一种无框力矩电机及其测试方法与流程

1.本发明属于无框电机技术领域，特别涉及一种无框力矩电机及其测试方法。


背景技术：

2.传统的机器人厂家采用步进电机、普通无刷直流电机等作为机器人的重要动力执行器，整体控制精度低。目前，受产品小型化、轻量化等要求影响，机器人产品电机空间受限，需要扭矩密度大，齿槽转矩小，制造成本低的无框无刷电机来替代。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种无框力矩电机及其测试方法，具体技术方案如下：
4.一种无框力矩电机，该无框力矩电机采用十二槽十极分数槽集中绕组方式，其节距固定为一；
5.该无框力矩电机包括定子和转子，所述转子同轴心置于所述定子内部，且两者互不接触；
6.所述定子包括定子铁芯和定子线圈，所述定子铁芯的内周面一体化均匀连接有十二个槽定子冲片，所述槽定子冲片的纵截面为t形结构，且其外端面内凹成弧形面，所述槽定子冲片上缠绕有所述定子线圈；
7.所述转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯的外周面一体化均匀连接有十个凸棱，所述凸棱的纵截面为梯形结构，且其腰面朝内侧倾斜，相邻两个所述凸棱之间分别交错嵌设有n极永磁体和s极永磁体，且所述永磁体的外表面外凸成弧形面；
8.所述槽定子冲片的弧形面与所述永磁体的弧形面之间形成的气隙半径设置为0.25～1.5毫米。
9.进一步地，该测试方法的步骤包括：首先将上述无框力矩电机的转子与定子同轴心插套，并在转子内插接配合转轴；其次将定子与转轴的两端部通过可调节的测试平台横向夹持固定；最后在无框力矩电机需要测试的部位装上对应的传感器，对无框力矩电机通电旋转测试即可。
10.进一步地，所述测试平台包括横移支撑机构，所述横移支撑机构上竖直设置有用于横向夹持所述转子的定心夹紧机构，所述定心夹紧机构两侧分别竖直设置有转轴支撑机构；所述定心夹紧机构的底部与所述转轴支撑机构的底部均通过所述横移支撑机构实现横向定位移动。
11.进一步地，所述横移支撑机构包括长方体结构的底座，所述底座的顶面两端分别竖直对称设置有支撑块，两个所述支撑块之间沿其中线平行对称架接有支撑螺杆，每个所述支撑螺杆上分别螺接有六个定位螺母。
12.进一步地，所述定心夹紧机构包括u型架，所述u型架的外侧面底部分别对称连接有第一滑套，所述第一滑套与对应的所述支撑螺杆横向间隙套接，所述第一滑套的两端分
别通过对应的所述定位螺母左右夹持固定；所述u型架的内底面竖直安装有气缸；所述u型架的顶端竖直架接配合有u型支座，所述u型支座的开口处分别通过封板封接，且所述封板的顶面高于所述u型支座的顶面，所述u型支座内竖直悬设有用于横向夹持固定所述转子的自定心夹持组件，所述u型支座的顶部竖直架设有用于纵向夹压所述转子的压紧组件；所述气缸的伸缩端竖直间隙穿过开设于所述u型支座底面的通孔，并与所述自定心夹持组件的底端连接，以推动所述自定心夹持组件夹持固定所述转子。
13.进一步地，所述自定心夹持组件包括活塞板，所述活塞板的底端与所述气缸的伸缩端连接，其顶端向内开设有凹槽，所述凹槽内通过安装杆转动连接有支撑轮，且所述支撑轮的顶面伸出所述凹槽的顶沿；两个所述u型支座的封板之间自下而上分别竖直对称架设有第一导向块和第二导向块，所述活塞板竖直滑动穿过两个所述第一导向块以及两个所述第二导向块之间的空域；所述活塞板的侧面分别对称连接有向外倾斜的限位块，且所述限位块位于对应的所述第一导向块和第二导向块之间；所述封板的顶部两端分别对称悬接有s形结构的夹持臂，所述夹持臂的顶端转动连接有夹持轮，其底端转动连接有限位轮，所述夹持臂中部通过穿接的扭力杆悬接于两个所述封板的顶部之间，所述限位轮通过所述扭力杆保持与所述限位块的斜面滚动贴接；
14.所述活塞板分为第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，所述限位块的底面与所述第一导向块的顶面贴接，且所述限位轮处于所述限位块的斜面顶部；在第二工作状态时，所述气缸推动所述活塞板向上移动，直至所述限位块的顶面与所述第二导向块的底面贴接，且所述限位轮处于所述限位块的斜面底部。
