专利名称：直线电机特性测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直线电机特性测试系统，属于电机技术领域。
背景技术：
在现代加工工业领域，诸如激光切割、高速磨床、精密车床及加工中心等很多场合 都需要高速度高精度的直线运动，传统的方法只能借助于旋转电动机和滚珠丝杆等中间环 节来获得直线运动，这就不可避免地存在惯性大、摩擦大、有反向间隙等缺点。近年来，随着 直线电机技术的进步，越来越多的场合开始直接应用它来获得直线运动。由于采用直接驱 动技术，直线电机具有速度快、加速度高、定位精度高、行程长和动态响应快等优点，这恰恰 满足了高速精密加工技术的要求。但是，针对系统需求研制开发或购买的直线电机性能以及特性是否满足要求，如 何对直线电机系统性能作出正确、客观的评价，都需要有成熟的直线电机系统测试设备来 完成。已有的直线电机推力加载测试装置如图8所示，该装置由系统平台、直线电机的 动子、直线电机的定子、滑轮、传动绳以及砝码组成。它通过滑轮和传动绳，把砝码的自身重 量加到直线电机的动子上，形成单方向的拉力加载到直线电机上。不断增加砝码的重量，当 直线电机开始勻速运动时，直线电机的制动力等于砝码的重量，既而获得直线电机的最大 静态力。但是，该测试装置存在如下缺点1、测试加载推力时，只能进行单方向、单程测量， 不适合短行程直线电机测试；2、加载力不能连续变化，只能通过添加或减少砝码来改变负 载；3、加速时由于需要克服砝码的加速度，加速段无法测量，只能测量勻速状态，且测试时 间长；4、系统采用传动绳，加载时产生形变，运动时会产生较大的推力扰动，从而影响测试 精度；5、测量过程复杂，测试精度低；6、测试参数单一，只能对直线电机静态力进行测量； 只能对静态参数进行测试，无法完成系统动态性能的特性测试。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有直线电机特性测试系统只能进行单方向测试并且 加载力不能连续变化的问题，提供一种直线电机特性测试系统。本发明由系统平台、直线电磁阻尼器、力传感器、速度传感器、功率分析仪和电机 驱动器组成，将被测电机的电机定子与直线电磁阻尼器的阻尼器定子同时设置于系统平台上， 并且所述电机定子与阻尼器定子的相对位置保持不变，电机驱动器的功率输出端连接被测电机的电枢绕组输入端，被测电机的电枢绕组 输出端分别连接功率分析仪的电流输入端和电压输入端，力传感器用于检测被测电机的电机动子和直线电磁阻尼器的阻尼器动子之间的 相互作用力，力传感器的力信号输出端连接功率分析仪的力信号输入端，速度传感器用于检测电机动子或阻尼器动子的速度，速度传感器的速度信号输出端连接功率分析仪的速度信号输入端；所述直线电磁阻尼器由初级、次级和励磁控制器组成，初级和次级之间为气隙，所 述直线电磁阻尼器为动初级结构或者动次级结构，所述初级由铁心、永磁体和励磁线圈组成，永磁体和励磁线圈均设置在铁心上，并 且永磁体和励磁线圈在铁心上形成并联磁路；次级与初级相对应设置，铁心上并联磁路的磁力线垂直穿过次级，励磁控制器的电流输出端连接励磁线圈的电流输入端；次级由高电导率材料制成或者由高电导率材料层与高磁导率材料层复合制成，所 述由两种材料复合制成的次级的气隙侧表面层为高电导率材料层。本发明的优点是本发明具有如下优点一、本发明可以为被测电机提供与电机动子运动方向相反的制动力，实现双向测 试；二、本发明采用直线电磁阻尼器对被测电机进行加载，加载力可以在被测电机运 动过程中连续调节，且从根本上消除了加载力波动，提高了系统加载精度与测试精度；三、本发明结构简单，成本低，操作方便、可靠性高；四、本发明可以实现对被测直线电机的输出推力、速度、效率、功率、输入电压及电 流等多项参数进行测试，系统的性能高、功能齐全。
