CN115754710A - 共轴电机测试机构及无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种共轴电机测试机构及无刷电机，包括上电机测试平台及与上电机测试平台构成上下测试结构的下电机测试平台；上电机测试平台包括电机固定机架及设置于电机固定机架上的拉力扭矩测试装置；拉力扭矩测试装置包括底板、扭矩测试组件、顶板、拉力测试组件及电机连接件，底板设置于电机固定机架上，扭矩测试组件设置于底板和顶板之间，拉力测试组件设置于顶板上，电机连接件设置于拉力测试组件上，电机连接件用安装待测试电机。本发明通过设置上电机测试平台、下电机测试平台，两者互不干涉，互为独立结构，可以测量电机在垂直运行时受到的拉力和扭矩，拉力扭矩测量装置保护测量扭矩时只受单一的扭矩，并保护了扭矩传感器不受损伤。

Description

共轴电机测试机构及无刷电机

技术领域

本发明涉及电机机测试装置领域，特别是涉及一种共轴电机测试机构及无刷电机。

背景技术

随着经济的发展，在电子技术方向不断的研究和开发，螺旋桨无人机得以广泛应用。电机和螺旋桨是无人机的动力系统，电机带动螺旋桨的旋转，从而为无人机的上升提供动力，其性能直接决定了无人机的飞行安全和飞行效率。因此，我们需要对电机螺旋桨进行包括：升力、转速、功率、力效、扭矩等性能测试，得出数据进行分析，不断完善电机螺旋桨的性能。

然而，现有的无人机共轴电机测试机构包含了两个动力系统，其中共轴测试包括背靠背、面对面或偏置测试等结构，但是这些均为左右结构。并且当前的拉力传感器和扭矩传感器属于硬连接，在共轴电机的动力系统运行过程中，桨叶转动同时产生拉力和扭矩，扭矩传感器在拉力的作用下容易损坏，造成无人机无法进行使用，使得可靠性变差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种共轴电机测试机构及无刷电机，通过设置上电机测试平台、下电机测试平台，两者互不干涉，互为独立结构，同时还可以测量电机在垂直运行时受到的拉力和扭矩，拉力扭矩测量装置保护测量扭矩时只受单一的扭矩，并保护了扭矩传感器不受损伤，减小了测试成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种共轴电机测试机构，包括：上电机测试平台及与所述上电机测试平台构成上下测试结构的下电机测试平台；

所述上电机测试平台包括电机固定机架及设置于所述电机固定机架上的拉力扭矩测试装置；

所述拉力扭矩测试装置包括底板、扭矩测试组件、顶板、拉力测试组件及电机连接件，所述底板设置于所述电机固定机架上，所述扭矩测试组件设置于所述底板和所述顶板之间，所述拉力测试组件设置于所述顶板上，所述电机连接件设置于所述拉力测试组件上，所述电机连接件用安装待测试电机。

在其中一个实施例中，所述扭矩测试组件包括扭矩传感器连接件、扭矩传感器、扭矩传感器连接轴及轴承连接件，所述扭矩传感器连接件设置于所述底板上，所述扭矩传感器安装于所述扭矩传感器连接件上，所述扭矩传感器连接轴设置于所述扭矩传感器上，所述轴承连接件与所述扭矩传感器连接轴连接。

在其中一个实施例中，所述拉力扭矩测试装置还包括支撑圆柱、所述支撑圆柱设置于所述底板和所述顶板之间。

在其中一个实施例中，所述支撑圆柱设置有四根，四根所述支撑圆柱分别间隔设置于所述底板上。

在其中一个实施例中，所述支撑圆柱与所述底板、所述顶板分别通过M12螺钉固定。

在其中一个实施例中，所述拉力扭矩测试装置还包括传感器转换件，所述传感器转换件设置于所述拉力测试组件上，所述电机连接件设置于所述传感器转换件上。

在其中一个实施例中，所述底板与所述扭矩传感器连接件通过M8螺钉固定。

在其中一个实施例中，所述扭矩传感器连接轴与所述扭矩传感器通过M4螺钉固定配合。

在其中一个实施例中，所述电机连接件上开设有U型槽，所述U型槽用于安装待测试电机

在其中一个实施例中，所述扭矩传感器连接件通过M4螺钉与所述扭矩传感器的外部螺纹孔连接。

本发明还提供一种无刷电机，由以上任一所述的共轴电机测试机构进行测试。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

