CN115856622A - 一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机用电机拉力‑扭矩载荷加载试验系统及试验方法，涉及无人机用电机螺旋桨领域，包括：底板，底板上设置有电机支架，电机支架用于放置被测电机；拉力加载机构，设置在电机支架的一侧，拉力加载机构包括配重铁盘和至少两组电磁铁，配重铁盘用于与被测电机连接，电磁铁以配重铁盘的圆心进行均布设置；扭矩加载机构，设置在电机支架的另一侧，扭矩加载机构包括加载电机和扭矩传感器，扭矩传感器的两端分别与加载电机和被测电机连接；控制单元，与电磁铁和加载电机连接；该试验系统解决现有试验条件单一，载荷加载不能融合的问题，满足工业界、航空航天大多数电动机领域使用需求。
Description
技术领域
本发明属于无人机用电机螺旋桨领域，更具体地，涉及一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统及试验方法。
背景技术
在无人机用电机螺旋桨飞行环境中，电动机是动力源至关重要，电动机故障易出现在结构部分即轴承故障，如磨损不均匀，保持架断裂等，针对海拔高度、气流及螺旋桨力学性能条件不同，电机用轴承所受载荷不同，往往难以观测，存在较大的安全隐患。
同时，当下随着电动无人机的快速发展，更好评估电机的使用边界及使用寿命成为设计单位的迫切需求，现在有多种单工况下的测试方法，不能很好的将电机螺旋桨使用工况结合，使单一测试数据不能完全说服。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统及试验方法，该试验系统解决现有试验条件单一，载荷加载不能融合的问题，满足工业界、航空航天大多数电动机领域使用需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，包括：
底板，所述底板上设置有电机支架，所述电机支架用于放置被测电机；
拉力加载机构，设置在所述电机支架的一侧，所述拉力加载机构包括配重铁盘和至少两组电磁铁，所述配重铁盘用于与所述被测电机连接，所述电磁铁以所述配重铁盘的圆心进行均布设置；
扭矩加载机构，设置在所述电机支架的另一侧，所述扭矩加载机构包括加载电机和扭矩传感器，所述扭矩传感器的两端分别与所述加载电机和所述被测电机连接；
控制单元，与所述电磁铁和所述加载电机连接。
可选地，所述拉力加载机构包括：
电磁铁支架，设置在所述底板上，所述配重铁盘转动设置在所述电磁铁支架和所述电机支架之间；
电磁铁压条，将所述电磁铁设置在所述电磁铁支架与所述配重铁盘之间，所述电磁铁与所述配重铁盘之间间隙不小于1mm；
电机连接部，设置在所述配重铁盘的圆心位置上，所述电机连接部的内部开设有卡接槽，所述被测电机与所述卡接槽连接。
可选地，所述卡接槽沿周向均匀形成多个键槽。
可选地，所述电机连接部的外周与所述配重铁盘之间设置有多个筋板。
可选地，所述电磁铁沿水平方向设置，所述电磁铁均匀设置在所述配重铁盘的径向方向上。
可选地，所述扭矩加载机构包括：
加载电机支架，设置在所述底板上，所述加载电机设置所述加载电机支架上；
扭矩传感器支架，设置在所述加载电机支架和所述电机支架之间，所述扭矩传感器的两端分别设置有联轴器。
可选地，所述控制单元包括电源和电机控制器。
可选地，所述底板上居中设置有定位凸面，所述定位凸面的两侧分别设置有T型槽，所述拉力加载机构和所述扭矩加载机构沿所述T型槽的长度方向滑动设置。
可选地，所述被测电机为双输出轴电机。
本发明还提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验方法，利用上述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，该试验方法包括：
将被测电机安装在电机支架上，被测电机的两侧分别与配重铁盘和扭矩传感器连接；
控制单元控制每个电磁铁的吸力和加载电机的输出扭矩，从而使被测电机在不同的轴向拉力和不同的扭矩的情况下，获取被测电机的反馈数据。
本发明提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统及试验方法，其有益效果在于：
1、该试验系统能够模拟电机螺旋桨载荷工况，可提供螺旋桨转动产生的拉力、弯矩，由螺旋桨叶不均匀拉力产生的附加电机轴弯矩，系统集成度高；
