CN103698700B - 一种平面电机的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机检测技术领域，公开了一种平面电机的检测装置，包括：测试平台、伺服电机、测量机构、红外线组件、力矩传感器和一组或者两组移动机构，测试平台用于承放待检测的平面电机；力矩传感器安装在平面电机的动子上；移动机构包括电控平移台和电控旋转台，电控平移台安装在测试平台上，且位于平面电机的外侧；电控旋转台安装在所述电控平移台上；测量机构安装在电控旋转台和力矩传感器上，且与伺服电机连接；红外线组件与测量机构相对应设置。本发明提供的检测装置具有结构简单，操作便捷，测量精确的优点。

Description

一种平面电机的检测装置

技术领域

本发明涉及电机检测技术领域，特别是涉及一种平面电机的检测装置。

背景技术

平面电机作为替代由两台甚至多台直线电机或旋转电机加滚珠丝杠机构装置组合实现动子平面运动的机构，是精密定位平台的关键部分，其具有简化***、提高***精度和灵敏度高等特点。但平面电机磁场端部效应明显、等效气隙较大等因素影响其推力特性以及磁阵磁感应强度分布情况，故对平面电机推力参数和电磁参数的精确测量极为重要。

平面电机检测存在以下难点：第一，平面电机尺寸较大，现有的检测平台较大，检测装置尺寸庞大，设计和加工困难，且不便移动；第二，平面电机在加工过程中可能存在加工误差导致电机磁阵及其它电磁参数不能完全对称，故要求其检测装置能够测量平面电机上任一轨迹；第三，平面电机的检测装置需要确定其测量轨迹与待测轨迹是否重合。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供结构简单，操作便捷，测量精确的平面电机的检测装置。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种平面电机的检测装置，包括：测试平台、伺服电机、测量机构、红外线组件、力矩传感器和一组或者两组移动机构，所述测试平台用于承放待检测的平面电机；所述力矩传感器安装在所述平面电机的动子上；所述移动机构包括电控平移台和电控旋转台，所述电控平移台安装在所述测试平台上，且位于所述平面电机的外侧；所述电控旋转台安装在所述电控平移台上；所述测量机构安装在所述电控旋转台和所述力矩传感器上，且与所述伺服电机连接；所述红外线组件与所述测量机构相对应设置。

其中，所述电控平移台包括平移台导槽、平移台螺杆、平移台滑块和平移台电机，所述平移台导槽安装在所述测试平台上，所述平移台螺杆安装在所述平移台导槽内，沿所述平移台导槽延伸，所述平移台滑块安装在所述平移台螺杆上，所述平移台电机与所述平移台螺杆连接；所述电控旋转台包括旋转台托台、旋转台电机和旋转台转动部分，所述旋转台转动部分与旋转台电机相连接，且均安装在所述旋转台托台上；所述旋转台托台固定在所述平移台滑块上。

其中，所述移动机构为两组，两组所述移动机构安装在所述平面电机的两侧；所述伺服电机设置在所述测试平台上，且位于其中一组所述移动机构的旁边；所述测量机构为钢绳滑轮机构，所述钢绳滑轮机构包括第一钢绳、第二钢绳、第一滑轮单元、第二滑轮单元和第三滑轮单元，所述第一滑轮单元和第二滑轮单元分别安装在所述旋转台转动部分上，所述第三滑轮单元与所述伺服电机连接；所述第一钢绳的一端缠绕在所述第一滑轮单元上，另一端与所述力矩传感器连接；所述第二钢绳的一端缠绕在所述第三滑轮单元上，另一端与所述力矩传感器连接，且穿设在所述第二滑轮单元上。

其中，所述红外线组件包括发射单元和接收单元，所述发射单元安装在第一滑轮单元上；所述接收单元安装在所述第二滑轮单元上；或者所述发射单元安装在第二滑轮单元上；所述接收单元安装在所述第一滑轮单元上。

其中，所述红外线组件包括发射单元和两个接收单元，所述发射单元为双向发射器，所述双向发射器安装在所述力矩传感器上，两个所述接收单元分别安装在所述第一滑轮单元和第二滑轮单元上。

其中，所述移动机构为一组；所述伺服电机安装在所述旋转台转动部分上；所述测量机构为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构的丝杠一端与所述伺服电机连接，所述滚珠丝杠机构的螺母安装在所述力矩传感器上；所述红外线组件包括发射单元和接收单元，所述发射单元安装在伺服电机上，所述接收单元安装在所述力矩传感器上。