图1为本发明的结构示意图；图2实施方式二所述直线电磁阻尼器的结构示意图；图3为实施方式三所述直线电磁阻尼器的结构示意图，此时N = 3 ；图4为实施方式四所述直线电磁阻尼器的结构示意图；图5为实施方式五所述直线电磁阻尼器的结构示意图；图6为实施方式六所述直线电磁阻尼器的结构示意图，此时N = 3 ；图7为实施方式八所述直线电磁阻尼器的结构示意图；图8为已有的直线电机推力加载测试装置的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式由系统平台 1、直线电磁阻尼器、力传感器3、速度传感器4、功率分析仪5和电机驱动器6组成，将被测电机的电机定子7-1与直线电磁阻尼器的阻尼器定子2-1同时设置于系统 平台1上，并且所述电机定子7-1与阻尼器定子2-1的相对位置保持不变，电机驱动器6的功率输出端连接被测电机的电枢绕组输入端，被测电机的电枢绕 组输出端分别连接功率分析仪5的电流输入端和电压输入端，力传感器3用于检测被测电机的电机动子7-2和直线电磁阻尼器的阻尼器动子 2-2之间的相互作用力，力传感器3的力信号输出端连接功率分析仪5的力信号输入端，速度传感器4用于检测电机动子7-2或阻尼器动子2-2的速度，速度传感器4的 速度信号输出端连接功率分析仪5的速度信号输入端；
所述直线电磁阻尼器由初级、次级2-20和励磁控制器2-30组成，初级和次级2_20 之间为气隙，所述直线电磁阻尼器为动初级结构或者动次级结构，所述初级由铁心2-11、永磁体2-12和励磁线圈2_13组成，永磁体2_12和励磁线 圈2-13均设置在铁心2-11上，并且永磁体2-12和励磁线圈2_13在铁心2_11上形成并联 磁路；次级2-20与初级相对应设置，铁心2-11上并联磁路的磁力线垂直穿过次级2_20，励磁控制器2-30的电流输出端连接励磁线圈2-13的电流输入端；次级2-20由高电导率材料制成或者由高电导率材料层与高磁导率材料层复合制 成，所述由两种材料复合制成的次级2-20的气隙侧表面层为高电导率材料层。本实施方式所述被测电机的电机动子7-2在运动过程中，要保持直线电磁阻尼器 的阻尼器动子2-2和阻尼器定子2-1之间的气隙不变。根据使用需要，可以在被测电机上安装多个直线电磁阻尼器，或者采用单次级、多 初级的直线电磁阻尼器结构，以提高电磁阻尼力。当励磁线圈2-13不通电时，铁心2-11与永磁体2_12形成的并联磁路，与次级 2-20无磁通交链所述高电导率材料可以为铜或铝。当所述阻尼器为双边双初级结构时，次级次级 2-20可采用高电导率材料层分别作为两侧的气隙侧表面层，而采用高磁导率材料层作为中 间层。力传感器3用来测试作用在被测电机的电机动子7-2上的阻尼力。
具体实施方式
二 下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的 进一步说明，所述直线电磁阻尼器为双边单初级结构，铁心2-11由水平段与两个竖直心柱形成门字形结构，所述水平段的中部缠绕励 磁线圈2-13或者每个竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈2-13，两个竖直心柱的中段之间 夹固永磁体2-12，次级2-20设置于两个竖直心柱的下段内侧壁之间，次级2-20与两个竖直 心柱的下段内侧壁之间分别形成气隙。其它组成及连接关系与实施方式一相同。图2所示的直线电磁阻尼器的励磁线圈2-13由两个线圈串联而成，永磁体2-12 可采用平板形稀土永磁体，平行充磁，次级2-20为由高电导率材料，如铜或铝形成的导体 板。本实施方式所述的直线电磁阻尼器为单初级、单次级结构。
具体实施方式
三下面结合图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的 进一步说明，所述直线电磁阻尼器为双边单初级并联结构，铁心2-11由水平段与N个竖直心柱形成N-I个齿的梳状结构，N为大于等于3的 自然数，所述每相邻两个竖直心柱之间的水平段的中部缠绕一个励磁线圈2-13或者每个 竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈2-13，每相邻两个竖直心柱的中段之间夹固一个永磁体 2-12，每相邻两个竖直心柱的下段内侧壁之间设置一个次级2-20，每个次级2-20与其两侧 的竖直心柱的内侧壁之间分别形成气隙，N-I个次级2-20通过固定板8固定连接。其它组 成及连接关系与实施方式一相同。本实施方式所述的直线电磁阻尼器为了增大阻尼力，将两个初级并联在一起作为 一个初级，而多个次级2-20各采用一个导体板。根据对阻尼力的需要，还可以沿阻尼器动子2-2的运动方向，将更多的初级并联在一起。本实施方式所述的直线电磁阻尼器，更适于与带有单边结构的被测电机或者带有 双边单初级结构的被测电机配合使用。