15.进一步地，所述第二导向块的外侧设置为向内倾斜的斜面；所述第一导向块的顶面与所述限位块的底面分别设置有相互卡合的z形斜面。
16.进一步地，所述压紧组件包括定位螺杆，所述u型支座的顶面中部竖直相对设有所述定位螺杆，两个所述定位螺杆之间水平穿接有横压板，所述定位螺杆上轴向穿设有弹簧和按压螺母，所述弹簧位于所述横压板下侧，所述按压螺母位于所述横压板上侧；所述u型支座的外侧面分别竖直对称开设有导向槽，所述导向槽内竖直滑动卡接有导向杆，且所述导向杆的顶端与对应的所述横压板端部垂直连接；所述横压板的底面中部可拆卸地连接有弧形压块，且所述弧形压块与所述支撑轮竖直相对设置。
17.进一步地，所述弧形压块的顶面中部垂直设置有卡块，所述横压板的底面中部开设有卡槽，所述卡块与所述卡槽卡接配合，并通过螺栓连接。
18.进一步地，所述转轴支撑机构包括第二滑套，所述第二滑套与对应的所述支撑螺杆横向间隙套接，所述第二滑套的两端分别通过对应的所述定位螺母左右夹持固定；两个所述第二滑套的顶面之间水平安装有横连板，所述横连板的顶面中部垂直连接有支撑板，所述支撑板的顶面通过螺栓竖直连接有轴承支座，所述轴承支座内嵌设有轴承，且所述轴承的中轴线与所述支撑螺杆在空间上平行设置。
19.本发明的有益效果是：
20.本发明的无框力矩电机采用十二槽十极分数槽集中绕组方式，其节距固定为一，分数槽有效降低齿槽转矩，采用集中绕组方式，有助于降低生产成本；由于气隙半径与扭矩成正相关，气隙半径越大，扭矩值越大，扭矩的平方值与气隙半径的三次方值成正相关关系，所以将槽定子冲片的弧形面与永磁体的弧形面之间形成的气隙半径设置为0.25～1.5
毫米，可以有限提高无框力矩电机的功率扭矩密度。
附图说明
21.图1示出了本发明无框力矩电机的结构示意图；
22.图2示出了本发明中定子铁芯的结构示意图；
23.图3示出了本发明中转子的结构示意图；
24.图4示出了本发明无框力矩电机的绕组示意图；
25.图5示出了本发明中测试平台的结构示意图；
26.图6示出了本发明中定心夹紧机构的结构示意图；
27.图7示出了本发明中u型支座与压紧组件装配的结构示意图；
28.图8示出了本发明中自定心夹持组件的结构示意图；
29.图9示出了本发明中转轴支撑机构的结构示意图。
30.图中所示：1、定子；11、定子铁芯；111、槽定子冲片；12、定子线圈；2、转子；21、转子铁芯；211、凸棱；22、永磁体；3、转轴；4、横移支撑机构；41、底座；42、支撑块；43、支撑螺杆；44、定位螺母；5、定心夹紧机构；51、u型架；52、第一滑套；53、气缸；54、u型支座；541、封板；542、通孔；543、导向槽；55、自定心夹持组件；551、活塞板；5511、凹槽；552、第一导向块；553、限位块；554、支撑轮；5541、安装杆；555、夹持臂；5551、扭力杆；5552、限位轮；5553、夹持轮；556、第二导向块；56、压紧组件；561、定位螺杆；562、横压板；5621、卡槽；563、弹簧；564、按压螺母；565、弧形压块；5651、卡块；566、导向杆；6、转轴支撑机构；61、第二滑套；62、横连板；63、支撑板；64、轴承支座；65、轴承。
具体实施方式
31.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。
32.如图1～4所示，一种无框力矩电机，该无框力矩电机采用十二槽十极分数槽集中绕组方式，其节距固定为一；
33.该无框力矩电机包括定子1和转子2，所述转子2同轴心置于所述定子1内部，且两者互不接触；
34.所述定子1包括定子铁芯11和定子线圈12，所述定子铁芯11的内周面一体化均匀连接有十二个槽定子冲片111，所述槽定子冲片111的纵截面为t形结构，且其外端面内凹成弧形面，所述槽定子冲片111上缠绕有所述定子线圈12；
