CN219997256U - 一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，包括机架、伺服电机、扭矩传感器、第一联轴器、被测电机定位治具和治具安装座，伺服电机通过安装架朝下安装在机架的上端，扭矩传感器安装在安装架的下端并位于伺服电机下方，扭矩传感器的上端输入部位与伺服电机的输出轴相连接，扭矩传感器的下端输出部位安装有用于连接被测电机的输出轴的第一联轴器，治具安装座安装在机架的底板上，被测电机定位治具安装在治具安装座上并位于第一联轴器下方。本实用新型的结构简单，可用于电机的摩擦转矩与齿槽转矩测试，采用仪器化测试代替传统的采用滑轮砝码并通过人工观察方式，仪器化测试具有测试精度高，单次测试的耗时短，测试结果准确的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机测试设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备。
背景技术
针对电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备的测试方法在国标GBT 30549-2014中有描述到静摩擦力矩(等于摩擦转矩+齿槽转矩)的测试方法，电机绕组开路，采用滑轮砝码法或者其他等效方法在转轴上施加力矩，在5个等分点上测量使电机转子开始转动所需克服的最小阻力矩，测量正反两个方向，取其最大值应符合要求。(注：对于电枢铁芯开槽的电机，测量值中包含齿槽转矩)。根据国标定义我司总结了下有关齿槽转矩与摩擦转矩的定义如下：
牵引转矩或制动转矩是永磁电机的一个重要参数，特别是在永磁伺服电机系统中，永磁电机的制动转矩由齿槽转矩和摩擦转矩组成。齿槽转矩是由未通电时电机内磁极对齿槽(钢结构)的吸引力/相互作用力产生的，当磁体的N极S极面对面时，吸引力是最大的，当电机转子转动时，在转子进行下一步移动之前，移动的磁性元件必须先从残留的磁性中解脱出来，这种对前进移动的磁阻现象称为齿槽效应，而齿槽效应是产生齿槽转矩的原因。一般来说，齿槽转矩随转子位置的变化而变化，一般由其相邻的峰对峰(p-p)值来定义。摩擦转矩则归因于机械装配问题，如轴承阻力，装配公差，或永磁直流电机(PMDC)的碳刷摩擦。摩擦转矩通常用其平均值来测量表示。
电机的齿槽转矩与摩擦转矩一般都是小量程，所以测试起来对传感器本身以及设备精度与细节方面考虑需要特别多，市场上针对电机齿槽转矩和摩擦转矩的测试方法大部分采用滑轮砝码法或者其他等效方法在转轴上施加力矩，在5个等分点上测量使电机转子开始转动所需克服的最小阻力矩，测量正反两个方向，取其最大值为最大静摩擦力矩，其缺点为：
1、该方法无法解决分析出来摩擦转矩和齿槽转矩，测试繁琐需要较长的时间与测试精度与重复性受人工影响导致结果差强人意。
2、一般来讲单个电机需要测试不低于10个点(36°)下的静摩擦力矩，按照现有传统测试方式熟练的工程师需要花最少5分钟以上才能完成一个电机静摩擦力矩的全范围测试，测试所需时间长，导致测试效率低下。
3、传统测试在记录电机静摩擦力矩的过程中是通过人工进行观察的，只有一个大概的结果，精度并不高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种可用于电机摩擦转矩与齿槽转矩测试的测试设备。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，包括机架、伺服电机、扭矩传感器、第一联轴器、被测电机定位治具和治具安装座，所述伺服电机通过安装架朝下安装在机架的上端，所述扭矩传感器安装在安装架的下端并位于伺服电机下方，所述扭矩传感器的上端输入部位与伺服电机的输出轴相连接，所述扭矩传感器的下端输出部位安装有用于连接被测电机的输出轴的第一联轴器，所述治具安装座安装在机架的底板上，所述被测电机定位治具安装在治具安装座上并位于第一联轴器下方。