其中，所述移动机构为一组；所述伺服电机安装在所述旋转台转动部分上；所述测量机构为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构的丝杠一端与所述伺服电机连接，所述滚珠丝杠机构的螺母安装在所述力矩传感器上；所述红外线组件包括发射单元和接收单元，所述发射单元安装在力矩传感器上，所述接收单元安装在所述伺服电机上。

其中，所述伺服电机与所述丝杠通过联轴器连接。

其中，所述平移台导槽为长导槽或短导槽。

其中，所述力矩传感器为多自由度力矩传感器。

(三)有益效果

本发明提供的平面电机的检测装置，具有以下优点：

(1)通过电控平移台和电控旋转台控制钢丝滑轮组件和滚珠丝杠机构的测量位置与角度，简化了平面电机检测装置的结构；

(2)采用钢绳滑轮组件和滚珠丝杠机构进行传动且使用伺服电机对平面电机加载，提高测试精度，使平面电机的测试更加便捷；

(3)采用红外线发射装置和红外线接收装置检测测量机构的测量轨迹与待测轨迹是否重合，使测量更加精确；

(4)采用多自由度的力矩传感器测量平面电机的推力特性，具有操作便捷、精度高的优点。

附图说明

图1为本发明的实施例1的立体图；

图2为本发明的实施例1的示意图；

图3为本发明的实施例1的移动机构的立体图；

图4为本发明的电控平移台的立体图；

图5为本发明的电控旋转台的立体图；

图6为本发明的实施例3的立体图；

图7为本发明的实施例3的示意图；

图8为本发明的实施例3的双向发射器的结构图；

图9为本发明的实施例4的立体图

图10为本发明的实施例4的示意图；

图11为本发明的实施例4的移动机构的立体图；

图12为本发明的实施例5的立体图；

图13为本发明的实施例5的示意图。

图中，1：测试平台；2：平面电机；3：电控平移台；4：电控旋转台；5：伺服电机；6a：第一滑轮单元；6b：第二滑轮单元；7：滚珠丝杠机构；8a、8b、8c、8d：发射单元；9a、9b、9c、9d：接收单元；10：力矩传感器；11：平移台电机；12：平移台导槽；13：平移台螺杆；14：平移台滑块；15：旋转台托台；16：旋转台电机；17：信号接口；18：旋转台转动部分；19：红外线发射光源；20：红外线分光器；21、22、23：红外线反射镜；24：第一钢绳；25：第二钢绳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

图1给出了一种检测装置实施方式的立体图，图2给出了图1所示实施方式的示意图。图3给出了移动机构部分的立体图，图4为检测装置的电控平移台的立体结构图；图5为检测装置的电控旋转台的立体结构图。如图1至5所示，本发明的一种平面电机的检测装置，包括：测试平台1、伺服电机5、测量机构、红外线组件、力矩传感器10和两组移动机构，力矩传感器10采用多自由度力矩传感器。测试平台1用于承放待检测的平面电机2和移动机构。力矩传感器10安装在平面电机2的动子上；移动机构包括电控平移台3和电控旋转台4，电控平移台3安装在测试平台1上，且位于平面电机2的外侧；电控旋转台4安装在电控平移台3上；两组移动机构安装在平面电机2的两侧；平面电机2的两侧是指平面电机2的相邻的两侧和相对的两侧。电控平移台3包括平移台导槽12、平移台螺杆14、平移台滑块13和平移台电机11，平移台导槽12为长导槽，平移台导槽12安装在测试平台1上；平移台螺杆14安装在平移台导槽12内，且沿平移台导槽12的槽体延伸；平移台滑块13安装在平移台螺杆14上，平移台电机11与平移台螺杆14连接。电控旋转台4包括旋转台托台15、旋转台电机16和旋转台转动部分18，旋转台转动部分18与旋转台电机16相连接，且均安装在旋转台托台15上；旋转台托台15固定在平移台滑块13上；旋转台电机16上设有信号接口17，接收外部控制装置的信号，从而驱动旋转台转动部分18转动。平移台电机11也与外部控制装置连接，接收控制信号，从而驱动电控旋转台4沿平移台导槽12直线移动。测量机构安装在电控旋转台4和力矩传感器10上，且与伺服电机5连接。伺服电机5设置在测试平台1上，且位于其中一组移动机构的旁边。测量机构为钢绳滑轮机构，钢绳滑轮机构包括第一钢绳24、第二钢绳25、第一滑轮单元6a、第二滑轮单元6b和第三滑轮单元(图未视出)，第一滑轮单元6a和第二滑轮单元6b分别安装在旋转台转动部分18上，第三滑轮单元与伺服电机5连接。第一钢绳24的一端缠绕在第一滑轮单元6a上，另一端与力矩传感器10通过捆扎连接；第二钢绳25的一端缠绕在第三滑轮单元上，另一端与力矩传感器10通过捆扎连接，且第二钢绳的中段穿设在第二滑轮单元6b上。红外线组件与测量机构相对应设置，所述对应设置是指红外线组件的设置位置与测量机构的设置相对应，红外线组件能够测量测量机构的位置。红外线组件包括发射单元8a和接收单元9a，发射单元8a安装在第二滑轮单元6b上；接收单元9a安装在第一滑轮单元6a上。