具体实施方式
四下面结合图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的 进一步说明，所述直线电磁阻尼器为单边直线结构，铁心2-11由水平段与两个竖直心柱形成门字形结构，所述水平段的中部缠绕励 磁线圈2-13或者每个竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈2-13，两个竖直心柱的中段之间 夹固永磁体2-12，次级2-20与两个竖直心柱的底面相对，且平行设置，次级2-20与两个竖直心柱的 底面之间形成气隙。其它组成及连接关系与实施方式一相同。本实施方式所述的直线电磁阻尼器为单初级、单次级结构。本实施方式所述的直线电磁阻尼器，更适用与带有单边结构的被测电机或者带有 双边单初级结构的被测电机配合使用。
具体实施方式
五下面结合图5说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一 的进一步说明，所述直线电磁阻尼器为双边双初级结构，两个初级呈镜像对称设置于次级 2-20的两侧，每个铁心2-11由水平段与两个竖直心柱形成门字形结构，所述水平段的中部缠 绕励磁线圈2-13或者每个竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈2-13，两个竖直心柱的中段 之间夹固永磁体2-12，次级2-20与每个初级的两个竖直心柱的底面之间分别形成气隙；所述两个初级上的磁路形成串联磁路。其它组成及连接关系与实施方式一相同。本实施方式所述直线电磁阻尼器是双初级、单次级结构，即两个初级之间夹一个 次级，励磁线圈2-13通电后，在两个初级后产生的磁力线形成串联磁路，垂直穿过次级 2-20，次级2-20板与沿动子的运动方向平行安装。
具体实施方式
六下面结合图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的 进一步说明，所述直线电磁阻尼器为双边双初级并联结构，两个初级呈镜像对称设置于次 级2-20的两侧，每个铁心2-11由水平段与N个竖直心柱形成N-I个齿的梳状结构，所述每相邻两 个竖直心柱之间的水平段的中部缠绕一个励磁线圈2-13或者每个竖直心柱的上段缠绕一 个励磁线圈2-13，两个竖直心柱的中段之间夹固永磁体2-12，次级2-20与每个初级的N-I个竖直心柱的底面之间分别形成气隙；所述两个初级上的磁路形成串联磁路。其它组成及连接关系与实施方式一相同。本实施方式中，为提高阻尼力，将两个初级并联在一起作为一个初级，而共用一个 次级2-20。还可以根据使用需要，沿动子的运动方向，按相同的方式，将更多的初级并联在 一起。本实施方式所述的直线电磁阻尼器，更适于与带有单边结构的被测电机配合使用。
具体实施方式
七下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式为对实施方式 二、三、四、五或六的进一步说明，所述每个竖直心柱的下段内侧壁具有输出端凸起；所述夹固永磁体2-12的两个竖直心柱的中段内侧壁均具有中段凸起，永磁体2-12夹固在两个中 段凸起的内侧表面之间，所述中段凸起与永磁体2-12相接触的表面形状与该永磁体2-12 的表面形状相同。其它组成及连接关系与实施方式二、三、四、五或六相同。
具体实施方式
八下面结合图7说明本实施方式，本实施方式为对实施方式七的 进一步说明，所述每个竖直心柱与次级2-20相对的表面上开有多个相互平行的槽，所述多 个槽的形状相同，每个槽沿与动子运动方向垂直的方向贯穿其所在竖直心柱的表面，每个 槽的底面平行于次级2-20。其它组成及连接关系与实施方式七相同。所述槽的截面可以是方形、半圆型或其它形状。本实施方式所述的直线电磁阻尼器，更适于与带有双边结构的被测电机配合使用。
具体实施方式
