一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试方法及装置与流程

本发明涉及一种电机启动特性测试技术，尤其是一种超声电机启动响应特性测试技术，具体地说是一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试方法及装置。

背景技术：

超声电机是一种全新概念的微特电机，是利用压电材料的逆压电效应，激发超声频率的振动，并通过定、转子之间的摩擦作用产生旋转（直线）运动，输出功率，驱动负载。超声电机具有结构紧凑、低速大转矩、响应速度快、可直接驱动负载、无电磁干扰等优点，在微型机器人、汽车、航空航天、精密定位仪、光学仪器、内窥镜及武器装备等领域具有广阔的应用前景。

根据旋转行波型超声电机的特点，可知其非常适用于各种伺服控制场合。但目前对影响伺服控制的旋转行波型超声电机启动特性的研究相对滞后，处于起步阶段。目前，对超声电机的启动响应时间的测试主要是将电机启动达到平均转速的5%作为启动起始点，将达到平均转速的90%作为终止点，虽然一般认为超声电机是毫秒级响应，但是通电到电机达到平均转速的5%的这一段时间被人为的忽略，以往的分析研究缺乏对这一时间段的研究测试。并且以往对超声电机的启动特性研究没有考虑到负载条件，这样的测试模型与超声电机实际应用有一定的出入。

为产生两相驻波并满足其空间相位差，通常将压电环形陶瓷元件按图3方式进行极化和配置，即在两相极化区中间留有和的区域，其中常把正向极化的区域用来提供反馈信号，称为孤极。

故发明人考虑到启动特性对于超声电机性能的重要性，利用超声电机的孤极来实现对电信号获取的反馈，通过改变砝码重量的方式，测试不同载荷下超声电机的启动特性而搭建的测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的超声电机启动特性方式不能准确反映电机特性的问题，发明一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试方法，同时提供一种相应的检测装置。

本发明的技术方案之一是：

一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，利用测试仪器首次检测到超声电机的孤极反馈信号的时刻作为测量超声电机的启动时间的起始时刻；

其次，利用编码器测量超声电机的实时转速，取达到电机稳定速度的90%的时刻作为电机的启动结束时刻；

第三，将超声电机启动的起始时刻到超声电机启动结束时刻的这段时间作为超声电机启动时间；

第四，更换悬吊的不同重量的砝码重复步骤一到三，测得超声电机在不负载下的启动时间。

所述的超声电机的压电陶瓷片经过逆压电效应产生振动，超声电机压电陶瓷的孤极由压电效应产生电信号，把检测到孤极电信号的时刻作为超声电机启动响应检测的起始点，将电机输出达到平均转速90%作为启动响应的终止点，将这段时间作为超声电机的启动响应时间。

所述的测试仪器用于将压电陶瓷孤极信号反馈到采集卡。

为产生两相驻波并满足其空间相位差，通常将压电环形陶瓷元件按图３方式进行极化和配置，即在两相极化区中间留有和的区域，其中常把正向极化的区域用来提供反馈信号，称为孤极。

超声电机安装在电机底座上，超声电机输出轴与传动轴由刚性轴套连接，负载圆盘固定在传动轴上，砝码通过外接定滑轮装置固定在负载圆盘上，通过悬吊不同载荷的砝码来调节负载的大小，传动轴和光电编码器通过刚性套连接，超声电机和传动轴及光电编码器传动轴为同轴传动，保持轴之间对中将会使超声电机输出力矩转速保持恒定，从而保证光电编码器可以较为真实的测得超声电机输出的转速。

本发明的技术方案之二是：

一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试装置，其特征是它包括一用于测量孤极反馈信号的测试仪器19、一外接负载和一底板18，底板18上安装有电机竖板1、竖板5、厚竖板9和后板11，电机竖板1上安装有一个超声电机夹持装置2，超声电机3夹持在超声电机夹持装置2上，测试仪器19通过信号检测线与超声电机3的信号输出端相连；超声电机3的输出轴通过间隙配合套在第一刚性套筒4的一端中，第一刚性套筒4的另一端经过间隙配合与传动轴8相连，传动轴8穿过竖板5，竖板5的孔间隙配合有轴承6，轴承6的内圈由传动轴8的轴肩固定，负载圆盘7通过定位螺丝固定在传动轴8上，厚竖板9上钻有孔，传动轴8穿过厚竖板9，深沟球轴承10间隙配合于厚竖板9的孔中，深沟球轴承10的内圈也由传动轴8的轴肩固定，传动轴8的另一端间隙配合于第二刚性套筒13的一侧孔，第二刚性套筒13的另一端与光电编码器12的输入轴相连，光电编码器12通过螺丝夹持在后板11上，光电编码器12反馈超声电机的转速；外接负载由外接底座14、支架15、滑轮轴16和定滑轮17组成，支架16向外倾斜一个角度，防止砝码20与实验平台碰撞而影响实验数据的准确性，外接底座14通过底座18的光槽用螺栓紧固，支架15通过螺栓固定在外接底座14上，深沟球轴承通过滑轮轴16的轴肩和与支架的孔间隙配合固定，定滑轮17通过键固定在滑轮轴16上，负载圆盘7的凹槽绕有细绳，细绳再外接到定滑轮17的凹槽上，砝码20系绕在细绳绕过定滑轮17的一端上，通过改变砝码的大小以此改变负载的大小。