具体工作原理如下：

首先，要确定测量机构的测量轨迹与待测轨迹重合。如图2所示，根据待测轨迹，通过驱动与第二滑轮单元6b相连的电控平移台3和电控旋转台4，使第二滑轮单元6b的出线位置及角度满足待测轨迹的要求，设置在第二滑轮单元6b上的红外线发射单元8a发射红外线，根据设置在第一滑轮单元6a上的红外线接受单元9a接收到的红外线强弱来确定第一滑轮单元6a的出线位置及角度是否满足待测轨迹的要求，进而确定测量机构的测量轨迹与待测轨迹是否重合。具体如下：驱动与第二滑轮单元6b相连的电控平移台3，使与其滑块相连的电控旋转台4及第二滑轮单元6b处于既定位置，即第二滑轮单元6b出线位置处于待测的平面电机(2)动子待测轨迹上；驱动该电控旋转台(4)，使第二滑轮单元6b旋转到既定角度，即第二滑轮单元6b的出线方向与待测的平面电机(2)动子运动轨迹重合，开启设置在第二滑轮单元6b上的红外线的发射单元8a，确定第一滑轮单元6a的出线位置及角度；驱动与第一滑轮单元6a相连的电控平移台(3)以及与该电控平移台(3)相连的电控旋转台(4)，根据设置在第一滑轮单元6a上的红外线的接收单元9a接收到的红外线强弱来判断红外线与钢绳的重合情况，进而确定第一滑轮单元6a处于该交点处并且其出线方向与待测动轨迹方向一致。

然后，对待测平面电机2进行负载、空载和堵动试验，进而测量和计算得到其推力参数和电磁参数。具体如下：

通过伺服电机5给待测的平面电机2加载，平面电机2通入额定电流I且以同步速度v匀速沿待测轨迹运动，平面电机2推力作用在力矩传感器10上，并输出与电机推力呈线性关系的电信号u_o(V)，通过转换得到平面电机2推力的最大值F_max(N)、最小值F_min(N)和机电时间常数，计算得到推理波动系数K_Fb为

$K_{Fb}=\frac{F_{max}-F_{min}}{F_{max}+F_{min}}\×100\%$

平面电机2处于空载状态，伺服电机5拖动平面电机2动子以不同速度运行，同时携带三维高斯探头空间逐点扫描，计算机成象，得到空间磁场三维分布图。平面电机速度稳定后，测量其在不同速度下的线间电动势，计算得到电机的反电动势常数。

平面电机2处于堵动状态，通入额定电流I_e(A)，随后在平面电机2温升稳定的情况下不断增大电流，同时测得力矩传感器10的输出情况，转化得到平面电机2的峰值推力F(N)、峰值相电流I_max(A)和电气时间常数，计算得到平面电机的推力常数K_f为。

$K_f=\frac{F}{I_{max}}$

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于：红外线组件包括发射单元8a和接收单元9a，发射单元8a安装在第一滑轮单元6a上；接收单元9a安装在第二滑轮单元6b上。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于：如图6至8所示，图6给出了平移台导槽12为短导槽的检测装置的立体图，图7给出了示意图。红外线组件包括发射单元8b和两个接收单元9b，发射单元8b为双向发射器，双向发射器安装在力矩传感器10上，两个接收单元9b分别安装在第一滑轮单元6a和第二滑轮单元6b上。图8给出了双向发射红外线的双向发射器的工作示意图，包括红外线发射光源19，红外线分光器20，三个红外线反射镜21、22、23。红外线发射光源19发出的红外线经过红外线分光器20分成相互垂直的两束红外线，其中一束沿原方向发射出去，另一束垂直于原发射方向的红外线射向一个与原发射方向成135度角的红外线反射镜21，进而反射得到一束与原发射方向平行且方向相反的红外线，该束红外线经过与原发射方向成45度角的红外线反射镜22和与原发射方向成135度角的红外线反射镜23后，最后得到一束与红外线发射光源19发出的红外线方向相反、路径重合的红外线沿反方向发射出去。