1、本发明为一种共轴电机测试机构及无刷电机，通过设置上下电机测试平台，即可以在上下两个测试平台上分别安装电机，并且安装测量传感器，使得可以实时测量电机运行时的数据。通过设置上电机测试平台、下电机测试平台，两者互不干涉，互为独立结构，同时还可以测量电机在垂直运行时受到的拉力和扭矩，拉力扭矩测量装置保护测量扭矩时只受单一的扭矩，并保护了扭矩传感器不受损伤，减小了测试成本，保证无人机可以正常使用，提高了产品的可靠性。

2、本发明的共轴电机测试机构及无刷电机，可以实现竖直方向对共轴电机进行测试，模拟共轴电机飞行时的实时情况，得到对共轴电机和共轴螺旋桨的推力、扭矩、转速、电流、电压、温度、空速、螺旋桨效率和电机效率的测量。本发明的测试结构由左右对冲改为上下对冲，较好模拟了共轴电机的运行情况，测量数据更加真实可靠，同时减小了测试成本，节约了测试资源。并且本发明的电机连接件采用U型槽设计，可以适配不同的电机进行测试。

附图说明

图1为本发明一实施方式的共轴电机测试机构的结构示意图；

图2为本发明另一实施方式的共轴电机测试机构的结构示意图；

图3为图1所示的拉力扭矩测试装置的结构示意图；

图4为图3所示的一实施方式的拉力扭矩测试装置的结构示意图；

图5为图3所示的另一实施方式的拉力扭矩测试装置的结构示意图；

图6为本发明的扭矩传感器连接轴与所述拉力传感器连接轴配合的结构示意图一；

图7为本发明的扭矩传感器连接轴与所述拉力传感器连接轴配合的结构示意图二；

图8为本发明一实施方式的电机固定机架的结构示意图；

图9为本发明一实施方式的下电机测试平台的结构示意图；

图10为本发明另一实施方式的下电机测试平台的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

随着无人机动力市场的不断发展，出现了多旋翼共轴无人机，各种各样的共轴结构层出不穷。与传统的多旋翼无人机架构相比，共轴式多旋翼无人机具有结构紧凑、上下旋翼反转扭矩相消和良好的操控性等优势，同时可以为整机提供更大的动力，尤其在直升机领域，共轴双旋翼的设计受到了越来越多军工设计领域与民用领域人士的重视，在无人整机整体平衡设计上无需尾桨来平衡主旋翼的扭矩，即可在空中保持悬停，因此具有更高的悬停效率。据卡莫夫设计局的研究资料，通常共轴双旋翼直升机的悬停效率要比单旋翼带尾桨的直升机高出17％-30％。

然而，同样是由于共轴双旋翼的翼间布局紧凑的原因，下旋翼大部分区域处于上旋翼的下洗流和尾迹涡干扰中，在上下旋翼之间存在非对称干扰，造成流场内部的气动干扰更加复杂。为了充分发挥共轴双旋翼的动力性能，减少不必要的功率损耗，因此对共轴双旋翼无人机的动力测试显得尤为关键。当前缺陷是拉力传感器和扭矩传感器属于硬连接，在共轴系统运行过程中，桨叶转动同时产生拉力和扭矩，扭矩传感器在拉力的作用下容易损坏。现有测试台的两个动力系统共轴测试有以下几种结构形式：背靠背、面对面、或偏置测试，全部为左右结构。

请参阅图1，一种共轴电机测试机构，包括：上电机测试平台100及与所述上电机测试平台100构成上下测试结构的下电机测试平台200；需要说明的是，所述上电机测试平台100用于固定位于上面的电机，所述下电机测试平台200用于固定位于下部的电机，从而可以实现垂直方向的测量，即上下两个电机在同一直线上，可以实现垂直方向的数据测量。

请参阅图2，所述上电机测试平台100包括电机固定机架110及设置于所述电机固定机架110上的拉力扭矩测试装置120；需要说明的是，所述电机固定机架110用于固定拉力扭矩测试装置120，所述拉力扭矩测试装置120用于实现对电机的固定，并且实现对电机测试。

请参阅图3，所述拉力扭矩测试装置120包括底板121、扭矩测试组件122、顶板123、拉力测试组件124及电机连接件125，所述底板设置于所述电机固定机架上，所述扭矩测试组件设置于所述底板和所述顶板之间，所述拉力测试组件设置于所述顶板上，所述电机连接件设置于所述拉力测试组件上，所述电机连接件用安装待测试电机。需要说明的是，所述底板121用于将拉力扭矩测试装置120固定于电机固定机架110上，所述扭矩测试组件122用于实现对电机的扭矩进行测试，所述顶板123用于固定拉力测试组件124；所述拉力测试组件124用于实现对电机的拉力进行测试；所述电机连接件125用于对电机进行安装。

