CN114295404B - 一种直线电机性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及性能测试技术领域，具体涉及一种直线电机性能测试方法。所述测试方法具体包括：将直线电机三相U/V/W分别接入示波器的三个信号输入口，控制旋转伺服轴运动，拖动直线电机速度匀速运行，获得直线电机反动电势波形图，计算获得线峰峰值反电动势常数和推力常数；在扭矩模式下，采用力传感器堵住直线电机运动方向，在不同电流状态下测定对应的堵转力，获得力常数、额定推力和峰值推力；采用激光干涉仪测定直线电机空载情况下，全行程内每段的定位精度和重复定位精度值；采用激光干涉仪测定直线电机不同状态下的位置波动以及速度波动。

Description

一种直线电机性能测试方法

技术领域

本发明涉及性能测试技术领域，具体涉及一种直线电机性能测试方法。

背景技术

直线电机是一种从旋转运动到直线运动的变换装置，能将电能直接转换成直线机械能的电力传动装置，在机械领域应用广泛。

对于直线电机性能的测试，现有技术中，主要通过上位机对下位机的控制完成电机的不同性能参数的测试，其包括输出扭矩、输出转速、电压、电流、功率、效率、温度、电枢绕组等性能，从而判断产品的品质；还有通过测试电机的推力、速度和输出功率以及输入特性电压、电流或温升等参数，基于上述测试，无法全面的获得直线电机的性能，无法实现不同类型直线电机的正确使用。直线电机性能测试实验，是研发和生产直线电机的一个重要环节，每新研发一款直线电机，在样机试制完成后，都需要对它进行性能测试实验，以便验证直线电机的理论设计与实际制造之间有没有偏差，从而检测电机生产制造工艺合理性，也能检测被测电机是否能满足它使用工况要求。

发明内容

针对上述技术问题，本申请通过反电动势波形检测、堵转测试、空载实验和推力波动实验，采用不同的测试装置，进行相关性能参数的测定，实现直线电机性能测试。

针对上述目的，本发明实施例提供了一种直线电机性能测试方法，所述测试方法具体包括：

S1:将直线电机三相U/V/W分别接入示波器的三个信号输入口，控制旋转伺服轴运动，拖动直线电机速度匀速运行，获得直线电机反动电势波形图，计算获得线峰峰值反电动势常数和推力常数；

S2:在扭矩模式下，采用力传感器堵住直线电机运动方向，在不同电流状态下测定对应的堵转力，获得力常数、额定推力和峰值推力；

S3:采用激光干涉仪测定直线电机空载情况下，全行程内每段的定位精度和重复定位精度值；

S4:采用激光干涉仪测定直线电机不同状态下的位置波动以及速度波动。

进一步的，所述获得直线电机反动电势波形图的测试装置包括第一直线电机、示波器、丝杆、力传感器、第一滑台、第一底座、第一磁板和辅助电机；

所述示波器与力传感器电学连接，用于读取数据；

所述第一磁板设置在第一底座上，两侧设置有凸起与所述第一滑台相配合，使得第一滑台能够在第一磁板上滑动；第一滑台上固定连接有力传感器，所述力传感器内套设有丝杆，丝杆的一端连接辅助电机，所述第一直线电机固定设置在第一滑台的下方。

进一步的，所述步骤S1中拖动直线电机速度匀速运行的运行速率为10m/min。

进一步的，所述步骤S1中计算线峰峰值反电动势常数和推力常数的公式具体为：

线峰峰值反电势常数：

推力常数：

其中，Vpp：示波器所测相电压峰峰值，单位V；T：示波器所测周期，单位s；2τ：极距，单位m；τ：NS的中心距离。

进一步的，所述步骤S2过程的测试装置包括第二直线电机、测力传感器、第二滑台、第二磁板、第二底座、第一限位台和数据采集器；

所述第二磁板设置在在第二底座上，两侧设置有凸起与所述第二滑台相配合，使得第二滑台能够在第二磁板上滑动；

所述第二磁板的两端设置有第一限位台，所述第二直线电机固定设置在第二滑台下方，并与测力传感器轴连接；

所述数据采集器与测力传感器电学连接。

进一步的，所述步骤2中电流的取值范围为：5-90A。

进一步的，所述步骤S3和S4过程的测试装置包括激光干涉仪、干涉镜、反射镜、第三滑台、第三磁板、第三底座、第二限位台、光栅尺、补偿器、空气温度传感器、材料温度传感器和第三直线电机；

