力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置及方法
【专利摘要】力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置及方法，属于精密测量仪器【技术领域】。本发明是为了解决现有力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，不能实时输出数据且测得的数据精度低的问题。力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，通过力矩传感器使待测力矩电机的转子不动，下位机使待测力矩电机的定子旋转，力矩传感器采集数据，下位机对采集数据进行滤波和放大，然后在上位机中实现数据的计算。力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法，能够精确测量被测力矩电机电刷与转子的摩擦转矩信号，并实时计算输出被测力矩电机电刷与转子的摩擦转矩波动系数。本发明所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置及方法，可用于评价力矩电机摩擦转矩波动。
【专利说明】力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精密测量仪器【技术领域】，尤其涉及一种力矩电机摩擦力矩的测量装置。
【背景技术】
[0002]随着现代科技的进步与发展，力矩电机在机械制造、自动控制、航空航天以及国防等众多领域有了越来越广泛的应用。生产科研的实践要求力矩电机具有较高的可靠、稳定性、可控性以及节能环保性。与传统电机不同，力矩电机要求能够精确输出固定的转矩，而电刷与电机转子的摩擦力矩的波动会影响力矩电机输出力矩的稳定性，故而其测量与监测对提高力矩电机的输出力矩精度有着很重要的作用。如何提高检测工具的实用性和可靠性是非常关键的问题。
[0003]目前，我国仍广泛应用传统的机械装置对电机电刷与电机转子之间的摩擦进行检测。自动化水平低，不能对摩擦转矩的波动进行实时监测。
[0004]在检测仪器方面，生产检测一线仍然使用通过测量拖动电机空载和负载条件下的功率差进行摩擦力矩的测量，在操作上需要大量人力来进行安装拆卸以及数据的手动记录，大大提高了成本。并且力矩电机工作过程中转子与电刷之间的摩擦力矩由于转子的表面存在齿槽而产生波动，偶然性较大，不能全面地反映电刷摩擦转矩波动情况。随着力矩电机的产量的提高和产品性能要求的提高，急需一种结构科学合理、操作简单方便、可精确测量和计算并实时输出的电刷摩擦转矩波动系数自动化检测仪。迄今为止，仍然没有能够实现电机摩擦转矩的全方位自动化准确测量和实时输出的仪器。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，不能实时输出数据且测得的数据精度低的问题，现提供力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置及方法。
[0006]力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，它包括:力矩传感器、第一联轴器、电机夹持装置、拖动电机、下位机和上位机；
[0007]力矩传感器的输出轴通过第一联轴器与待测力矩电机的转子转轴固定连接，力矩传感器用于采集待测力矩电机的转子的转矩信号；拖动电机用于驱动电机夹持装置绕其中轴旋转，该电机夹持装置用于夹持固定待测力矩电机的定子，并带动该待测力矩电机旋转;
[0008]力矩传感器的采样信号输出端连接下位机的采样信号输入端，下位机的数据采集控制信号输出端连接力矩传感器的控制信号输入端，下位机的加载控制信号输出端连接拖动电机的控制信号输入端，下位机的数字信号输出端连接上位机的数字信号输入端；
[0009]所述下位机中嵌入有软件实现的加载控制单元，所述加载控制单元包括:
[0010]每间隔固定时间接收力矩传感器发送的采集信号的数据采集单元；[0011]对接收到的采集信号进行A/D转换的转换单元；
[0012]将A/D转换后的数字信号发送给上位机的数据传输单元；
[0013]产生拖动电机控制信号的加载控制单元；
[0014]所述上位机中嵌入有软件实现的检测单元，所述检测单元包括:
[0015]接收下位机发送的数据的数据传输单元；
[0016]根据数据传输单元接收的数据绘制摩擦转矩波形的波形绘制单元；
[0017]根据波形绘制单元绘制的波形获得摩擦转矩的变化趋势的变化趋势获得单元；
[0018]根据变化趋势获得单元获得的变化趋势计算获得待测力矩电机的电刷摩擦转矩波动系数的系数获取单元。