作为优选的实施方式，还包括谐波减速机，所述谐波减速机安装在安装架上且位于扭矩传感器与伺服电机之间，所述谐波减速机的上端输入部位与伺服电机的输出轴相连接，所述谐波减速机的下端输出部位与扭矩传感器的上端输入部位相连接。
作为优选的实施方式，还包括扭矩限制器，所述扭矩限制器安装在安装架上且位于伺服电机与扭矩传感器之间，所述扭矩限制器的上端输入部位与伺服电机的输出轴相连接，所述扭矩限制器的下端输出部位与扭矩传感器的上端输入部位相连接。
作为优选的实施方式，所述被测电机定位治具包括治具底板、治具侧板、角部夹块、夹块锁紧螺丝、螺杆和压杆，所述治具侧板竖立安装在治具底板上，所述治具侧板的上下部两侧均贯穿设置有若干个沿着水平方向间隔布置的侧板螺丝孔，所述角部夹块设有两个并呈左右对称地布置于治具侧板的内侧，两个角部夹块的内侧均设置有夹块斜面，所述角部夹块上贯穿设置有夹块螺丝孔，所述夹块锁紧螺丝安装在夹块螺丝孔和侧板螺丝孔中，从而将角部夹块锁紧在治具侧板上，所述螺杆设有两根，所述螺杆横向布置并与治具侧板相垂直，所述螺杆的一端分别与治具侧板的两侧相连接，所述螺杆分别位于各自对应的角部夹块外侧，所述压杆可平移地安装在两根螺杆的的一端，两根螺杆的另一端上均设置有用于锁压住压杆的锁压螺丝。
作为优选的实施方式，所述治具安装座设置为三维可调式底座。
作为优选的实施方式，所述治具安装座包括Z轴升降滑台和XY轴可调底座，所述XY轴可调底座安装在Z轴升降滑台上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型的结构简单、新颖，设计合理，可用于电机的摩擦转矩与齿槽转矩测试，采用仪器化测试代替传统的采用滑轮砝码并通过人工观察方式，仪器化测试具有测试精度高，单次测试的耗时短，测试结果准确的优点。
2、本实用新型的扭矩传感器与伺服电机之间设置有谐波减速机，伺服电机与谐波减速机搭配可解决当齿槽转矩大于摩擦转矩时齿槽转矩波峰波谷测量不准的问题，同时可解决电机
3、本实用新型还设置有扭矩限制器，扭矩限制器能够保护扭矩传感器，防止扭矩传感器在过载使用时损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的正视图；
图3是本实用新型实施例提供的结构示意图(机架隐去上盖)；
图4是本实用新型实施例提供的测试部位的结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的被测电机的固定部位的结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的被测电机的固定部位的结构示意图(隐去被测电机)；
图7是本实用新型实施例提供的治具侧板与角部夹块的安装示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1至图7，本实用新型的实施例提供了一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，包括机架1、安装架7、伺服电机2、扭矩传感器3、第一联轴器4、被测电机定位治具5、治具安装座6、谐波减速机9和扭矩限制器10，下面将对各个组成部分的结构及其工作原理进行说明。
安装架7安装在机架1的上端，伺服电机2、谐波减速机9、扭矩限制器10和扭矩传感器3均安装在安装架7上并由上往下依次布置，谐波减速机9的上端输入部位与伺服电机2的输出轴相连接，谐波减速机9的下端输出部位通过第二联轴器11与扭矩限制器10的上端输入部位相连接，扭矩限制器10的下端输出部位通过第三联轴器12与扭矩传感器3的上端输入部位相连接，扭矩传感器3的下端输出部位安装有用于连接被测电机8的输出轴的第一联轴器4。