所述第三磁板设置在第三底座上，第三磁板两侧设置有凸起与所述第三滑台相配合，使得第三滑台能够在第三磁板上滑动；

所述第三磁板的两端设置有第二限位台，所述第三直线电机固定设置在第三滑台的下方；所述第三滑台的上方设置有反射镜，所述干涉镜设置在一端的第二限位台上；

所述激光干涉仪与所述干涉镜、反射镜同一直线设置；所述光栅尺固定设置在第三滑台的侧面；

所述空气温度传感器、材料温度传感器和补偿器设置第三底座侧面，且所述空气温度传感器、材料温度传感器与补偿器电连接。

进一步的，所述步骤S3测试过程中运行速率为5000mm/min。

进一步的，所述步骤S4中测定直线电机不同状态下的位置波动以及速度波动具体包括：

将直线电机不运动且上使能的状态下，检测电机的位置波动；

将直线电机在不同速度下运行，采用激光干涉仪测定检测速度波动。

进一步的，所述不同速度的取值范围为3-100mm/s。

有益效果：

本发明通过反电动势波形检测准确的获取线峰峰值反电动势常数和推力常数，通过堵转测试在不同电流值下测定电机的堵转力，获得机的额定推力、峰值推力，并获得力常数，精准判断电机实际出力与理论设计推力的偏差量，正常情况下实验测量值与理论设计值偏差在±5％以内；采用激光干涉仪通过空载实验测定电机控制轴的定位精度和重复定位精度，重复定位精度是反馈被测电机本身品质的一个固有特性，它能体现电机电磁设计及结构设计的合理性；利用激光干涉仪测定电机不同状态下的位置波动和速度波动，反馈被测电机运动过程平稳性，此实验既能反馈出电机生产制造工艺合理性，也能反馈被测电机是否能满足它使用工况要求；通过以上直线电机测试实验，不断优化和调整直线电机的电磁设计、结构设计和工艺设计，研究和生产出性价比更加优良的直线电机。

附图说明

图1为本发明实施例提供的反电动势波形检测装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的堵转测试装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的空载测试和推力波动实验装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的空载测试获得的位置精度及重复定位精度曲线图；

图5为直线电机的静态位置波动图；

图6为直线电机的在速度度为3mm/s的速度波动图；

图7为直线电机的在速度度为10mm/s的速度波动图；

图8为直线电机的在速度度为100mm/s的速度波动图.

附图标记说明：

1-1、第一底座；1-2、第一磁板；1-3、丝杆；1-4、力传感器；1-5、第一滑台；1-6、辅助电机；1-7、示波器；

2-1、第二底座；2-2、2-8、第一限位台；2-3、第二磁板；2-4、第二滑台；2-5、数据采集器；2-6、第二直线电机；2-7、测力传感器；

3-1、第三底座；3-2、3-8、第二限位台；3-3、第三磁板；3-4、第三滑台；3-5、反射镜；3-6、干涉镜；3-7、激光干涉仪；3-9、材料温度传感器；3-10、空气温度传感器；3-11、补偿器；3-12；光栅尺。

具体实施方式

为了更加清楚阐述本发明的技术内容，在此结合具体实施例和附图予以详细说明，显然，所列举的实施例只是本技术方案的优选实施方案，本领域的技术人员可以根据所公开的技术内容显而易见地得出的其他技术方案仍属于本发明的保护范围。