[0019]力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测发方法，该方法是基于下述装置实现的，所述装置包括:力矩传感器、第一联轴器、电机夹持装置和拖动电机；
[0020]力矩传感器的输出轴通过第一联轴器与待测力矩电机的转子转轴固定连接，力矩传感器用于采集待测力矩电机的转子的转矩信号；拖动电机用于驱动电机夹持装置绕其中轴旋转，该电机夹持装置用于夹持固定待测力矩电机的定子，并带动该待测力矩电机旋转；
[0021]所述方法包括以下步骤:
[0022]首先，将待测力矩电机的定子固定在电机夹持装置上，将待测力矩电机的转子通过第一联轴器与力矩传感器的输出轴固定连接；
[0023]然后，通过拖动电机带动待测力矩电机的定子旋转；在待测力矩电机的定子旋转的过程中，下位机间隔固定时间采集获得待测力矩电机转子的转矩信号，并将该信号转换成数字信号之后发送给上位机；
[0024]最后，上位机根据该数字信号绘制摩擦转矩波形，根据该波形获得摩擦转矩的实时数据和变化趋势；根据所述变化趋势获得待测力矩电机的电刷摩擦转矩波动系数。
[0025]本发明所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，通过力矩传感器对待测力矩电机施加反向力矩，让待测力矩电机的转子保持不动，在堵转状态下，拖动电机带动的电机夹持装置卡住待测力矩电机，在下位机的控制下，使待测力矩电机的定子进行旋转，当测力矩电机的定子旋转过程中，力矩传感器完成数据的采集，下位机对采集数据进行滤波和放大，然后在上位机中实现数据的计算，最终实现对待测力矩电机摩擦转矩波动情况的全方位、实时自动检测。所述装置结构科学合理、操作简单方便，测得的电刷摩擦转矩波动系数精度提高了 70%。
[0026]本发明所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法，能够真实地显示出被测电机旋转过程中机械摩擦转矩波动情况，精确测量被测力矩电机电刷与转子的摩擦转矩信号，并实时计算输出被测力矩电机电刷与转子的摩擦转矩波动系数，实现了转矩全方位测量和计算结果的实时输出。
[0027]本发明所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置及方法，为提升电机制造水平和提高对其检测效率、减少人力资源成本、实现低碳环保等方面提供了自动化的仪器设备保障，可用于评价力矩电机摩擦转矩波动，能够检验直流力矩电机力矩输出精度。
【专利附图】
【附图说明】[0028]图1为本发明所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置的机械结构示意图；
[0029]图2为本发明所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置的电气结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]【具体实施方式】一:参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，它包括:力矩传感器1、第一联轴器2、电机夹持装置4、拖动电机7、下位机10和上位机11 ；
[0031]力矩传感器I的输出轴通过第一联轴器2与待测力矩电机3的转子转轴固定连接，力矩传感器I用于采集待测力矩电机3的转子的转矩信号；拖动电机7用于驱动电机夹持装置4绕其中轴旋转，该电机夹持装置4用于夹持固定待测力矩电机3的定子，并带动该待测力矩电机3旋转；
[0032]力矩传感器I的采样信号输出端连接下位机10的采样信号输入端，下位机10的数据采集控制信号输出端连接力矩传感器I的控制信号输入端，下位机10的加载控制信号输出端连接拖动电机7的控制信号输入端，下位机10的数字信号输出端连接上位机11的数字信号输入端；
[0033]所述下位机10中嵌入有软件实现的加载控制单元，所述加载控制单元包括:
[0034]每间隔固定时间接收力矩传感器I发送的采集信号的数据采集单元；
[0035]对接收到的采集信号进行A/D转换的转换单元；
[0036]将A/D转换后的数字信号发送给上位机11的数据传输单元；
[0037]产生拖动电机7控制信号的加载控制单元；
[0038]所述上位机11中嵌入有软件实现的检测单元，所述检测单元包括:
[0039]接收下位机10发送的数据的数据传输单元；
[0040]根据数据传输单元接收的数据绘制摩擦转矩波形的波形绘制单元；
[0041]根据波形绘制单元绘制的波形获得摩擦转矩的变化趋势的变化趋势获得单元；
[0042]根据变化趋势获得单元获得的变化趋势计算获得待测力矩电机3的电刷摩擦转矩波动系数的系数获取单元。