2、该试验系统中拉力加载机构的结构简单、可靠，通过调节至少两个电磁铁线圈输入电流，模拟螺旋桨产生满足工况的拉力值；
3、该试验系统中通过配重铁盘来模拟螺旋桨，通过质量和连接方式相同，提高还原度，并且在配置盘设置筋板连接电机连接部，提高拉力加载机构与被测电机的整体连接强度；
4、该试验方法通过控制单元的控制调节，利用加载电机和各个电磁铁的吸力大小不同，对被测电机施加了弯矩载荷，整个试验方法调节简单且反馈直接。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的拉力加载机构的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的电磁铁支架与电磁铁的连接示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的电磁铁的结构示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的配重铁盘的结构示意图。
图6示出了图5的侧视图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的扭矩加载机构的结构示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的底板的结构示意图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统在试验过程中拉力加载和扭矩加载的受力示意图。
附图标记说明：
1、底板；2、电机支架；3、被测电机；4、拉力加载机构；5、配重铁盘；6、电磁铁；7、扭矩加载机构；8、加载电机；9、扭矩传感器；10、控制单元；11、电磁铁支架；12、电磁铁压条；13、电机连接部；14、加载电机支架；15、扭矩传感器支架；16、联轴器；17、定位凸面；18、T型槽；19、铜线圈。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，包括：
底板，底板上设置有电机支架，电机支架用于放置被测电机；
拉力加载机构，设置在电机支架的一侧，拉力加载机构包括配重铁盘和至少两组电磁铁，配重铁盘用于与被测电机连接，电磁铁以配重铁盘的圆心进行均布设置；
扭矩加载机构，设置在电机支架的另一侧，扭矩加载机构包括加载电机和扭矩传感器，扭矩传感器的两端分别与加载电机和被测电机连接；
控制单元，与电磁铁和加载电机连接。
具体的，该试验系统将拉力加载机构和扭矩加载机构分别设置在被测电机的两侧，通过配重铁盘来模拟螺旋桨的重量和运动方式，然后控制单元对电磁铁的吸力大小的进行调整，当多个电磁铁吸力一致时，可以对被测电机施加轴向拉力，加载电机对被测电机输出测试扭矩，这样就能达到被测电机在带动螺旋桨转动的实际工况下，同时受到轴向拉力时，获取扭矩传感器的数据，从而评估出被测电机的使用边界和使用寿命；当多个电磁铁吸力不一致时，可以对被测电机同时进行模拟螺旋桨附加弯矩和轴向拉力载荷加载，加载电机对被测电机输出测试扭矩，这样就能达到被测电机在带动螺旋桨转动的实际工况下，通过扭矩传感器获取被测电机反馈参数及实验状态，从而评估出不同受力情况下，被测电机的磨损情况。
可选地，拉力加载机构包括：
电磁铁支架，设置在底板上，配重铁盘转动设置在电磁铁支架和电机支架之间；
电磁铁压条，将电磁铁设置在电磁铁支架与配重铁盘之间；
电机连接部，设置在配重铁盘的圆心位置上，电机连接部的内部开设有卡接槽，被测电机与卡接槽连接。
具体的，电磁铁支架和电机支架平行设置，配置盘转动设置电磁铁支架上，这样被测电机能够带动配置盘自由转动，来模拟带动螺旋桨转动，电磁铁通过内部的铜线圈的通电情况，来使电磁铁产生不同的吸力，这样配置盘各个位置上受到的拉力不同，模拟无人机在飞行时，被测电机受到的各个方向上的拉力情况；在该拉力加载机构中，配重铁盘为铁盘，电磁铁支架的材料必须不导磁，可以为铝合金材料。
在一个实施例中，电磁铁支架上开设有安装槽，电磁铁通过电磁铁压条固定在安装槽上，并且保证电磁铁与配重铁盘的安装间隙大于1mm，这样能够控制单元能够控制电磁铁的通电电流，来调整电磁铁的吸力大小，从而使被测电机的轴向拉力的加载。
可选地，卡接槽沿周向均匀形成多个键槽。
可选地，电机连接部的外周与配重铁盘之间设置有多个筋板。
具体的，被测电机的一侧输出轴插入在卡接槽内，通过键槽的型面实现卡接传动，这样被测电机在加载电机的输出扭矩下，带动配重铁盘进行转动；筋板能够提高电机连接部与配重铁盘的连接强度，保证被测电机与配重铁盘之间扭矩和拉力的稳定传递。
