高速电主轴用测功机及其应用的制作方法

本发明涉及一种测功机以及该测功机的应用，尤其是涉及一种高速电主轴用测功机及其应用，该测功机主要应用于测试由弱磁调速驱动器供电的感应电主轴的轴功率，或应用于测试由弱磁调速驱动器供电的永磁电主轴的轴功率。

背景技术：

测功机，测功机也称测功器，主要用于测试发动机的功率，也可作为齿轮箱、减速机、变速箱的加载设备，用于测试它们的传递功率，目前用得较多的是直流测功机、交流测功机和涡流测功机。测功机可作为发电机运行，作为被测动力机械的负载，以测量被测机械的轴上输出转矩；也可以作电动机运行，拖动其他机械，以测量其轴上输入转矩。转矩与测速发电机测得的转速之积即轴功率。

而随着现代制造业的发展，数控机床和加工中心等高精密机床研制和生产正受到各国机床行业的高度重视。机床主轴是机床的主要部件，过去机床主轴通常依靠皮带、齿轮等传动装置驱动主轴进行工作的，而电主轴是电机内装式主轴单元的简称，其主要特点是将电机置于主轴内部，通过驱动控制器直接驱动主轴旋转而工作，实现了主轴、电机的一体化。

为适应对工件的低速强力切削和高速精密加工的双重需求，电主轴典型工作特性如图3所示，即电主轴既有恒转矩工作区，也要恒功率工作区，同时，这种电主轴所用驱动器也要有弱磁调速的能力。目前涡电流测功机常作为弱磁调速的高速电主轴负载测试设备，通过联轴器与电主轴同轴连接。在恒功率测试区，由于运行速度较高，电主轴和测功机必须有较高同轴度，否则会引起轴系机械振动，甚至损坏电主轴。此外，目前的测功机定子组件和转子之间通过机械轴承支撑，在电主轴高速运转时，则存在因两者不良同轴度而导致电主轴损坏的隐患。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本申请在此提供一种高速电主轴用测功机及其应用，该测功机可以消除现有技术中因定子组件和转子两者之间不良同轴度而导致电主轴损坏的隐患。此外，该测功机适用的范围不仅可以用于测量普通的高速电主轴的轴功率，而且还可以用于测量由弱磁调速驱动器供电的感应电主轴的轴功率，或由弱磁调速驱动器供电的永磁电主轴的轴功率。

为了达到本申请以上所记载的目的，所采用的技术方案是高速电主轴用测功机，该测功机包括扭矩传感器、发电机定子组件和转子组件；所述扭矩传感器的一端同心安装于被测电主轴的机壳上，另一端同心安装于所述发电机定子组件上，所述转子组件同轴安装于被测电主轴的轴端上；所述发电机定子组件被被测电主轴的机壳悬臂同心支撑，所述转子组件被被测电主轴的转轴悬臂同轴支撑。

以上技术方案发电机定子组件被被测电主轴的机壳悬臂同心支撑，而转子组件被被测电主轴的转轴悬臂同轴支撑，致使发电机定子组件和转子组件之间没有机械轴承，从而消除了定子组件和转子两者之间不良同轴度而导致电主轴损坏的隐患。同时，本技术方案所记载的转子组件同轴安装于被测电主轴的轴端上，取消了联轴器，进而缩短了轴系长度，简化了机械连接。

进一步的，本申请所提供的测功机还包括为测功机提供制动电能的弱磁调速驱动器b。

进一步的，所述转子组件外侧安装有护套。用于加以紧固转子组件，使得转子组件更为稳固。

进一步的，所述发电机定子组件为环形绕组结构、双绕组结构或者绕组外串电抗器结构。

进一步的，所述转子组件为永磁体内置式或永磁体表贴式。

此外，本申请所提供的高速电主轴用测功机应用于测试由弱磁调速驱动器供电的感应电主轴的轴功率，或应用于测试由弱磁调速驱动器供电的永磁电主轴的轴功率。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：定子组件和转子组件之间没有了机械轴承，从而消除了两者之间因同轴度不匹配而导致电主轴损坏的隐患，结构简单。该测功机的转子转件可视作被测电主轴的刀具，发电机定子组件可视作待加工的工件，与涡电流测功机相比，更能真实地模拟被测电主轴的实际工况。