[0043]工作原理:拖动电机7带动电机夹持装置4旋转，电机夹持装置4从而带动待测力矩电机3的定子旋转；同时力矩传感器I对待测力矩电机3的转子施加反向力矩，使待测力矩电机3的转子保持不动；在待测力矩电机3的定子旋转的过程中，数据采集单元间隔固定时间采集力矩传感器I检测的待测力矩电机3转子的转矩信号；下位机10接收力矩传感器I发送的采集信号，并对该采集信号进行A/D转换，然后将A/D转换后的数字信号发送给上位机11;上位机11接收下位机10发送的数字信号，下位机10对上述数字信号进行检测并根据该数字信号绘制摩擦转矩波形，根据上述波形获得摩擦转矩的实时数据和变化趋势，最后根据上述变化趋势获得待测力矩电机3的电刷摩擦转矩波动系数。
[0044]上位机11中能够实时显示摩擦转矩波形和电刷摩擦转矩波动系数，显示效果直观，同时工作人员能够在上位机11中直接读取所需要的数据信息，人机界面良好。
[0045]本实施方式中，所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，通过力矩传感器对待测力矩电机施加反向力矩，让待测力矩电机的转子保持不动，在堵转状态下，拖动电机带动的电机夹持装置卡住待测力矩电机，克服了电机转子的波动，抗干扰能力强，能真实、准确、实时地反映电刷与转子摩擦转矩波动情况。
[0046]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置作进一步说明，本实施方式中，所述检测装置还包括第二联轴器6，电机夹持装置4的中轴通过第二联轴器6与拖动电机7的动力输出轴相连。
[0047]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】二所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置作进一步说明，本实施方式中，所述检测装置还包括:承重轴承5 ;所述承重轴承5设在电机夹持装置4的中轴上，并位于电机夹持装置4与第二联轴器6之间。
[0048]本实施方式中，所述承重轴承5用于支撑机械连接结构，使得本检测装置适用于重量比较大的电机。
[0049]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】三所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置作进一步说明，本实施方式中，所述检测装置还包括:稳定基座8和滑动基座9 ;
[0050]所述滑动基座9通过双向滑槽与稳定基座8滑动连接；所述双向滑槽的滑动方向与电机夹持装置4的中轴平行；
[0051]所述力矩传感器I固定在稳定基座8上；所述电机夹持装置4、承重轴承5和拖动电机7均固定在滑动基座9上。
[0052]本实施方式中，所述稳定基座8用于承担力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置的整体重量；在实际应用时，能够根据待测力矩电机3的大小，对滑动基座9的位置进行调整，达到待测力矩电机3与力矩传感器I之间能够保持适合距离的目的，进而使得本检测装置适用于轴向长度不同的电机的检测。
[0053]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】四所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置作进一步说明，本实施方式中，所述检测装置还包括:标定组件；所述标定组件设在力矩传感器I输出轴上，并位于力矩传感器I与第一联轴器2之间。
[0054]本实施方式中，所述标定组件包括:标定杠杆和砝码；所述标定杠杆设在力矩传感器I的输出轴上，且该输出轴穿过标定杠杆的中心，所述砝码挂在标定杠杆的一端。
[0055]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】五所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置作进一步说明，本实施方式中，电机夹持装置4包括:n个夹持抓、夹持架和中轴，其中η为大于等于三的正整数；
[0056]所述夹持架呈圆柱形，中轴位于该圆柱形夹持架一端的中心位置，并与该圆柱形夹持架固定连接，η个夹持抓位于夹持架的另一端，并沿夹持架的周向均匀排布，η个夹持抓与夹持架铰接。
[0057]【具体实施方式】七:本实施方式是对【具体实施方式】六所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置作进一步说明，本实施方式中，所述力矩传感器I和被测力矩电机3均由稳压源作为工作电源。