如此，通过设置上下电机测试平台，即可以在上下两个测试平台上分别安装电机，并且安装测量传感器，使得可以实时测量电机运行时的数据。通过设置上电机测试平台、下电机测试平台，两者互不干涉，互为独立结构，同时还可以测量电机在垂直运行时受到的拉力和扭矩，拉力扭矩测量装置保护测量扭矩时只受单一的扭矩，并保护了扭矩传感器不受损伤，减小了测试成本，保证无人机可以正常使用，提高了产品的可靠性。

请参阅图3，所述扭矩测试组件122包括扭矩传感器连接件1221、扭矩传感器1222、扭矩传感器连接轴1223及轴承连接件1224，所述扭矩传感器连接件设置于所述底板上，所述扭矩传感器安装于所述扭矩传感器连接件上，所述扭矩传感器连接轴设置于所述扭矩传感器上，所述轴承连接件与所述扭矩传感器连接轴连接。需要说明的是，所述扭矩传感器连接件1221用于连接扭矩传感器；所述扭矩传感器1222用于实现对电机扭矩的测试；所述扭矩传感器连接轴1223用于与所述轴承连接件1224连接，并且实现对拉力测试组件124的配合；所述轴承连接件1224用于实现与拉力测试组件124的配合连接。

请参阅图3，所述拉力扭矩测试装置120还包括支撑圆柱1225，所述支撑圆柱设置于所述底板和所述顶板之间。需要说明的是，所述支撑圆柱1225用于连接底板和顶板，以实现对扭矩测试组件的固定。在本实施例中，所述支撑圆柱设置有四根，四根所述支撑圆柱分别间隔设置于所述底板上。如此，通过设置四根支撑圆柱，可以分别固定在四个端角位置处，实现对顶板的支撑作用。进一步地，为了提高支撑圆柱与底板、顶板的固定，提高可靠性，一个实施例中，所述支撑圆柱与所述底板、所述顶板分别通过M12螺钉固定。如此，可以提高支撑圆柱与底板、顶板的固定，提高可靠性。并且增加4根支撑圆柱，可以分散轴承座受到的拉力，增强装置的刚性。

请参阅图3，所述拉力扭矩测试装置120还包括传感器转换件1226，所述传感器转换件设置于所述拉力测试组件上，所述电机连接件设置于所述传感器转换件上。需要说明的是，所述传感器转换件1226用于固定电机连接件，并且其可以将拉力和扭矩传递至拉力传感器和扭矩传感器上。

在本实施例中，所述底板与所述扭矩传感器连接件通过M8螺钉固定。所述扭矩传感器连接轴与所述扭矩传感器通过M4螺钉固定配合。所述扭矩传感器连接件通过M4螺钉与所述扭矩传感器的外部螺纹孔连接。如此，通过螺钉进行固定，可以提高各部件之间的结构连接稳定性。

请参阅图3，所述电机连接件上开设有U型槽，所述U型槽用于安装待测试电机。如此，电机连接件采用U型槽设计，可以适配不同的电机进行测试。

本发明还提供一种无刷电机，由以上任一所述的共轴电机测试机构进行测试。

本发明的共轴电机测试机构及无刷电机，可以实现竖直方向对共轴电机进行测试，模拟共轴电机飞行时的实时情况，得到对共轴电机和共轴螺旋桨的推力、扭矩、转速、电流、电压、温度、空速、螺旋桨效率和电机效率的测量。本发明的测试结构由左右对冲改为上下对冲，较好模拟了共轴电机的运行情况，测量数据更加真实可靠，同时减小了测试成本，节约了测试资源。并且本发明的电机连接件采用U型槽设计，可以适配不同的电机进行测试。

可以理解，电机负载运行时，测试装置受到较大的拉力和扭矩，而现有的拉力传感器和扭矩传感器无法承受巨大的拉力和扭矩，因此使得测试装置的可靠性较差，使得测试装置的测试数据不准确。

一实施方式中，请参阅图4，所述轴承连接件1224包括圆柱滚子轴承12241、拉力传感器连接轴12242、轴承座12243、第一圆锥滚子轴承12244及第二圆锥滚子轴承12245，所述圆柱滚子轴承与所述扭矩传感器连接轴连接，所述拉力传感器连接对插轴配合于所述扭矩传感器连接轴上，所述轴承座设置于所述圆柱滚子轴承上，所述轴承座上开设有轴承连接腔体，所述第一圆锥滚子轴承和所述第二圆锥滚子轴承分别容置于所述轴承连接腔体内，并且所述第一圆锥滚子轴承和所述第二圆锥滚子轴承分别套接于所述拉力传感器连接轴的两端上，所述拉力传感器连接轴还用于与所述拉力测试组件连接。