实施例4：

图9给出了另一种检测装置实施方式的立体图，图10给出了图9所示实施方式的示意图，图11给出了本实施方式的移动机构的立体图。如图3、4、9、10、和11所示，本发明的一种平面电机的检测装置，包括：测试平台1、伺服电机5、测量机构、红外线组件、力矩传感器10和一组移动机构，力矩传感器10采用多自由度力矩传感器。测试平台1用于承放待检测的平面电机2和移动机构。力矩传感器10安装在平面电机2的动子上；移动机构包括电控平移台3和电控旋转台4，电控平移台3安装在测试平台1上，且位于平面电机2的外侧；电控旋转台4安装在电控平移台3上；电控平移台3包括平移台导槽12、平移台螺杆14、平移台滑块13和平移台电机11，平移台导槽12采用长导槽，平移台导槽12安装在测试平台1上；平移台螺杆14安装在平移台导槽12内，且沿平移台导槽12的槽体延伸；平移台滑块13安装在平移台螺杆14上，平移台电机11与平移台螺杆14连接。电控旋转台4包括旋转台托台15、旋转台电机16和旋转台转动部分18，旋转台转动部分18与旋转台电机16相连接，且均安装在旋转台托台15上；旋转台托台15固定在平移台滑块13上；旋转台电机16上设有信号接口17，接收外部控制装置的信号，从而驱动旋转台转动部分18转动。平移台电机11也与外部控制装置连接，接收控制信号，从而驱动电控旋转台4沿平移台导槽12直线移动。测量机构安装在电控旋转台4和力矩传感器10上，且与伺服电机5连接。伺服电机5安装在旋转台转动部分18上；测量机构为滚珠丝杠机构7，滚珠丝杠组件7由螺母、滚珠和丝杠组成，滚珠丝杠机构7的丝杠一端通过联轴器与伺服电机5连接，滚珠丝杠机构7的螺母安装在力矩传感器10上；红外线组件包括发射单元8c和接收单元9c，发射单元8c安装在伺服电机5上，接收单元9c安装在力矩传感器10上。

具体工作原理如下：

首先，要确定测量机构的测量轨迹与待测轨迹重合。如图10所示，根据待测轨迹，计算得到电控平移台3滑块位置、电控旋转台4旋转角度以及平面电机2的动子位置。开启发射单元8c发射红外线，根据设置在平面电机2动子上接收单元9c接收到的红外线强弱来判断红外线与丝杠的重合情况，进一步调整电控平移台3的滑块位置和电控旋转台4的旋转角度，进而确定测量机构的测量轨迹与待测轨迹重合。

然后，对待测平面电机2进行负载、空载和堵动试验，进而测量和计算得到其推力参数和电磁参数。具体如下：

取平面电机2三相绕组中的一相通入恒定直流电流I，另两相绕组开路。通过伺服电机5给待测平面电机2加载，使其以某一恒定速度v匀速沿待测轨迹运动，平面电机2推力作用在力矩传感器10上，并输出与电机推力呈线性关系的电信号u_o(V)，通过转换得到平面电机2最大静推力F_max(N)和机电时间常数，平面电机2处于空载状态，即电机的三相绕组开路。通过伺服电机5拖动平面电机2以某一恒定速度v匀速沿待测轨迹运动。平面电机2动子携带三维高斯探头空间逐点扫描，计算机成象得到空间磁场三维分布图。同时多自由度力传感器10输出与电机推力波动呈线性关系的电信号u_o(V)，通过转换得到平面电机2推力波动幅值dF及其波形，进而计算得到推理波动系数K_Fb。平面电机速度稳定后，测量其在不同速度下的线间电动势，计算得到电机的反电动势常数。

平面电机2处于堵动状态，通入额定电流I_e(A)，随后在平面电机2温升稳定的情况下不断增大电流，同时测得多自由度力传感器10的输出情况，转化得到平面电机2的峰值推力F(N)、峰值相电流I_max(A)和电气时间常数，计算得到平面电机的推力常数K_f为。