在本发明实施例中，将直线电机进行下述四个测试：反电动势波形检测、堵转测试、空载测试和推力波测试。

按照附图1组装反电动势波形测试装置进行测试装置的组装，具体包括第一直线电机、示波器1-7、丝杆1-3、力传感器1-4、第一滑台1-5、第一底座1-1、第一磁1-2板和辅助电机1-6；所述示波器1-7与力传感器1-4电学连接，用于读取数据；所述第一磁板1-2固定设置在第一底座1-1上，两侧设置有凸起与所述第一滑台1-5相配合，使得第一滑台1-5能够在第一磁板1-2上滑动；第一滑台1-5上固定连接有力传感器1-4，所述力传感器1-4内套设有丝杆1-3，丝杆1-3的一端连接辅助电机1-6，所述第一直线电机固定设置在第一滑台1-5的下方。

在本发明实施例中，反电动势波形检测过程中，将直线电机三相U/V/W分别接入示波器的三个信号输入口，采用华中控制系统控制旋转伺服轴运动，并打开示波器，拖动直线电机以10m/min速度匀速运行，示波器采集波形图，即为反电动势波形。从所述反电动势波形中提取相电压峰峰值，示波器所测周期、极距和NS的中心距离，按照公式(1)和(2)计算线峰峰值反电势常数和推力常数。

其中，Vpp：示波器所测相电压峰峰值，单位V；T：示波器所测周期，单位s；2τ：极距，单位m；τ：NS的中心距离。

按照附图2组装堵转实验装置，所述堵转实验装置具体包括第二直线电机2-6、测力传感器2-7、第二滑台2-4、第二磁板2-3、第一限位台2-2、2-8和数据采集器2-5；所述第二磁板2-3设置在在第二底座2-1上，两侧设置有凸起与所述第二滑台2-4相配合，使得第二滑台2-4能够在第二磁板2-3上滑动；所述第二磁板2-3的两端设置有第一限位台2-2、2-8，所述第二直线电机2-6固定设置在第二滑台2-4下方，并与测力传感器2-7轴连接；所述数据采集器2-5与测力传感器2-7电学连接。

在本发明实施例中，堵转测试在华中控制系统进行控制，在扭矩模式下，采用测力传感器堵住直线电机运动方向，给定不同电流实时检测出不同电流值时电机的堵转力，以直线电机型号EPX1404N181进行堵转实验为例，测试数据如表1所示。其额定推力为5333-5377.6N，峰值推力为8819.9-8918N，力常数为130.7-131.8N/A。

表1堵转测试实验数据

按照图3对空载实验和推力波动实验装置进行组装，该测试装置包括激光干涉仪3-7、干涉镜3-6、反射镜3-5、第三滑台3-4、第三磁板3-2、第三底座3-1、第二限位台3-2、3-8、光栅尺3-12、补偿器3-11、空气温度传感器3-10、材料温度传感器3-9和第三直线电机；所述第三磁板3-2设置在第三底座3-1上，第三磁板3-2两侧设置有凸起与所述第三滑台3-4相配合，使得第三滑台3-4能够在第三磁板3-2上滑动；所述第三磁板3-2的两端设置有第二限位台3-2、3-8，所述第三直线电机固定设置在第三滑台3-4的下方；所述第三滑台3-4的上方设置有反射镜3-5，所述干涉镜3-6设置在一端的第二限位台3-8上；所述激光干涉仪3-7与所述干涉镜3-6、反射镜3-8同一直线设置；所述光栅尺3-12固定设置在第三滑台3-4的侧面；所述空气温度传感器、材料温度传感器和补偿器设置第三底座侧面，且所述空气温度传感器3-10、材料温度传感器3-9与补偿器3-11电连接。

在本发明实施例中，空载测试在华中控制系统进行控制，运行检测程序，检测直线电机全行程内每段的定位精度和重复定位精度值，运行速度：5000mm/min，以电机型号为：EPX1404N181为例，其位置精度及重复定位精度曲线图，具体详见图4。可以得出定位精度为2.407μm，重复定位精度为0.963μm。

在本发明实施例中，推力波动测试采用高创驱动器测试系统进行测试，具体包括：1、静态位置波动检测，是在电机不运动且上使能的状态下，检测电机的位置波动；2、低速运行速度波动，给定电极一定的运行速度(确保激光干涉仪能捕捉3s以上匀速段)，激光干涉仪所检测的速度波动。以直线电机型号为：EPX1404N181，测定静态位置波动图，以及在速度为3mm/s、10mm/s和100mm/s的速度波动图，具体详见附图5-8，由上述各图可以得出检测结果如表2所示。

