CN112198344A - 一种全自由度无轴承电机测试平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全自由度无轴承电机测试平台，属于电机实验与测试领域。包括旋转结构、安装台，以及关于轴向对称由里及外依次安装于安装台上的L支架、压力测量结构以及径向加载结构；所述安装台安装于旋转结构上，用于通过旋转结构控制安装台与安装于安装台上的测试设备实现在不同无轴承电机安装方式下测试全自由度无轴承电机的电机性能。本发明当进行全自由度无轴承电机动态性能试验时，不使用机械轴承作为支撑作用，可以真实反映、测试全自由度无轴承电机的各自由度动态悬浮性能。

Description

一种全自由度无轴承电机测试平台
技术领域
本发明涉及电机实验与测试领域，具体涉及一种全自由度无轴承电机测试平台。
背景技术
无轴承电机将磁轴承集成与电机模块中，依靠电磁力实现电机转子的稳定悬浮，不需要机械轴承进行支撑。因此无轴承电机不存在转子高速下摩擦损耗大，发热严重，寿命有限等问题，并且解决了在航空航天等高真空领域中机械轴承润滑油选型困难等问题，由于不存在机械轴承润滑油泄露、金属碎屑污染，非常适合高洁净度领域。
电机转子除转速这一绕旋转轴旋转自由度需要被主动控制外，在无轴承电机中还需要为其余五个自由度提供主动或被动的控制。当前常规方案主要包括单自由度，双自由度，三自由度，四自由度及全自由度五种类型。然而由于无轴承电机其目的在于取消机械轴承的使用，因此实验测试时，也应该注意测试其在不存在机械轴承的情况下电机的稳态与动态稳定性及控制性能，这要求电机转子与测试平台之间不能通过机械轴承固定。同时针对无轴承电机各自由度控制性能的调试与测试要求，台架还应该拥有各自由度加载与应力测试功能。针对无轴承电机可能存在的各种安装方式，测试台架还需要具备在各种无轴承电机安装方式下测试电机无轴承悬浮性能的功能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或需改进需求，本发明提出了一种全自由度无轴承电机测试平台。目的在于解决传统无轴承电机测试平台由于机械轴承等的存在，无法真实测试无轴承电机在无机械轴承状态下的实际性能的问题。
本发明提供的全自由度无轴承电机测试平台可实现全自由度无轴承电机静态性能测试与全自由度无轴承电机动态性能测试，包括旋转结构、安装台，以及关于轴向对称由里及外依次安装于安装台上的L支架、压力测量结构，以及径向加载结构。安装台安装在旋转结构上，可通过旋转结构控制安装台与安装于安装台上的测试设备实现在不同无轴承电机安装方式下测试全自由度无轴承电机的电机性能。
进一步地，旋转结构包括丝杠，丝杠用于连接旋转结构底座与安装台。
进一步地，压力测量结构对称分布，每个压力测量结构包括四个径向压力传感器与一个轴向压力传感器。
进一步地，径向加载结构对称分布，通过径向加载结构上的滑轮与光滑导管对无轴承电机的转子转轴施加各自由度方向上的扰动。
进一步地，L型支架用于将全自由度无轴承电机固定于测试平台上。
在进行全自由度无轴承电机静态性能测试时，可通过安装压力测量结构，压力测量结构通过对固定在转子轴上的机械轴承施力，调整转子至指定位置与角度，通过读取各压力传感器上的数据，即可测得在该转子位置下，转子所受的各自由度悬浮力与回复力矩，从而可以得到全自由度无轴承电机单位位移悬浮力(回复力矩)系数，同时也可以测试各自由度悬浮力(回复力矩)随转子角度变化曲线。同理，此时若通入不同的悬浮电流，也可以得到全自由度无轴承电机单位电流悬浮力(回复力矩)系数，从而验证全自由度无轴承电机的设计与制造，并指导下一步全自由度无轴承电机动态控制的调试。
当进行全自由度无轴承电机动态性能测试时，可通过安装径向加载结构实现对无轴承电机径向所受外力的控制。径向加载装置采用滑轮与光滑导管保证了所施加的力沿各自由度轴线方向，不随无轴承电机安装角度变化。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明当进行全自由度无轴承电机动态性能试验时，不使用机械轴承作为支撑作用，可以真实反映、测试全自由度无轴承电机的各自由度动态悬浮性能。
本发明提出的全自由度无轴承电机测试平台可以通过径向加载结构灵活的控制各自由度的外加扰动，为测试全自由度无轴承电机动态抗扰动性能提供了完备的测试条件。
本发明通过对测试平台加载方式、测量方法与结构的创新，通过改进台架布局，所提的全自由度无轴承电机测试平台可以通过旋转结构灵活的控制安装台的角度，从而为测试全自由度无轴承电机在各种安装方式下的动静态性能提供了完备的测试条件。
附图说明
图1是本发明提供的全自由度无轴承电机测试平台的结构***图；
图2是本发明提供的全自由度无轴承电机测试平台的静态实验配置图；
图3是本发明提供的全自由度无轴承电机测试平台的动态实验配置图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的全自由度无轴承电机测试平台可实现全自由度无轴承电机静态性能测试与全自由度无轴承电机动态性能测试，包括旋转结构、安装台，以及关于轴向对称由里及外依次安装于安装台上的L支架、压力测量结构，以及径向加载结构。安装台安装在旋转结构上，可通过旋转结构控制安装台与安装于安装台上的测试设备实现在不同无轴承电机安装方式下测试全自由度无轴承电机的电机性能。
具体地，旋转结构包括丝杠，丝杠用于连接旋转结构底座与安装台。