其中，在本实施例中，谐波减速机9采用为市面上的高精密谐波减速机，这样可解决背隙与伺服电机在低速控制时的误差，扭矩限制器采用为市面上的常见的扭矩限制器，扭矩传感器3可以采用市面上集成了高精度编码器的微型扭矩传感器，第一联轴器4、第二联轴器11和第三联轴器12可以采用市面上的高精密联轴器。
治具安装座6安装在机架1的底板上，被测电机定位治具5安装在治具安装座6上并位于第一联轴器4下方。
具体而言，被测电机定位治具5可以包括治具底板51、治具侧板52、角部夹块53、夹块锁紧螺丝54、螺杆55和压杆56，治具侧板52竖立安装在治具底板51上，治具侧板52的上下部两侧均贯穿设置有若干个沿着水平方向间隔布置的侧板螺丝孔521，角部夹块53设有两个并呈左右对称地布置于治具侧板52的内侧，两个角部夹块53的内侧均设置有夹块斜面，角部夹块53上贯穿设置有夹块螺丝孔531，夹块锁紧螺丝54安装在夹块螺丝孔531和侧板螺丝孔521中，从而将角部夹块53锁紧在治具侧板52上，螺杆55设有两根，螺杆55横向布置并与治具侧板52相垂直，螺杆55的一端分别与治具侧板52的两侧相连接，螺杆55分别位于各自对应的角部夹块53外侧，压杆56可平移地安装在两根螺杆55的的一端，两根螺杆55的另一端上均设置有用于锁压住压杆56的锁压螺丝57。
由于两个角部夹块是采用夹块锁紧螺丝锁紧在治具侧板上的，并且治具侧板上设置有水平间隔布置的侧板螺丝孔，用户可根据不同大小规格的被测电机，通过拆装夹块锁紧螺丝来调节两个角部夹块的间距，从而适应不同大小规格的被测电机的安装定位。
在本实施例中，治具安装座6可以设置为三维可调式底座，治具安装座6可以包括Z轴升降滑台61和XY轴可调底座62，XY轴可调底座62安装在Z轴升降滑台61上。其中，Z轴升降滑台61可以采用市面上常见的螺牙式升降滑台，XY轴可调底座62可以采用市面上常见的XY轴微调底座。通过这样可使得被测电机的三维位置可调。
在此需要说明的是，本实施例的测试设备的伺服电机、谐波减速机、扭矩限制器和扭矩传感器可通过电线与电脑、控制屏、控制柜等目前市面上常见的控制设备相连接，从而实现控制设备的控制系统与各组件的可控连接，但是本实施例并不涉及此方面的改进，在此不再赘述。
工作时，被测电机固定安装在被测电机定位治具上，然后扭矩传感器的下端输出部位通过第一联轴器与被测电机的输出轴相连接，伺服电机驱动被测电机在低速下运行，转速从1到20rpm可选，同时获取与角度位置相关的齿槽转矩，Windows可执行软件控制系统并显示从扭矩传感器中获得的数据，它提供精确的齿槽转矩峰值测量，并显示角度-扭矩图或极坐标图以及FFT分析，该软件允许存储测量数据，并提供性能数据的比较，对比多达5个图形，软件可以载入历史数据生成齿槽转矩曲线，并自定义开始角度和结束角度，测试过程数据可保存为EXCEL文件或TXT文本文件。
为了更好的精度和功能控制，该软件包括一个电机位置调整程序，以便校正，作为一个独立的系统，CTTS只需要220-240伏交流供电。USB接口可以直接连接设备到安装软件的PC机，它安装在一个带定位孔的底板上，电机夹具可以安装在这个底板上。垂直安装支架可供选择，允许在垂直位置安装系统，特别推荐用于非常低的测量值。麦珂威尔的齿槽转矩系统软件可以自定义测试的转向，无论是CW还是CCW还是双向检测，都可以通过软件自动完成测试。并根据设定的上下限来判定电机合格或不合格。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型的结构简单、新颖，设计合理，可用于电机的摩擦转矩与齿槽转矩测试，采用仪器化测试代替传统的采用滑轮砝码并通过人工观察方式，仪器化测试具有测试精度高，单次测试的耗时短，测试结果准确的优点。
2、本实用新型的扭矩传感器与伺服电机之间设置有谐波减速机，伺服电机与谐波减速机搭配可解决当齿槽转矩大于摩擦转矩时齿槽转矩波峰波谷测量不准的问题，同时可解决电机
3、本实用新型还设置有扭矩限制器，扭矩限制器能够保护扭矩传感器，防止扭矩传感器在过载使用时损坏。