[0058]【具体实施方式】八:本实施方式所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测发方法，该方法是基于下述装置实现的，所述装置包括:力矩传感器1、第一联轴器2、电机夹持装置4和拖动电机7 ;[0059]力矩传感器I的输出轴通过第一联轴器2与待测力矩电机3的转子转轴固定连接，力矩传感器I用于采集待测力矩电机3的转子的转矩信号；拖动电机7用于驱动电机夹持装置4绕其中轴旋转，该电机夹持装置4用于夹持固定待测力矩电机3的定子，并带动该待测力矩电机3旋转；
[0060]所述方法包括以下步骤:
[0061]首先，将待测力矩电机3的定子固定在电机夹持装置4上，将待测力矩电机3的转子通过第一联轴器2与力矩传感器I的输出轴固定连接；
[0062]然后，通过拖动电机7带动待测力矩电机3的定子旋转；在待测力矩电机3的定子旋转的过程中，下位机10间隔固定时间采集获得待测力矩电机3转子的转矩信号，并将该信号转换成数字信号之后发送给上位机11 ;
[0063]最后，上位机11根据该数字信号绘制摩擦转矩波形，根据该波形获得摩擦转矩的实时数据和变化趋势；根据所述变化趋势获得待测力矩电机3的电刷摩擦转矩波动系数。
[0064]【具体实施方式】九:本实施方式是对【具体实施方式】八所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法作进一步说明，本实施方式中，在开启拖动电机7之前，利用标定组件对力矩传感器进行初始标定。 [0065]本实施方式中，所述标定组件设在力矩传感器I输出轴上，并位于力矩传感器I与第一联轴器2之间。所述标定组件包括:标定杠杆和砝码；所述标定杠杆设在力矩传感器I的输出轴上，且该输出轴穿过标定杠杆的中心，所述砝码挂在标定杠杆的一端。
[0066]【具体实施方式】十:本实施方式是对【具体实施方式】九所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法作进一步说明，本实施方式中，所述检测装置还包括第二联轴器6，电机夹持装置4的中轴通过第二联轴器6与拖动电机7的动力输出轴相连。
[0067]【具体实施方式】十一:本实施方式是对【具体实施方式】十所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法作进一步说明，本实施方式中，所述装置还包括:承重轴承5 ;所述承重轴承5设在电机夹持装置4的中轴上，并位于电机夹持装置4与第二联轴器6之间。
[0068]【具体实施方式】十二:本实施方式是对【具体实施方式】十一所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法作进一步说明，本实施方式中，所述装置还包括:稳定基座8和滑动基座9 ；
[0069]所述滑动基座9通过双向滑槽与稳定基座8滑动连接；所述双向滑槽的滑动方向与电机夹持装置4的中轴平行；
[0070]所述力矩传感器I固定在稳定基座8上；所述电机夹持装直4、承重轴承5和拖动电机7均固定在滑动基座9上。
[0071]【具体实施方式】十三:本实施方式是对【具体实施方式】十二所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法作进一步说明，本实施方式中，电机夹持装置4包括:n个夹持抓、夹持架和中轴，其中η为大于等于三的正整数；
[0072]所述夹持架呈圆柱形，中轴位于该圆柱形夹持架一端的中心位置，并与该圆柱形夹持架固定连接，η个夹持抓位于夹持架的另一端，并沿夹持架的周向均匀排布，η个夹持抓与夹持架铰接。
[0073]【具体实施方式】十四:本实施方式是对【具体实施方式】十三所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测方法作进一步说明，本实施方式中，所述力矩传感器I和被测力矩电机3均由稳压源作为工作电源。
【权利要求】
1.力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，它包括:力矩传感器(1)、第一联轴器(2)、电机夹持装置(4)、拖动电机(7)、下位机(10)和上位机(11); 力矩传感器(1)的输出轴通过第一联轴器(2)与待测力矩电机(3)的转子转轴固定连接，力矩传感器(1)用于采集待测力矩电机(3)的转子的转矩信号；拖动电机(7)用于驱动电机夹持装置(4)绕其中轴旋转，该电机夹持装置(4)用于夹持固定待测力矩电机(3 )的定子，并带动该待测力矩电机(3)旋转； 力矩传感器(1)的采样信号输出端连接下位机(10)的采样信号输入端，下位机(10)的数据采集控制信号输出端连接力矩传感器(1)的控制信号输入端，下位机(10)的加载控制信号输出端连接拖动电机(7)的控制信号输入端，下位机(10)的数字信号输出端连接上位机(11)的数字信号输入端； 所述下位机(10)中嵌入有软件实现的加载控制单元，所述加载控制单元包括: 每间隔固定时间接收力矩传感器(1)发送的采集信号的数据采集单元； 对接收到的采集信号进行A/D转换的转换单元； 将A/D转换后的数字信号发送给上位机(11)的数据传输单元； 产生拖动电机(7)控制信号的加载控制单元； 所述上位机(11)中嵌入有软件实现的检测单元，所述检测单元包括: 接收下位机(10)发送的数据的数据传输单元； 根据数据传输单元接收的数据绘制摩擦转矩波形的波形绘制单元； 根据波形绘制单元绘制的波形获得摩擦转矩的变化趋势的变化趋势获得单元； 根据变化趋势获得单元获得的变化趋势计算获得待测力矩电机(3 )的电刷摩擦转矩波动系数的系数获取单元。