所述的电机竖板1、竖板5、厚竖板9和后板11通过螺栓紧固在底座18的滑槽中。

所述的测试仪器19中安装有采集压电陶瓷孤极信号的采集卡。

本发明的有益效果：

1）利用孤极反馈信号作为启动特性测试的起始点，测试结果相较于将平均转速5%定义为起始点更加准确，更能够真实地反映超声电机启动响应时间；2）通过外接定滑轮绕接砝码的方法，可以轻便简单地改变载荷的大小。

附图说明

图1为本发明的测试平台的轴测结构示意图。

图2为本发明的测试平台俯视结构示意图。

图3为本发明的压电陶瓷的极化分区示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1-3所示。

一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试方法，它包括以下步骤：

首先，利用测试仪器首次检测到超声电机的孤极反馈信号的时刻作为测量超声电机的启动时间的起始时刻；如图3

其次，利用编码器测量超声电机的实时转速，取达到电机稳定速度的90%的时刻作为电机的启动结束时刻；

第三，将超声电机启动的起始时刻到超声电机启动结束时刻的这段时间作为超声电机启动时间；

第四，更换悬吊的不同重量的砝码重复步骤一到三，测得超声电机在不负载下的启动时间如图1、2所示。

超声电机的压电陶瓷片经过逆压电效应产生振动，超声电机压电陶瓷的孤极由压电效应产生电信号，把检测到孤极电信号的时刻作为超声电机启动响应检测的起始点，将电机输出达到平均转速90%作为启动响应的终止点，将这段时间作为超声电机的启动响应时间。紧固在传动轴上的负载圆盘和通过外接定滑轮装置，悬吊不同重量的砝码可以较为方便的实现在不同负载情况下超声电机启动响应特性的研究。

实施例二。

如图1-3所示。

一种基于孤极反馈的超声电机启动特性测试装置，它包括一用于测量孤极反馈信号的测试仪器19、一外接负载和一底板18，测试仪器19为常规电信号测试仪，可自行设计或直接从市场购置，一般来说，测试仪器18中安装有采集压电陶瓷孤极信号的采集卡即可实现本发明的孤极信号捕捉，并将捕捉到孤极信号的时刻作为响应时间检测的起始时刻。底板18上安装有电机竖板1、竖板5、厚竖板9和后板11，电机竖板1、竖板5、厚竖板9和后板11均可通过螺栓紧固在底座18的滑槽中。电机竖板1上安装有一个超声电机夹持装置2，超声电机3夹持在超声电机夹持装置2上，测试仪器19通过信号检测线与超声电机3的信号输出端相连；超声电机3的输出轴通过间隙配合套在第一刚性套筒4的一端中，第一刚性套筒4的另一端经过间隙配合与传动轴8相连，传动轴8穿过竖板5，竖板5的孔间隙配合有轴承6，轴承6的内圈由传动轴8的轴肩固定，负载圆盘7通过定位螺丝固定在传动轴8上，厚竖板9上钻有孔，传动轴8穿过厚竖板9，深沟球轴承10间隙配合于厚竖板9的孔中，深沟球轴承10的内圈也由传动轴8的轴肩固定，传动轴8的另一端间隙配合于第二刚性套筒13的一侧孔，第二刚性套筒13的另一端与光电编码器12的输入轴相连，光电编码器12通过螺丝夹持在后板11上，光电编码器12反馈超声电机的转速；外接负载由外接底座14、支架15、滑轮轴16和定滑轮17组成，支架16向外倾斜一个角度，防止砝码20与实验平台碰撞而影响实验数据的准确性，外接底座14通过底座18的光槽用螺栓紧固，支架15通过螺栓固定在外接底座14上，深沟球轴承通过滑轮轴16的轴肩和与支架的孔间隙配合固定，定滑轮17通过键固定在滑轮轴16上，负载圆盘7的凹槽绕有细绳，细绳再外接到定滑轮17的凹槽上，砝码20系绕在细绳绕过定滑轮17的一端上，通过改变砝码的大小以此改变负载的大小。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。