4、本实用新型可精确地测量及记录整个电机从0-360°整个过程监控分辨率最高可达0.01°，传感器的精度为0.1％FLS，最高采样数率可达48000笔/圈，响应能力为100KHZ，来确保数据的实时性与准确性，控制精度是通伺服电机加谐波减速来确保控制精度与加载分辨率，正常会选择380°取中间的360°，解决伺服电机启动与停止时的抖动问题。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，其特征在于：包括机架(1)、伺服电机(2)、扭矩传感器(3)、第一联轴器(4)、被测电机定位治具(5)和治具安装座(6)，所述伺服电机(2)通过安装架(7)朝下安装在机架(1)的上端，所述扭矩传感器(3)安装在安装架(7)的下端并位于伺服电机(2)下方，所述扭矩传感器(3)的上端输入部位与伺服电机(2)的输出轴相连接，所述扭矩传感器(3)的下端输出部位安装有用于连接被测电机(8)的输出轴的第一联轴器(4)，所述治具安装座(6)安装在机架(1)的底板上，所述被测电机定位治具(5)安装在治具安装座(6)上并位于第一联轴器(4)下方。
2.根据权利要求1所述的一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，其特征在于：还包括谐波减速机(9)，所述谐波减速机(9)安装在安装架(7)上且位于扭矩传感器(3)与伺服电机(2)之间，所述谐波减速机(9)的上端输入部位与伺服电机(2)的输出轴相连接，所述谐波减速机(9)的下端输出部位与扭矩传感器(3)的上端输入部位相连接。
3.根据权利要求1所述的一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，其特征在于：还包括扭矩限制器(10)，所述扭矩限制器(10)安装在安装架(7)上且位于伺服电机(2)与扭矩传感器(3)之间，所述扭矩限制器(10)的上端输入部位与伺服电机(2)的输出轴相连接，所述扭矩限制器(10)的下端输出部位与扭矩传感器(3)的上端输入部位相连接。
4.根据权利要求1所述的一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，其特征在于：所述被测电机定位治具(5)包括治具底板(51)、治具侧板(52)、角部夹块(53)、夹块锁紧螺丝(54)、螺杆(55)和压杆(56)，所述治具侧板(52)竖立安装在治具底板(51)上，所述治具侧板(52)的上下部两侧均贯穿设置有若干个沿着水平方向间隔布置的侧板螺丝孔(521)，所述角部夹块(53)设有两个并呈左右对称地布置于治具侧板(52)的内侧，两个角部夹块(53)的内侧均设置有夹块斜面，所述角部夹块(53)上贯穿设置有夹块螺丝孔(531)，所述夹块锁紧螺丝(54)安装在夹块螺丝孔(531)和侧板螺丝孔(521)中，从而将角部夹块(53)锁紧在治具侧板(52)上，所述螺杆(55)设有两根，所述螺杆(55)横向布置并与治具侧板(52)相垂直，所述螺杆(55)的一端分别与治具侧板(52)的两侧相连接，所述螺杆(55)分别位于各自对应的角部夹块(53)外侧，所述压杆(56)可平移地安装在两根螺杆(55)的一端，两根螺杆(55)的另一端上均设置有用于锁压住压杆(56)的锁压螺丝(57)。
5.根据权利要求1所述的一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，其特征在于：所述治具安装座(6)设置为三维可调式底座。
6.根据权利要求1所述的一种电机摩擦转矩与齿槽转矩测试设备，其特征在于：所述治具安装座(6)包括Z轴升降滑台(61)和XY轴可调底座(62)，所述XY轴可调底座(62)安装在Z轴升降滑台(61)上。
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