35.所述转子2包括转子铁芯21和永磁体22，所述转子铁芯21的外周面一体化均匀连接有十个凸棱211，所述凸棱211的纵截面为梯形结构，且其腰面朝内侧倾斜，相邻两个所述凸棱211之间分别交错嵌设有n极永磁体和s极永磁体，且所述永磁体22的外表面外凸成弧形面；
36.所述槽定子冲片111的弧形面与所述永磁体22的弧形面之间形成的气隙半径设置为0.25～1.5毫米。
37.通过上述技术方案，该无框力矩电机采用十二槽十极分数槽集中绕组方式，其节
距固定为一，分数槽有效降低齿槽转矩，采用集中绕组方式，有助于降低生产成本；由于气隙半径与扭矩成正相关，气隙半径越大，扭矩值越大，扭矩的平方值与气隙半径的三次方值成正相关关系，所以将槽定子冲片111的弧形面与永磁体22的弧形面之间形成的气隙半径设置为0.25～1.5毫米，可以有限提高无框力矩电机的功率扭矩密度。
38.如图5所示，一种无框力矩电机的测试方法，该测试方法的步骤包括：首先将上述无框力矩电机的转子2与定子1同轴心插套，并在转子2内插接配合转轴3；其次将定子1与转轴3的两端部通过可调节的测试平台横向夹持固定；最后在无框力矩电机需要测试的部位装上对应的传感器，对无框力矩电机通电旋转测试即可。
39.通过上述技术方案，可以在无框力矩电机装入对应的壳体之前进行必要的性能测试，以预先消除隐患。
40.如图5所示，所述测试平台包括横移支撑机构4，所述横移支撑机构4上竖直设置有用于横向夹持所述转子2的定心夹紧机构5，所述定心夹紧机构5两侧分别竖直设置有转轴支撑机构6；所述定心夹紧机构5的底部与所述转轴支撑机构6的底部均通过所述横移支撑机构4实现横向定位移动。
41.通过上述技术方案，设置的定心夹紧机构5可以用于横向夹持转子2，以及定心夹紧机构5两侧分别竖直设置的转轴支撑机构6，这样就可以适应不同外壳尺寸的无框力矩电机的安装测试；设置的横移支撑机构4可以横向改变定心夹紧机构5和转轴支撑机构6之间的距离，以适应不同尺寸的转轴3架接。
42.如图5所示，所述横移支撑机构4包括长方体结构的底座41，所述底座41的顶面两端分别竖直对称设置有支撑块42，两个所述支撑块42之间沿其中线平行对称架接有支撑螺杆43，每个所述支撑螺杆43上分别螺接有六个定位螺母44。
43.通过上述技术方案，定位螺母44可以在支撑螺杆43上旋转位移，从而定位改变定心夹紧机构5和转轴支撑机构6位置，方便快捷。
44.如图6所示，所述定心夹紧机构5包括u型架51，所述u型架51的外侧面底部分别对称连接有第一滑套52，所述第一滑套52与对应的所述支撑螺杆43横向间隙套接，所述第一滑套52的两端分别通过对应的所述定位螺母44左右夹持固定；所述u型架51的内底面竖直安装有气缸53；所述u型架51的顶端竖直架接配合有u型支座54，所述u型支座54的开口处分别通过封板541封接，且所述封板541的顶面高于所述u型支座54的顶面，所述u型支座54内竖直悬设有用于横向夹持固定所述转子2的自定心夹持组件55，所述u型支座54的顶部竖直架设有用于纵向夹压所述转子2的压紧组件56；所述气缸53的伸缩端竖直间隙穿过开设于所述u型支座54底面的通孔542，并与所述自定心夹持组件55的底端连接，以推动所述自定心夹持组件55夹持固定所述转子2。
45.通过上述技术方案，设置的用于横向夹持固定转子2的自定心夹持组件55，这样气缸53推动自定心夹持组件55夹持固定转子2，可以适应不同尺寸的转子2的夹持固定；设置的用于纵向夹压转子2的压紧组件56，这样可以与自定心夹持组件55相配合，可以更好地夹紧转子2。
46.如图8所示，所述自定心夹持组件55包括活塞板551，所述活塞板551的底端与所述气缸53的伸缩端连接，其顶端向内开设有凹槽5511，所述凹槽5511内通过安装杆5541转动连接有支撑轮554，且所述支撑轮554的顶面伸出所述凹槽5511的顶沿；两个所述u型支座54