可选地，电磁铁沿水平方向设置，电磁铁均匀设置在配重铁盘的径向方向上。
具体的，电磁铁可以设置有两个，并将两个电磁铁沿水平方向，且设置在配重铁盘和电磁铁之间的区域，两个电磁铁以电机连接部为中点，这样控制单元对两个电磁铁的吸力调节，能够使被测电机产生不同的轴向拉力加载。
可选地，扭矩加载机构包括：
加载电机支架，设置在底板上，加载电机设置加载电机支架上；
扭矩传感器支架，设置在加载电机支架和电机支架之间，扭矩传感器的两端分别设置有联轴器。
具体的，扭矩加载系机构通过加载电机为被测电机提供扭矩，加载电机安装在加载电机支架上，扭矩大小通过控制单元进行调节；加载电机和扭矩传感器之间设置的联轴器，通过这个联轴器的一部分结构能够将加载电机的加载数据显示在扭矩传感器上，这个联轴器的另一部分结构能够不与扭矩传感器连接而与被测电机连接，来传递转动扭矩；而扭矩传感器与被测电机之间设置的联轴器，这个联轴器只与两端的结构连接，将被测电机在带动配重铁盘转动和受到轴向拉力作用下的实际工况的转动扭矩显示在扭矩传感器上，两个联轴器之间不发生传动。
可选地，控制单元包括电源和电机控制器。
具体的，控制单元集成了电源和电机控制器，集成度高。
可选地，底板上居中设置有定位凸面，定位凸面的两侧分别设置有T型槽，拉力加载机构和扭矩加载机构沿T型槽的长度方向滑动设置。
具体的，电磁铁支架、加载电机支架和扭矩传感器支架在底板上活动设置，在装卸被测电机时，能够给电机支架两侧留出足够的操作空间，为了能够真实的模拟被测电机的实际工况，可以单独移动电磁铁支架进行配重铁盘的更换，还可以对加载电机进行更换和检修。
可选地，被测电机为双输出轴电机。
具体的，被测电机采用双输出轴电机，其总体结构与单输出轴总体结构一致，仅多一侧输出轴，与实际使用的单输出轴电机可类比。
本发明还提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验方法，利用上述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，该试验方法包括：
将被测电机安装在电机支架上，被测电机的两侧分别与配重铁盘和扭矩传感器连接；
控制单元控制每个电磁铁的吸力和加载电机的输出扭矩，从而使被测电机在不同的轴向拉力和不同的扭矩的情况下，获取被测电机的反馈数据。
实施例
如图1至图9所示，本发明提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，包括：
底板1，底板1上设置有电机支架2，电机支架2用于放置被测电机3；
拉力加载机构4，设置在电机支架2的一侧，拉力加载机构4包括配重铁盘5和至少两组电磁铁6，配重铁盘5用于与被测电机3连接，电磁铁6以配重铁盘5的圆心进行均布设置；
扭矩加载机构7，设置在电机支架2的另一侧，扭矩加载机构7包括加载电机8和扭矩传感器9，扭矩传感器9的两端分别与加载电机8和被测电机3连接；
控制单元10，与电磁铁6和加载电机8连接。
在本实施例中，拉力加载机构4包括：
电磁铁支架11，设置在底板1上，配重铁盘5转动设置在电磁铁支架11和电机支架2之间；
电磁铁压条12，将电磁铁6设置在电磁铁支架11与配重铁盘5之间；
电机连接部13，设置在配重铁盘5的圆心位置上，电机连接部13的内部开设有卡接槽，被测电机3与卡接槽连接；
铜线圈19，缠绕设置在电磁铁6的外周。
在本实施例中，卡接槽沿周向均匀形成多个键槽。
在本实施例中，电机连接部13的外周与配重铁盘5之间设置有多个筋板。
在本实施例中，电磁铁6沿水平方向设置，电磁铁6均匀设置在配重铁盘5的径向方向上。
在本实施例中，扭矩加载机构7包括：
加载电机支架14，设置在底板1上，加载电机8设置加载电机支架14上；
扭矩传感器支架15，设置在加载电机支架14和电机支架2之间，扭矩传感器9的两端分别设置有联轴器16。
在本实施例中，控制单元10包括电源和电机控制器。
在本实施例中，底板1上居中设置有定位凸面17，定位凸面17的两侧分别设置有T型槽18，拉力加载机构4和扭矩加载机构7沿T型槽18的长度方向滑动设置。
在本实施例中，被测电机3为双输出轴电机。
本发明还提供了一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验方法，利用上述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，该试验方法包括：