九本实施方式为对实施方式一的进一步限定，所述阻尼器动子 2-2采用气浮导轨支撑、磁浮导轨支撑或机械直线导轨支撑；所述直线电磁阻尼器的冷却 方式采用液冷、强制风冷或自然冷却。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式
十本实施方式为对实施方式一的进一步限定，所述速度传感器4 采用直线光栅、磁栅、直线旋变或者激光干涉仪。其它组成及连接关系与实施方式一相同。被测电机的电机动子7-2可以采用气浮导轨支撑，也可以采用磁浮导轨或机械直 线导轨支撑。被测电机可以为动初级结构，也可以为动次级结构。被测电机可以为单边结 构也可以为双边结构。被测电机可以是单自由度或多自由度运动的直线直流电机、直线永 磁同步电机、直线磁阻电机或直线感应电机。本发明中所述的力传感器3也可以连接在直线电磁阻尼器的阻尼器定子2-1与地 面平台之间，或者连接在被测电机的电机定子7-1与地面平台之间，此时，阻尼器定子2-1 或者电机定子7-1不固定。本发明所述的直线电磁阻尼器的次级2-20还可以做成圆筒形，此时初级沿次级 2-20的轴向或圆周方向固定在次级的外侧，初级与次级2-20之间为气隙。直线电磁阻尼器 的次级2-20还可以做成截面为三角形或方形等的形状。本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。
权利要求
1.一种直线电机特性测试系统，其特征在于它由系统平台(1)、直线电磁阻尼器、力 传感器(3)、速度传感器G)、功率分析仪( 和电机驱动器(6)组成，将被测电机的电机定子(7-1)与直线电磁阻尼器的阻尼器定子同时设置于系统 平台(1)上，并且所述电机定子(7-1)与阻尼器定子的相对位置保持不变，电机驱动器(6)的功率输出端连接被测电机的电枢绕组输入端，被测电机的电枢绕组 输出端分别连接功率分析仪(5)的电流输入端和电压输入端，力传感器(3)用于检测被测电机的电机动子(7-2)和直线电磁阻尼器的阻尼器动子 (2-2)之间的相互作用力，力传感器(3)的力信号输出端连接功率分析仪(5)的力信号输入 端，速度传感器(4)用于检测电机动子(7- 或阻尼器动子(2- 的速度，速度传感器(4) 的速度信号输出端连接功率分析仪(5)的速度信号输入端；所述直线电磁阻尼器由初级、次级O-20)和励磁控制器O-30)组成，初级和次级 (2-20)之间为气隙，所述直线电磁阻尼器为动初级结构或者动次级结构，所述初级由铁心(2-11)、永磁体(2-12)和励磁线圈(2-13)组成，永磁体(2-12)和 励磁线圈0-13)均设置在铁心0-11)上，并且永磁体0-12)和励磁线圈0-13)在铁心 (2-11)上形成并联磁路；次级Q-20)与初级相对应设置，铁心0-11)上并联磁路的磁力线垂直穿过次级 (2-20)，励磁控制器O-30)的电流输出端连接励磁线圈的电流输入端；次级Q-20)由高电导率材料制成或者由高电导率材料层与高磁导率材料层复合制 成，所述由两种材料复合制成的次级O-20)的气隙侧表面层为高电导率材料层。
2.根据权利要求1所述的直线电机特性测试系统，其特征在于所述直线电磁阻尼器 为双边单初级结构，铁心0-11)由水平段与两个竖直心柱形成门字形结构，所述水平段的中部缠绕励磁 线圈或者每个竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈(2-13)，两个竖直心柱的中段之 间夹固永磁体(2-12)，次级Q-20)设置于两个竖直心柱的下段内侧壁之间，次级O-20)与 两个竖直心柱的下段内侧壁之间分别形成气隙。
3.根据权利要求1所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述直线电磁阻尼 器为双边单初级并联结构，铁心0-11)由水平段与N个竖直心柱形成N-I个齿的梳状结构，N为大于等于3的自 然数，所述每相邻两个竖直心柱之间的水平段的中部缠绕一个励磁线圈或者每个 竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈(2-13)，每相邻两个竖直心柱的中段之间夹固一个永磁 体(2-12)，每相邻两个竖直心柱的下段内侧壁之间设置一个次级(2-20)，每个次级Q-20) 与其两侧的竖直心柱的内侧壁之间分别形成气隙，N-I个次级Q-20)通过固定板(8)固定 连接。