具体地，压力测量结构对称分布，每个压力测量结构包括四个径向压力传感器与一个轴向压力传感器。
具体地，径向加载结构对称分布，通过径向加载结构上的滑轮与光滑导管对无轴承电机的转子转轴施加各自由度方向上的扰动。
具体地，L型支架用于将全自由度无轴承电机固定于测试平台上。
在进行全自由度无轴承电机静态性能测试时，可通过安装压力测量结构，压力测量结构通过对固定在转子轴上的机械轴承施力，调整转子至指定位置与角度，通过读取各压力传感器上的数据，即可测得在该转子位置下，转子所受的各自由度悬浮力与回复力矩，从而可以得到全自由度无轴承电机单位位移悬浮力(回复力矩)系数，同时也可以测试各自由度悬浮力(回复力矩)随转子角度变化曲线。同理，此时若通入不同的悬浮电流，也可以得到全自由度无轴承电机单位电流悬浮力(回复力矩)系数，从而验证全自由度无轴承电机的设计与制造，并指导下一步全自由度无轴承电机动态控制的调试。
当进行全自由度无轴承电机动态性能测试时，可通过安装径向加载结构实现对无轴承电机径向所受外力的控制。径向加载装置采用滑轮与光滑导管保证了所施加的力沿各自由度轴线方向，不随无轴承电机安装角度变化。
图1是本实施例提供的一种全自由度无轴承电机测试平台的结构***图。其中1、8为两个压力测量结构，每个压力测量结构包括四个径向压力传感器与一个轴向压力传感器，各压力传感器连接在压力传感器底座上，依靠手柄控制其径向、轴向位置，压力传感器作用于固定于转子轴上的机械轴承5外圆经打磨形成的平面上，2、7为两组径向加载结构，测试平台通过径向加载结构上的滑轮与光滑导管对转子转轴施加各自由度方向上的扰动，3、6为两组L型支架，用于将全自由度无轴承电机固定于测试平台上，4为全自由度无轴承电机，10为安装台，9为旋转结构，通过丝杠连接旋转结构底座与安装台，通过调节丝杠长度，可以调节安装台角度，模拟不同转子安装方式。
图2是图1实施例中测试平台静态测试配置图。测试平台静态实验只需安装压力测量结构。定义电机轴向方向为z轴方向，x轴方向平行于安装台旋转轴线，y轴方向根据右手定则确定。其中Fx1-Fx4是四个x方向压力传感器读数，Fy1-Fy4为四个y方向压力传感器读数，Fz1-Fz2是两个z方向压力传感器读数。通过调整各压力传感器手柄可以定位转子到指定位置，此时，在通入或不通入给定悬浮电流的情况下，通过读出各压力传感器读数，根据下式即可计算出此时转子所受的各自由度悬浮力与悬浮力矩。其中L1,L2分别为两侧压力测量结构距电机轴向中点长度，M为转子重量，θ为安装台倾斜角度。
Fx＝Fx1+Fx3-Fx2-Fx4
Fy＝Fy1+Fy3-Fy2-Fy4-Mg*sin(θ)
Tx＝L1*(Fx1-Fx2)+L2*(Fx4-Fx3)
Ty＝L1*(Fy1-Fy2)+L2*(Fy4-Fy3)
Fz＝Fz1-Fz2-Mg*cos(θ)
图3是图1实施例中测试平台动态测试配置图。测试平台动态实验只需安装径向加载结构。转子轴上的轴承通过可以自由滑动的细线与径向加载结构相连，实现了动态加载的基础上，也避免了动态测试中机械轴承对全自由度无轴承电机悬浮试验的影响。其中Ax1-Ax4为四个x方向的光滑导管，外部加载重物通过细线经光滑导管导向，准确将外部给定扰动施加与转子x轴上，同理Ay1-Ay4为4个y方向光滑导管，其中Ay1与Ay3另增加了滑轮实现外部扰动方向的转变。同理根据静态实验所用公式，可以计算出各自由度所需外部扰动对应的重物质量。Z方向扰动通过调整安装台角度实现。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，包括旋转结构、安装台，以及关于轴向对称由里及外依次安装于安装台上的L支架、压力测量结构以及径向加载结构；所述安装台安装于旋转结构上，用于通过旋转结构控制安装台与安装于安装台上的测试设备实现在不同无轴承电机安装方式下测试全自由度无轴承电机的电机性能。
2.根据权利要求1所述的全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，所述旋转结构包括丝杠，丝杠用于连接旋转结构底座与安装台。
3.根据权利要求1所述的全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，压力测量结构对称分布，每个压力测量结构包括四个径向压力传感器与一个轴向压力传感器。
4.根据权利要求1所述的全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，径向加载结构对称分布，通过径向加载结构上的滑轮与光滑导管对无轴承电机的转子转轴施加各自由度方向上的扰动。
5.根据权利要求1所述的全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，所述L型支架用于将全自由度无轴承电机固定于测试平台上。
6.根据权利要求1所述的全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，当用于进行全自由度无轴承电机静态性能测试时，压力测量结构用于对固定在无轴承电机的转子轴上的机械轴承施力。
7.根据权利要求1所述的全自由度无轴承电机测试平台，其特征在于，当用于进行全自由度无轴承电机动态性能测试时，径向加载结构用于对无轴承电机径向施加外力。
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