專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)量裝置，特別涉及一種超聲電機(jī)通用 測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，激發(fā)彈性體(定子)在超聲頻段內(nèi) 的微幅振動(dòng)，并通過(guò)定、轉(zhuǎn)子(動(dòng)子)之間的摩擦作用將振動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子(動(dòng)子) 的旋轉(zhuǎn)(直線)運(yùn)動(dòng)，輸出功率，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。超聲電機(jī)和傳統(tǒng)的電磁電機(jī)一樣有 自己的機(jī)械特性(負(fù)載特性)，包括轉(zhuǎn)速一扭矩、轉(zhuǎn)速一效率和轉(zhuǎn)速一輸出功率 曲線、溫度等，它們是衡量電機(jī)最重要的性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)超聲電機(jī)的 動(dòng)力學(xué)模型，已可預(yù)估出超聲電機(jī)的機(jī)械特性，但是超聲電機(jī)的性能好壞需要由 實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。傳統(tǒng)的超聲電機(jī)性能測(cè)量裝置具有以下兩個(gè)特點(diǎn)1) 采用光電編碼器等非接觸測(cè)量。例如，金龍等在《微電機(jī)》(2004年第 37巻第6期第61-68頁(yè))發(fā)表的《超聲波電機(jī)速度特性測(cè)試技術(shù)研究》，該文 中提出了用光電編碼器來(lái)測(cè)量超聲電機(jī)的速度。通過(guò)光電編碼器把速度變量轉(zhuǎn)為 脈沖信號(hào)，再輸送到計(jì)算機(jī)中處理。不足在于只能用于旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè) 量，并沒(méi)有涉及到旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，以及直線超聲電機(jī)力的測(cè)量，而輸 出轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，是研究如何提高超聲電機(jī)的性能的重要指標(biāo)；由于光電編碼器和 超聲電機(jī)的連接需要連軸器，這樣將帶來(lái)同軸度等一系列接觸問(wèn)題。2) 采用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器或者磁滯測(cè)功機(jī)等接觸測(cè)量，可以同時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)超 聲電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。例如，趙淳生院士等作者于2007年由科學(xué)出版社出版的《超聲電機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》，該書(shū)中提出用磁滯測(cè)功機(jī)以及測(cè)功機(jī)控制器等測(cè)量超 聲電機(jī)的機(jī)械特性。其不足在于只應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)，并不能同時(shí)測(cè)試直 線超聲電機(jī)；由于測(cè)試裝置作為負(fù)載和超聲電機(jī)的接觸，不但影響了超聲電機(jī)的 輸出性能，且由于超聲電機(jī)的絕對(duì)輸出力矩小，不一定能負(fù)荷得起該負(fù)載；再者，采用的儀器需要花費(fèi)一定的資金，而且數(shù)據(jù)處理軟件模塊比較復(fù)雜。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有超聲電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的不足，提出一種超聲電機(jī)性能的通用測(cè) 量系統(tǒng)，該系統(tǒng)比公知的系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，更方便，不僅可以同時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī) 的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，也可以同時(shí)測(cè)量直線超聲電機(jī)的力和速度。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)超聲電 機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速或速度的測(cè)量，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)公式的換算可以方便得到超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 或力，從而得到超聲電機(jī)相應(yīng)的機(jī)械特性曲線。本發(fā)明通過(guò)對(duì)超聲電機(jī)測(cè)試系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)，使其可以為不同結(jié)構(gòu)的電機(jī)提供一種簡(jiǎn)單便捷的測(cè)量方案。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明由測(cè)試組件和編碼器組件組成。 測(cè)試組件包括激光傳感器、激光傳感器固定架、彈簧、彈簧支架。編碼器組件包 括反光材料、硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板。連接關(guān)系為彈簧固定在彈簧支架上， 一端連接 在旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上或者直線超聲電機(jī)的動(dòng)子上，激光傳感器固定在激光傳 感器固定架上。硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板粘貼在與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸向垂直的表面上 或者貼在直線超聲電機(jī)動(dòng)子表面上，反光材料粘貼在硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板上，并使激 光傳感器的激光光斑能夠垂直投射在反光材料上。本發(fā)明用于旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)測(cè)量時(shí)，其中反光材料(其反射率在80%以上) 上按照相同的間隔，均勻地涂有寬度大于光斑直徑的黑色條紋，類(lèi)似于光柵。本發(fā)明用于直線超聲電機(jī)測(cè)量時(shí)，編碼器組件可以采用反光紙。激光傳感器的光向與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)軸或直線超聲電機(jī)動(dòng)子在同一軸向上， 并且激光傳感器與編碼器組件的距離是在激光傳感器的工作范圍內(nèi)。激光傳感器 設(shè)置為采集數(shù)字信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或直線超聲電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，編 碼器組件跟著旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或直線超聲電機(jī)動(dòng)子一起動(dòng)作，激光傳感器采集 反光材料上的數(shù)字或者模擬信號(hào)，并輸出到計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)等處理器上進(jìn)行數(shù) 據(jù)的處理。