的封板541之间自下而上分别竖直对称架设有第一导向块552和第二导向块556，所述活塞板551竖直滑动穿过两个所述第一导向块552以及两个所述第二导向块556之间的空域；所述活塞板551的侧面分别对称连接有向外倾斜的限位块553，且所述限位块553位于对应的所述第一导向块552和第二导向块556之间；所述封板541的顶部两端分别对称悬接有s形结构的夹持臂555，所述夹持臂555的顶端转动连接有夹持轮5553，其底端转动连接有限位轮5552，所述夹持臂555中部通过穿接的扭力杆5551悬接于两个所述封板541的顶部之间，所述限位轮5552通过所述扭力杆5551保持与所述限位块553的斜面滚动贴接；
47.所述活塞板551分为第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，所述限位块553的底面与所述第一导向块552的顶面贴接，且所述限位轮5552处于所述限位块553的斜面顶部；在第二工作状态时，所述气缸53推动所述活塞板551向上移动，直至所述限位块553的顶面与所述第二导向块556的底面贴接，且所述限位轮5552处于所述限位块553的斜面底部。
48.通过上述技术方案，活塞板551在第一工作状态时，两侧的夹持臂555开口达到最大值；活塞板551在第二工作状态时，两侧的夹持臂555开口达到最小值；活塞板551在气缸53的推动下，可以联动保证支撑轮554与两侧的夹持轮5553共同自适应夹持不同外径的转子2，始终处于同一中心高度，这样便于快速夹持固定无框力矩电机，无需调节转子2在测试平台上的中心高度，节约测试时间。
49.如图8所示，所述第二导向块556的外侧设置为向内倾斜的斜面；所述第一导向块552的顶面与所述限位块553的底面分别设置有相互卡合的z形斜面。
50.通过上述技术方案，第二导向块556的外侧设置为向内倾斜的斜面，可以对夹持臂555在转动过程中进行限位；设置的z形斜面，使得第一导向块552与限位块553卡合的更平稳。
51.如图7所示，所述压紧组件56包括定位螺杆561，所述u型支座54的顶面中部竖直相对设有所述定位螺杆561，两个所述定位螺杆561之间水平穿接有横压板562，所述定位螺杆561上轴向穿设有弹簧563和按压螺母564，所述弹簧563位于所述横压板562下侧，所述按压螺母564位于所述横压板562上侧；所述u型支座54的外侧面分别竖直对称开设有导向槽543，所述导向槽543内竖直滑动卡接有导向杆566，且所述导向杆566的顶端与对应的所述横压板562端部垂直连接；所述横压板562的底面中部可拆卸地连接有弧形压块565，且所述弧形压块565与所述支撑轮554竖直相对设置。
52.通过上述技术方案，向下旋转按压螺母564，便可带动弧形压块565压紧转子2；向上旋转按压螺母564，弧形压块565在弹簧563的反作用力推动下松开转子2；操作方便快捷，施压定位可调可控。
53.如图7所示，所述弧形压块565的顶面中部垂直设置有卡块5651，所述横压板562的底面中部开设有卡槽5621，所述卡块5651与所述卡槽5621卡接配合，并通过螺栓连接。
54.通过上述技术方案，卡块5651与卡槽5621卡接配合，便于根据不同尺寸的转子2选择相适配的弧形压块565。
55.如图9所示，所述转轴支撑机构6包括第二滑套61，所述第二滑套61与对应的所述支撑螺杆43横向间隙套接，所述第二滑套61的两端分别通过对应的所述定位螺母44左右夹持固定；两个所述第二滑套61的顶面之间水平安装有横连板62，所述横连板62的顶面中部
垂直连接有支撑板63，所述支撑板63的顶面通过螺栓竖直连接有轴承支座64，所述轴承支座64内嵌设有轴承65，且所述轴承65的中轴线与所述支撑螺杆43在空间上平行设置。
56.通过上述技术方案，支撑板63的顶面通过螺栓竖直连接轴承支座64，这样可以根据转轴3的尺寸更换相适配的轴承65，从而保证轴承65的中心轴线与自定心夹持组件55的中心高度保持在同一直线上。
57.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。