实施例5：

本实施例与实施例4基本相同，所不同之处在于：图12给出了平移台导槽12为短导槽的检测装置的立体图，图7给出了示意图。如图12至13所示，本实施方式的发射单元8d安装在力矩传感器10上，接收单元9d安装在伺服电机5上。根据待测轨迹计算得到平面电机2的动子位置和发射单元8d发射红外线的方向，根据设置在伺服电机5上的接收单元9d接收到的红外线强弱来判断红外线与丝杠的重合情况，进而调整电控平移台3滑块位置及该电控旋转台4旋转角度，进而确定测量机构的测量轨迹与待测轨迹重合。其中在电控平移台3滑块位置的调节中，粗调由整体移动电控平移台3来实现，微调由驱动电控平移台3使其滑块滑动来实现。

然后，对待测平面电机2进行测量和计算得到其推力参数和电磁参数，具体方法与实施例4相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平面电机的检测装置，其特征在于，包括：测试平台、伺服电机、测量机构、红外线组件、力矩传感器和一组或者两组移动机构，所述测试平台用于承放待检测的平面电机；所述力矩传感器安装在所述平面电机的动子上；所述移动机构包括电控平移台和电控旋转台，所述电控平移台安装在所述测试平台上，且位于所述平面电机的外侧；所述电控旋转台安装在所述电控平移台上；所述测量机构安装在所述电控旋转台和所述力矩传感器上，且与所述伺服电机连接；所述红外线组件与所述测量机构相对应设置。

2.如权利要求1所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述电控平移台包括平移台导槽、平移台螺杆、平移台滑块和平移台电机，所述平移台导槽安装在所述测试平台上，所述平移台螺杆安装在所述平移台导槽内，沿所述平移台导槽延伸，所述平移台滑块安装在所述平移台螺杆上，所述平移台电机与所述平移台螺杆连接；所述电控旋转台包括旋转台托台、旋转台电机和旋转台转动部分，所述旋转台转动部分与旋转台电机相连接，且均安装在所述旋转台托台上；所述旋转台托台固定在所述平移台滑块上。

3.如权利要求2所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述移动机构为两组，两组所述移动机构安装在所述平面电机的两侧；所述伺服电机设置在所述测试平台上，且位于其中一组所述移动机构的旁边；所述测量机构为钢绳滑轮机构，所述钢绳滑轮机构包括第一钢绳、第二钢绳、第一滑轮单元、第二滑轮单元和第三滑轮单元，所述第一滑轮单元和第二滑轮单元分别安装在所述旋转台转动部分上，所述第三滑轮单元与所述伺服电机连接；所述第一钢绳的一端缠绕在所述第一滑轮单元上，另一端与所述力矩传感器连接；所述第二钢绳的一端缠绕在所述第三滑轮单元上，另一端与所述力矩传感器连接，且穿设在所述第二滑轮单元上。

4.如权利要求3所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述红外线组件包括发射单元和接收单元，所述发射单元安装在第一滑轮单元上；所述接收单元安装在所述第二滑轮单元上；或者所述发射单元安装在第二滑轮单元上；所述接收单元安装在所述第一滑轮单元上。

5.如权利要求3所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述红外线组件包括发射单元和两个接收单元，所述发射单元为双向发射器，所述双向发射器安装在所述力矩传感器上，两个所述接收单元分别安装在所述第一滑轮单元和第二滑轮单元上。

6.如权利要求2所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述移动机构为一组；所述伺服电机安装在所述旋转台转动部分上；所述测量机构为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构的丝杠一端与所述伺服电机连接，所述滚珠丝杠机构的螺母安装在所述力矩传感器上；所述红外线组件包括发射单元和接收单元，所述发射单元安装在伺服电机上，所述接收单元安装在所述力矩传感器上。

7.如权利要求2所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述移动机构为一组；所述伺服电机安装在所述旋转台转动部分上；所述测量机构为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构的丝杠一端与所述伺服电机连接，所述滚珠丝杠机构的螺母安装在所述力矩传感器上；所述红外线组件包括发射单元和接收单元，所述发射单元安装在力矩传感器上，所述接收单元安装在所述伺服电机上。

8.如权利要求6所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述伺服电机与所述丝杠通过联轴器连接。

9.如权利要求2所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述平移台导槽为长导槽或短导槽。

10.如权利要求2所述的平面电机的检测装置，其特征在于，所述力矩传感器为多自由度力矩传感器。