4.根据权利要求1所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述直线电磁阻尼 器为单边直线结构，铁心0-11)由水平段与两个竖直心柱形成门字形结构，所述水平段的中部缠绕励磁 线圈或者每个竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈(2-13)，两个竖直心柱的中段之间夹固永磁体0-12)，次级Q-20)与两个竖直心柱的底面相对，且平行设置，次级O-20)与两个竖直心柱的 底面之间形成气隙。
5.根据权利要求1所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述直线电磁阻尼 器为双边双初级结构，两个初级呈镜像对称设置于次级O-20)的两侧，每个铁心0-11)由水平段与两个竖直心柱形成门字形结构，所述水平段的中部缠绕 励磁线圈或者每个竖直心柱的上段缠绕一个励磁线圈(2-13)，两个竖直心柱的中 段之间夹固永磁体0-12)，次级Q-20)与每个初级的两个竖直心柱的底面之间分别形成气隙；所述两个初级上的磁路形成串联磁路。
6.根据权利要求1所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述直线电磁阻尼 器为双边双初级并联结构，两个初级呈镜像对称设置于次级O-20)的两侧，每个铁心0-11)由水平段与N个竖直心柱形成N-I个齿的梳状结构，所述每相邻两个 竖直心柱之间的水平段的中部缠绕一个励磁线圈或者每个竖直心柱的上段缠绕一 个励磁线圈(2-13)，两个竖直心柱的中段之间夹固永磁体0-12)，次级Q-20)与每个初级的N-I个竖直心柱的底面之间分别形成气隙；所述两个初级上的磁路形成串联磁路。
7.根据权利要求2、3、4、5或6所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述每 个竖直心柱的下段内侧壁具有输出端凸起；所述夹固永磁体0-1 的两个竖直心柱的中 段内侧壁均具有中段凸起，永磁体0-1 夹固在两个中段凸起的内侧表面之间，所述中段 凸起与永磁体0-1 相接触的表面形状与该永磁体0-1 的表面形状相同。
8.根据权利要求7所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述每个竖直心柱 与次级O-20)相对的表面上开有多个相互平行的槽，所述多个槽的形状相同，每个槽沿与 动子运动方向垂直的方向贯穿其所在竖直心柱的表面，每个槽的底面平行于次级O-20)。
9.根据权利要求1所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述阻尼器动子 (2-2)采用气浮导轨支撑、磁浮导轨支撑或机械直线导轨支撑；所述直线电磁阻尼器的冷 却方式采用液冷、强制风冷或自然冷却。
10.根据权利要求1所述的混合励磁直线电磁阻尼器，其特征在于所述速度传感器 (4)采用直线光栅、磁栅、直线旋变或者激光干涉仪。
全文摘要
直线电机特性测试系统，属于电机技术领域。它解决了现有直线电机特性测试系统只能进行单方向测试并且加载力不能连续变化的问题。它将电机的定子与直线电磁阻尼器的定子同时设置于系统平台上，电机驱动器的功率输出端连接被测电机的电枢绕组输入端，被测电机的电枢绕组输出端分别连接功率分析仪的电流输入端和电压输入端，力传感器用于检测被测电机的动子和直线电磁阻尼器的动子之间的相互作用力，力传感器的力信号输出端连接功率分析仪的力信号输入端，速度传感器用于检测电机动子或阻尼器动子的速度，速度传感器的速度信号输出端连接功率分析仪的速度信号输入端；直线电磁阻尼器由初级、次级和励磁控制器组成。本发明作为直线电机的测试系统。
文档编号H02K49/04GK102096042SQ201010577100
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者寇宝泉, 李立毅, 潘东华, 金银锡 申请人:哈尔滨工业大学