请参阅图5，所述拉力测试组件124包括拉力传感器1241、拉力传感器连接件1242及轴用挡圈1243，所述拉力传感器设置于所述电机连接件125上，所述拉力传感器连接件1242固定于所述拉力传感器上，所述轴用挡圈上开设有连接通孔，所述拉力传感器连接轴12242远离所述扭矩传感器连接轴的一端穿设所述连接通孔，且所述拉力传感器连接件还套接于所述拉力传感器连接轴12242上。

如此，扭矩传感器连接轴与扭矩传感器固定配合，并用M4螺钉锁死，扭矩传感器连接轴轴肩紧压圆柱滚子轴承，扭矩传感器连接轴与拉力传感器连接轴通过对插配合，拉力传感器连接轴轴肩紧压第一圆锥滚子轴承，轴用挡圈将第二圆锥滚子轴承通过拉力传感器连接轴螺纹将其锁死，即轴用挡圈与所述拉力传感器连接轴螺纹连接，并且第二圆锥滚子轴承与所述轴用挡圈固定连接，从而可以将第二圆锥滚子轴承固定于所述拉力传感器连接轴上。拉力传感器连接件将拉力传感器和拉力传感器连接轴分别通过M6、M8螺钉锁死，通过M6螺钉将传感器转换件和拉力传感器连接、电机连接件分别连接。

在测试的过程中，拉力传感器受到向上的力，带动拉力传感器连接轴向上移动。轴用挡圈将第一圆锥滚子轴承锁死，防止拉力传感器连接轴向上滑动，因此，第一圆锥滚子轴承将测试电机产生的拉力传递到轴承座上；拉力传感器连接轴和两个圆锥滚子轴承紧密配合，拉力传感器连接轴和扭矩传感器连接轴通过十字对插结构配合连接，请参阅图6，即所述拉力传感器连接轴12242远离所述轴用挡圈1243的一端设置有插接部122a，所述插接部上开设有十字插槽122b，所述扭矩传感器连接轴与所述拉力传感器连接轴配合的一端设置有与所述十字插槽配合的十字凸起122c，在装配时，所述十字凸起插接于所述十字插槽内。进一步地，请参阅图7，为了固定拉力传感器连接轴和扭矩传感器连接轴的连接，所述十字凸起上开设有垂直设置的第一连通孔122d和第二连通孔122e，所述插接部包括四个扇形的插接凸起，四个所述插接凸起环绕设置，共同围成所述十字插槽，四个扇形的插接凸起分成对称设置的两组，其中一组所述插接凸起上开设有第一螺纹固定孔122f，另一组所述插接凸起开设有第二螺纹固定孔122g，两个所述第一螺纹固定孔分别与所述第一连通孔连通，两个所述第二螺纹固定孔分别与所述第二连通孔连通，在安装的时候，使用两头具有螺纹结构的螺丝进行穿设固定，以使得可以进一步防止扭矩传感器连接轴的转动，提高结构稳定性，进一步固定拉力传感器连接轴和扭矩传感器连接轴的连接。还需要说明的是，拉力传感器连接轴和两个圆锥滚子轴承紧密配合，拉力传感器连接轴和扭矩传感器连接轴通过十字对插结构配合连接，圆柱滚子轴承和扭矩传感器连接轴紧密配合、扭矩传感器连接轴轴肩紧压圆柱滚子轴承，这样可以有效地减小扭矩传感器连接轴的转动；扭矩传感器连接轴与扭矩传感器内部螺纹通过M4螺钉连接，扭矩传感器连接件通过M4螺钉与扭矩传感器外部螺纹孔连接，这样扭矩传感器受到了相对平衡的扭矩，从而可以提高对电机测试的稳定性和可靠性。