附图说明

图1为本发明所提供的测功机结构示意图；

图2为本发明所记载的被测电主轴-测功机平台系统的电气线路图；

图3为本发明的被测电主轴典型工作曲线；

图中：1-被测电主轴，2-扭矩传感器，3-发电机定子组件，4-转子组件。

具体实施方式

为了进一步更详细的说明本申请所提供的技术方案，在此结合附图和实施例进行更为完善的说明。

如图1和图2所示，本申请提供的高速电主轴用测功机，包括了扭矩传感器2、发电机定子组件3和转子组件4；所述扭矩传感器2的一端同心安装于被测电主轴1的机壳上，另一端同心安装于所述发电机定子组件3上，所述转子组件4同轴安装于被测电主轴1的轴端上；所述发电机定子组件3被被测电主轴1的机壳悬臂同心支撑，所述转子组件4被被测电主轴1的转轴悬臂同轴支撑，发电机定子组件3和转子组件4之间无机械轴承连接，使其两者之间不存在不良同轴承的问题；相邻部件之间通过止口或者销钉进行定位，使用螺栓紧固。

而被测电主轴1既有恒转矩工作区，也有恒功率工作区，如图3所示，图中横轴n为转速，纵轴为转矩t或功率p；此外，以上技术方案将被测电主轴1与测功机构成一体即可构成被测电主轴-测功机平台系统，该平台的电气线路结构图如图2所示。该平台可以水平放置，也可以垂直放置，垂直放置时被测电主轴1的轴端可以向上，也可以向下，从而消除了重力带来的径向振动的影响。

在此，按照被测电主轴1的刀具接口形式(如螺纹、刀柄等)，设计转子组件4轴端，该转子组件4为永磁转子组件，其可视作被测电主轴1的刀具，而发电机定子组件可视作待加工的工件，与涡电流测功机相比，更能真实模拟被测电主轴1的实际工况。

具体地发电机定子组件3设计可以参照宽永磁同步电机弱磁调速范围定子设计方法；定子绕组可以采用环形绕组或双绕组(由功率绕组和弱磁绕组组成)结构形式，也可以采用普通绕组外串电抗器的结构形式。而转子组件4也可以参照宽永磁同步电机弱磁调速范围转子设计方法。转子组件可以采用凸极率较大的永磁体内置式形式，如转子铁心轴向叠片形式、永磁体隔磁桥间隔分段形式，也可以采用永磁体表贴形式，为了使转子组件4更为稳定的紧固于被测电主轴1上，本实施例还在转子组件4的外侧增设护套，以加以紧固。

而在此所提供的测功机g的供电系统可以采用任何一种为其供电，如采用弱磁调速驱动器b制动发电使其运行。

本申请所提供的测功机作为负载设备，是一台具有弱磁调速功能的高速永磁发电机，发电机定子组件3绕组与带有弱磁调速功能的驱动器连接，作制动发电运行，发电机定子组件3作用在转子组件4的负载力矩通过环形扭矩传感器2测量，通过观测发电机定子组件3绕组电气信号(如磁链、电压或电流等)基波成分频率，确定被测电主轴运行转速，在此基础上，可以给出被测电主轴1工作特性曲线。

本申请所提供的测试机可以用于测量任何一种电主轴的轴功率，尤其是由弱磁调速驱动器a驱动电动驱动运行的电主轴m，但最好是应用于测试由弱磁调速驱动器供电的感应电主轴的轴功率，或应用于测试由弱磁调速驱动器供电的永磁电主轴的轴功率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。