表2推力波测试测试结果

测试项目	结果	单位
			静态位置波动	0.262	μm
3mm/S速度波动	24.9	％
			10mm/S速度波动	6.98	％
100mm/S速度波动	0.4	％

以上所述实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种直线电机性能测试方法，其特征在于，所述测试方法具体包括：

S1:将直线电机三相U/V/W分别接入示波器的三个信号输入口，控制旋转伺服轴运动，拖动直线电机以10m/min的速度匀速运行，获得直线电机反动电势波形图，计算获得线峰峰值反电动势常数和推力常数；

线峰峰值反电动势常数和推力常数的公式具体为：

线峰峰值反电势常数：

推力常数：

其中，Vpp：示波器所测相电压峰峰值，单位V；T：示波器所测周期，单位s；2τ：极距，单位m；τ：NS的中心距离；S2:在扭矩模式下，采用力传感器堵住直线电机运动方向，在不同电流状态下测定对应的堵转力，电流的取值范围为：5-90A，获得力常数、额定推力和峰值推力；

S3:采用激光干涉仪测定直线电机空载情况下，全行程内每段的定位精度和重复定位精度值；

S4:采用激光干涉仪测定直线电机不同状态下的位置波动以及速度波动；步骤S4中测定直线电机不同状态下的位置波动以及速度波动具体包括：

将直线电机不运动且上使能的状态下，检测电机的位置波动；

将直线电机在不同速度下运行，采用激光干涉仪测定检测速度波动；

所述不同速度的取值范围为3-100mm/s。

2.根据权利要求1所述的直线电机性能测试方法，其特征在于，所述获得直线电机反动电势波形图的测试装置包括第一直线电机、示波器、丝杆、力传感器、第一滑台、第一底座、第一磁板和辅助电机；

所述示波器与力传感器电学连接，用于读取数据；

所述第一磁板设置在第一底座上，两侧设置有凸起与所述第一滑台相配合，使得第一滑台能够在第一磁板上滑动；第一滑台上固定连接有力传感器，所述力传感器内套设有丝杆，丝杆的一端连接辅助电机，所述第一直线电机固定设置在第一滑台的下方。

3.根据权利要求1所述的直线电机性能测试方法，其特征在于，所述步骤S2过程的测试装置包括第二直线电机、测力传感器、第二滑台、第二磁板、第二底座、第一限位台和数据采集器；

所述第二磁板设置在在第二底座上，两侧设置有凸起与所述第二滑台相配合，使得第二滑台能够在第二磁板上滑动；

所述第二磁板的两端设置有第一限位台，所述第二直线电机固定设置在第二滑台下方，并与测力传感器轴连接；

所述数据采集器与测力传感器电学连接。

4.根据权利要求1所述的直线电机性能测试方法，其特征在于，所述步骤S3和S4过程的测试装置包括激光干涉仪、干涉镜、反射镜、第三滑台、第三磁板、第三底座、第二限位台、光栅尺、补偿器、空气温度传感器、材料温度传感器和第三直线电机；

所述第三磁板设置在第三底座上，第三磁板两侧设置有凸起与所述第三滑台相配合，使得第三滑台能够在第三磁板上滑动；

所述第三磁板的两端设置有第二限位台，所述第三直线电机固定设置在第三滑台的下方；所述第三滑台的上方设置有反射镜，所述干涉镜设置在一端的第二限位台上；

所述激光干涉仪与所述干涉镜、反射镜同一直线设置；所述光栅尺固定设置在第三滑台的侧面；

所述空气温度传感器、材料温度传感器和补偿器设置第三底座侧面，且所述空气温度传感器、材料温度传感器与补偿器电连接。

5.根据权利要求1所述的直线电机性能测试方法，其特征在于，所述步骤S3测试过程中运行速率为5000mm/min。