2.根据权利要求1所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括第二联轴器(6 )，电机夹持装置(4 )的中轴通过第二联轴器(6 )与拖动电机(7)的动力输出轴相连。
3.根据权利要求2所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括:承重轴承(5);所述承重轴承(5)设在电机夹持装置(4)的中轴上，并位于电机夹持装置(4)与第二联轴器(6)之间。
4.根据权利要求3所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括:稳定基座(8)和滑动基座(9)； 所述滑动基座(9)通过双向滑槽与稳定基座(8)滑动连接；所述双向滑槽的滑动方向与电机夹持装置(4)的中轴平行； 所述力矩传感器(1)固定在稳定基座(8)上；所述电机夹持装置(4)、承重轴承(5)和拖动电机(7 )均固定在滑动基座(9 )上。
5.根据权利要求4所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括:标定组件；所述标定组件设在力矩传感器(1)输出轴上，并位于力矩传感器(1)与第一联轴器(2)之间。
6.根据权利要求5所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，电机夹持装置(4)包括:n个夹持抓、夹持架和中轴，其中η为大于等于三的正整数； 所述夹持架呈圆柱形，中轴位于该圆柱形夹持架一端的中心位置，并与该圆柱形夹持架固定连接，η个夹持抓位于夹持架的另一端，并沿夹持架的周向均匀排布，η个夹持抓与夹持架铰接。
7.根据权利要求6所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测装置，其特征在于，所述力矩传感器(1)和被测力矩电机(3)均由稳压源作为工作电源。
8.力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测发方法，其特征在于，该方法是基于下述装置实现的，所述装置包括:力矩传感器(1)、第一联轴器(2)、电机夹持装置(4)和拖动电机(7)； 力矩传感器(1)的输出轴通过第一联轴器(2)与待测力矩电机(3)的转子转轴固定连接，力矩传感器(1)用于采集待测力矩电机(3)的转子的转矩信号；拖动电机(7)用于驱动电机夹持装置(4)绕其中轴旋转，该电机夹持装置(4)用于夹持固定待测力矩电机(3 )的定子，并带动该待测力矩电机(3)旋转； 所述方法包括以下步骤: 首先，将待测力矩电机(3)的定子固定在电机夹持装置(4)上，将待测力矩电机(3)的转子通过第一联轴器(2 )与力矩传感器(I)的输出轴固定连接； 然后，通过拖动电机(7)带动待测力矩电机(3)的定子旋转；在待测力矩电机(3)的定子旋转的过程中，下位机(10)间隔固定时间采集获得待测力矩电机(3)转子的转矩信号，并将该信号转换成数字信号之后发送给上位机(11); 最后，上位机(11)根据该数字信号绘制摩擦转矩波形，根据该波形获得摩擦转矩的实时数据和变化趋势；根据所述变化趋势获得待测力矩电机(3)的电刷摩擦转矩波动系数。
9.根据权利要求8所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测发方法，其特征在于，在开启拖动电机(7 )之前，利用标定组件对力矩传感器进行初始标定。
10.根据权利要求8所述的力矩电机电刷摩擦转矩波动系数检测发方法，其特征在于，电机夹持装置(4)包括:η个夹持抓、夹持架和中轴，其中η为大于等于三的正整数； 所述夹持架呈圆柱形，中轴位于该圆柱形夹持架一端的中心位置，并与该圆柱形夹持架固定连接，η个夹持抓位于夹持架的另一端，并沿夹持架的周向均匀排布，η个夹持抓与夹持架铰接。
【文档编号】G01L3/00GK103913261SQ201410154986
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】关宇东, 丁焱, 于博良, 提纯利, 仲小挺, 杜克, 宁宇, 朱雨桐, 徐志剑 申请人:哈尔滨工业大学