可以理解，为了提高对拉力扭矩测试装置的固定，提高测试装置的测试可靠性，一实施方式中，请参阅图8，所述电机固定机架110包括底座111、支撑柱112、固定件113、斜拉杆114、第一横梁115及第二横梁116；所述支撑柱设置于所述底座上，所述第一横梁设置于两个支撑柱之间，所述第二横梁设置于两个支撑柱之间，所述斜拉杆将第一横梁或第二横梁固定于所述支撑柱上，所述固定件设置于两个所述第二横梁之间，所述拉力扭矩测试装置设置于所述固定件上。如此，将底座通过膨胀螺丝接地，与支撑柱通过焊接安装，当然也可以加螺钉安装，支撑柱与第一横梁、第二横梁、固定件通过螺钉相连成机架，用斜拉杆将支撑柱和第一横梁、第二横梁分别焊接，将机架和拉力扭矩测试装置通过螺钉连接，移动电机安装支架，使其与上电机测试平台处于同一轴度，用膨胀螺栓将其固定。如此，可以提高对拉力扭矩测试装置的固定，提高测试装置的测试可靠性。

可以理解，为了实现对电机的垂直方向的测试，并且可以自由的调整垂直方向的上下电机之间的距离，一实施方式中，请参阅图9和图10，所述下电机测试平台200包括电机安装机架210、下电机连接件220、连接板230、双法兰静态扭矩传感器240、传感器转接板250、下电机拉力传感器260及传感器底座270，所述电机安装机架210可调节安装于地面或者测试平台上，所述传感器底座设置于所述电机安装机架的顶部，所述下电机拉力传感器设置于所述传感器底座上，所述传感器转接板设置于所述下电机拉力传感器上，所述双法兰静态扭矩传感器的一端与所述传感器转接板连接，所述双法兰静态扭矩传感器的另一端与所述连接板固定，所述下电机连接件设置于所述连接板上；如此，通过设置电机安装机架及下电机连接件，可以使得下电机放置于所述下电机连接件，并且移动电机安装机架的位置，可以使得下电机和上电机形成垂直测试的结构，并且电机安装机架具有可调节高度的特点，使得上下电机测试更方便，更准确，进而提高了测试装置的测试准确性。本申请的测试装置可以实现对电机的垂直方向的测试，并且可以自由的调整垂直方向的上下电机之间的距离。进一步地，本申请的结构可以通过调整和移动上电机测试平台高度，从而调整共轴电机或共轴螺旋桨之间的距离；可以通过下电机测试平台的传感器底座加厚或者增加带有通孔的垫块调整共轴电机(共轴螺旋桨)之间的距离。结构由左右对冲改为上下对冲，较好模拟了共轴电机的运行情况，测量数据更加真实可靠，并且可以有效地减小了测试成本，节约了测试资源。本结构支持对共轴电机和共轴螺旋桨的推力，扭矩，转速，电流，电压，温度，空速，螺旋桨效率和电机效率的测量及精准地描述和评估其性能参数。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种共轴电机测试机构，其特征在于，包括：上电机测试平台及与所述上电机测试平台构成上下测试结构的下电机测试平台；

所述上电机测试平台包括电机固定机架及设置于所述电机固定机架上的拉力扭矩测试装置；

所述拉力扭矩测试装置包括底板、扭矩测试组件、顶板、拉力测试组件及电机连接件，所述底板设置于所述电机固定机架上，所述扭矩测试组件设置于所述底板和所述顶板之间，所述拉力测试组件设置于所述顶板上，所述电机连接件设置于所述拉力测试组件上，所述电机连接件用安装待测试电机。

2.根据权利要求1所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述扭矩测试组件包括扭矩传感器连接件、扭矩传感器、扭矩传感器连接轴及轴承连接件，所述扭矩传感器连接件设置于所述底板上，所述扭矩传感器安装于所述扭矩传感器连接件上，所述扭矩传感器连接轴设置于所述扭矩传感器上，所述轴承连接件与所述扭矩传感器连接轴连接。

3.根据权利要求1所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述拉力扭矩测试装置还包括支撑圆柱、所述支撑圆柱设置于所述底板和所述顶板之间。

4.根据权利要求3所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述支撑圆柱设置有四根，四根所述支撑圆柱分别间隔设置于所述底板上。

5.根据权利要求3所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述支撑圆柱与所述底板、所述顶板分别通过M12螺钉固定。

6.根据权利要求1所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述拉力扭矩测试装置还包括传感器转换件，所述传感器转换件设置于所述拉力测试组件上，所述电机连接件设置于所述传感器转换件上。

7.根据权利要求2所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述底板与所述扭矩传感器连接件通过M8螺钉固定。

8.根据权利要求2所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述扭矩传感器连接轴与所述扭矩传感器通过M4螺钉固定配合。

9.根据权利要求1所述的共轴电机测试机构，其特征在于，所述电机连接件上开设有U型槽，所述U型槽用于安装待测试电机。

10.一种无刷电机，其特征在于，由权利要求1～9中任一所述的共轴电机测试机构进行测试。

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