被试电机和负载电机直接连接，中间连接传动部件少，无旋转式转矩转速传感器，连接损耗小、转动惯量小、振动噪音低，同时由于将旋转的转矩转化为静止的转矩来测量，极大地提高了测量精度。此外，这种利用外置专用的转矩传感器，精度要求高时，目前只能依靠进口传感器才能保证，价格极其昂贵，一般的价格在几万到十几万不等，订货货期也较长；而本发明悬浮式测功机测量装装置在达到同样精度的前提下，成本要低得多，精度能保证在0.2％以内。需要对发送机的扭矩和转速进行测量时，通过联轴器将电机的旋转轴与测功机转子相连接，开启电机后，此时电机的旋转轴旋转，测功机转子随同旋转。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于力矩测定装置的测功机，其特征在于：包括固定机构，定子，定子外壳，转子，端盖，轴承端盖，轴承，转速测定装置，力矩测定装置；固定机构包括底板，支撑座，安装座；端盖包括前端盖，后端盖；定子外壳固定在固定机构上，定子设置在定子外壳内部，转子通过轴承与支撑座，安装座连接；转速测定装置设置在转子转轴上，并通过连接件与后端盖相连，测定转速；力矩测定装置设置在安装座上，并与定子相连，测定力矩；

安装座设置在后端盖后侧，形状与支撑座相同，上部中心开有圆孔，并通过第四深沟球轴承与第四转轴相连接；第四深沟球轴承后侧设置轴承端盖，轴承端盖固定在安装座背部的镂空处；安装座背部右侧镂空，镂空的形状与力矩测定装置形状相适应；安装座背部左侧设置矩形孔，矩形孔内安装接线排；安装座背部在中心圆孔周围设置阶梯状圆环，固定轴承端盖；上部圆心处设置阶梯状圆台；安装座盖板设置在安装座后部；

力矩测定装置包括固定螺杆、传感器、受力连接件、滚针轴承、受力轴；受力连接件外形为矩形，中间镂空，镂空的形状为矩形；固定螺杆包括上固定螺杆、下固定螺杆，受力连接件与传感器通过上固定螺杆相连，传感器通过下固定螺杆与安装座下部相连；传感器为矩形，中间镂空，镂空的形状为矩形；传感器镂空处前后表面各覆盖一块矩形板；传感器左侧设置螺栓连接件；受力连接件中心镂空处设置滚针轴承，滚针轴承中间设置受力轴；

受力轴一端设置在滚针轴承上，另一端穿过安装座对应位置处的圆孔，后端盖对应位置处圆孔后与定子相连；

转速测定装置包括旋转编码器，光栅盘；旋转编码器上部为圆盘形，下部为连接柱；旋转编码器上部中心开有圆孔，转子转轴穿过该圆孔；光栅盘为圆盘形；光栅盘在边沿开有辐射状并且间隔布置的矩形孔，矩形孔以光栅盘圆心为中心均匀分布；光栅盘中心设置圆形凸台，凸台中心开有圆孔，转子转轴穿过该圆孔；

固定机构还包括安装座盖板；支撑座上半部为半圆形，下半部为矩形，连接处圆滑过渡；支撑座上半部正面中心处凹陷，凹陷中心开有圆孔；支撑座底部左右两侧开有连接孔，通过螺栓与底板相连；支撑座上半部背面镂空，镂空形状为圆形；镂空处中心设置圆台，圆台中心开有圆孔；支撑座侧面开有通风口，通风口与支撑座背面的镂空处相连；

前端盖为圆形，中心设置圆台，圆台中心开有圆孔，与转子转轴尺寸相适应；前端盖正面边沿设置第一环形挡板，并在前端盖沿着第一环形挡板内侧设置均匀分布的通风圆孔；在前端盖正面的圆台与第一环形挡板之间的中间位置设置第二环形挡板；第一环形挡板，第二环形挡板均为阶梯状；前端盖背面在与第二环形挡板位置对应处设置第三环形挡板，第三环形挡板截面为矩形；第一深沟球轴承设置在支撑座与转子转轴之间，第二深沟球轴承设置在前端盖与转子转轴之间；

定子外壳为圆柱形，内部镂空，定子设置在定子外壳内部；定子外壳设置均匀分布的通风圆孔，与前端盖边沿的通风圆孔一一对应；前端盖正面的第一环形挡板，第二环形挡板卡扣在支撑座的背面对应位置凹陷处，前端盖背面的第三环形挡板外沿卡扣在定子外壳的内边沿。

2.根据权利要求1所述一种基于力矩测定装置的测功机，其特征在于：定子整体为圆柱形，内部镂空；定子外表面的中部凸起，第三环形挡板内沿卡扣在定子内沿；定子外沿固定在定子外壳内边沿；转子为阶梯状圆柱体，包括主转轴，第一转轴，第二转轴，第三转轴，第四转轴，第五转轴，第六转轴；主转轴的直径最大，第一转轴的直径小于第二转轴直径，第一转轴，第二转轴设置在主转轴前方；第三转轴，第四转轴，第五转轴设置在主转轴后方，直径依次变小；第五转轴末端设置波浪形纹路；主转轴设置在定子内部；后端盖设置在转子后侧，中心设置圆孔；第三转轴通过第三深沟球轴承与后端盖中心的圆孔连接。

3.根据权利要求1所述一种基于力矩测定装置的测功机，其特征在于：后端盖整体为圆形，中心圆孔周围设置环形凸台，环形凸台上部设置四个半圆孔；后端盖前表面中部设置第四环形挡板，在第四环形挡板外侧设置六个肋板，肋板围绕后端盖圆心均匀分布，相邻两个肋板间距60度角；肋板上各开有一个连接圆孔；后端盖后表面在圆孔周围设置阶梯圆台。

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