将被测电机3安装在电机支架2上，被测电机3的两侧分别与配重铁盘5和扭矩传感器9连接；
控制单元10控制每个电磁铁6的吸力和加载电机8的输出扭矩，从而使被测电机3在不同的轴向拉力和不同的扭矩的情况下，获取被测电机3的反馈数据。
综上，该无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统在试验过程中，将被测电机3安装在电机支架上，然后将拉力加载机构4和扭矩加载机构7进行平移，使联轴器16和配重铁盘5与被测电机3的两侧输出轴连接，最后通过控制单元10来控制电磁铁6的吸力和加载电机8的输出扭矩，当多个电磁铁6的吸力不同时，从而使盘配重铁盘5在被被测电机3带动旋转时，被测电机3也受到了轴向拉力和偏转，扭矩传感器9获取被测电机3在轴向拉力和扭矩的多种工况的加载下的输出值，能够更好评估电机的使用边界及使用寿命。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，包括：
底板，所述底板上设置有电机支架，所述电机支架用于放置被测电机；
拉力加载机构，设置在所述电机支架的一侧，所述拉力加载机构包括配重铁盘和至少两组电磁铁，所述配重铁盘用于与所述被测电机连接，所述电磁铁以所述配重铁盘的圆心进行均布设置；
扭矩加载机构，设置在所述电机支架的另一侧，所述扭矩加载机构包括加载电机和扭矩传感器，所述扭矩传感器的两端分别与所述加载电机和所述被测电机连接；
控制单元，与所述电磁铁和所述加载电机连接。
2.根据权利要求1所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述拉力加载机构包括：
电磁铁支架，设置在所述底板上，所述配重铁盘转动设置在所述电磁铁支架和所述电机支架之间；
电磁铁压条，将所述电磁铁设置在所述电磁铁支架与所述配重铁盘之间，所述电磁铁与所述配重铁盘之间间隙不小于1mm；
电机连接部，设置在所述配重铁盘的圆心位置上，所述电机连接部的内部开设有卡接槽，所述被测电机与所述卡接槽连接。
3.根据权利要求2所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述卡接槽沿周向均匀形成多个键槽。
4.根据权利要求3所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述电机连接部的外周与所述配重铁盘之间设置有多个筋板。
5.根据权利要求2所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述电磁铁沿水平方向设置，所述电磁铁均匀设置在所述配重铁盘的径向方向上。
6.根据权利要求1所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述扭矩加载机构包括：
加载电机支架，设置在所述底板上，所述加载电机设置所述加载电机支架上；
扭矩传感器支架，设置在所述加载电机支架和所述电机支架之间，所述扭矩传感器的两端分别设置有联轴器。
7.根据权利要求1所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述控制单元包括电源和电机控制器。
8.根据权利要求1所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述底板上居中设置有定位凸面，所述定位凸面的两侧分别设置有T型槽，所述拉力加载机构和所述扭矩加载机构沿所述T型槽的长度方向滑动设置。
9.根据权利要求1所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，所述被测电机为双输出轴电机。
10.一种无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验方法，利用根据权利要求1-9任一项所述的无人机用电机拉力-扭矩载荷加载试验系统，其特征在于，该试验方法包括：
将被测电机安装在电机支架上，被测电机的两侧分别与配重铁盘和扭矩传感器连接；
控制单元控制每个电磁铁的吸力和加载电机的输出扭矩，从而使被测电机在不同的轴向拉力和不同的扭矩的情况下，获取被测电机的反馈数据。
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