超聲電機(jī)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)拉動(dòng)彈簧，根據(jù)超聲電機(jī)速度的變化和時(shí)間間隔， 算出超聲電機(jī)此時(shí)的加速度，從而得到旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及直線超聲電機(jī)此 時(shí)的加速度，從而得到超聲電機(jī)的機(jī)械特性曲線。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)速或直線超聲 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，可以真正消除同軸度問(wèn)題，避免了由于超聲電機(jī)與測(cè)量?jī)x器接 觸帶來(lái)的直接影響，并且根據(jù)簡(jiǎn)單的換算即可得到旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的相應(yīng)轉(zhuǎn)矩或直 線超聲電機(jī)的相應(yīng)力。本發(fā)明所采用的儀器成本低，操作方便可靠，可適用于不同結(jié)構(gòu)的直線超聲電機(jī)或旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)機(jī)械特性的測(cè)試。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例一本實(shí)施例為用于旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)，圖1中，旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)l、旋轉(zhuǎn) 超聲電機(jī)轉(zhuǎn)軸2。如圖1所示，本實(shí)施例包括編碼器組件3、計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等數(shù)據(jù)處理器 7、激光傳感器5、激光傳感器固定架6、彈簧8、彈簧支架9。其中激光傳感器5、激光傳感器固定架6、計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等數(shù)據(jù)處理器7、彈簧8、彈簧支架9組成測(cè)試組件。反光材料、硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板組成編碼器 組件3。上述部件的連接關(guān)系為彈簧8固定在彈簧支架9上， 一端連接在旋轉(zhuǎn)超聲 電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸2上，激光傳感器5固定在激光傳感器固定架6上。硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁 板粘貼在與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)軸2軸向垂直的表面上，反光材料粘貼在硬質(zhì)輕質(zhì)圓 鋁板，并使得激光傳感器5的激光光斑4能夠垂直投射在編碼器組件3上。所述激光傳感器5，其工作范圍在75皿-125皿之間。所述反光材料，其反射率在80%以上。本實(shí)施例具體工作的實(shí)現(xiàn)包括以下過(guò)程激光傳感器5的激光光斑4光向與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸2在同一軸向上， 并且激光傳感器5與編碼器組件3的距離是在激光傳感器5的工作范圍內(nèi)(其工 作范圍在75mra-125mm之間)。激光傳感器5設(shè)置為采集數(shù)字信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)超 聲電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候，編碼器組件3跟著旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)軸2 —起旋轉(zhuǎn)，激光傳感 器5采集反光材料(其反射率在80%以上)上的黑白柵條的交替信號(hào)，輸出高 低電平到計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)等處理器7上進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)1旋轉(zhuǎn) 的同時(shí)拉動(dòng)彈簧8，根據(jù)旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)l速度的變化和時(shí)間間隔，可以算出旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)1的此時(shí)加速度，根據(jù)公式可以得到旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩，從而得到 旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)1的機(jī)械特性曲線。實(shí)施例二本實(shí)施例為用于直線超聲電機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)，圖2中，直線超聲電機(jī)動(dòng)子l。 如圖2所示，本實(shí)施例包括編碼器組件2 (或反光紙)、動(dòng)子導(dǎo)軌3、激光 傳感器5、激光傳感器固定架6、計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等數(shù)據(jù)處理器7、彈簧8、彈簧 支架9。其中激光傳感器5、激光傳感器固定架6、計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等數(shù)據(jù)處理 器7、彈簧8、彈簧支架9構(gòu)成測(cè)試組件。反光材料(其反射率在80%以上)、 硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板組成編碼器組件2。上述部件的連接關(guān)系為彈簧8固定在彈簧支架9上， 一端連接在直線超聲 電機(jī)動(dòng)子1上，激光傳感器5固定在激光傳感器固定架6上。硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板粘 貼在與直線超聲電機(jī)動(dòng)子1軸向垂直的表面上，反光材料(其反射率在80%以 上)粘貼在硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板，并使激光傳感器5的激光光斑4垂直投射在編碼器 組件2上。激光傳感器5的激光光斑4光向與直線超聲電機(jī)動(dòng)子1在同一水平面上，并 且激光傳感器5與編碼器組件2的距離是在激光傳感器5的工作范圍內(nèi)(其工作 范圍在75mm-125mm之間)。激光傳感器5設(shè)置為采集模擬信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)直線超聲 電機(jī)動(dòng)子2運(yùn)動(dòng)時(shí)候，編碼器組件2隨著動(dòng)子1一起進(jìn)退，激光傳感器5采集反 光材料(其反射率在80%以上)的位移模擬變量，輸出相應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)到計(jì)算 機(jī)或者單片機(jī)等處理器7上進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)由于彈簧8跟著動(dòng)子1伸長(zhǎng)或 者恢復(fù)原狀，可以計(jì)算相應(yīng)的啟動(dòng)到停止所需要的時(shí)間。根據(jù)相應(yīng)的換算可得到 直線超聲電機(jī)的相應(yīng)力值。由上述實(shí)施例可以看出，通過(guò)非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)速或直線超聲電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，可以真正消除同軸度問(wèn)題，避免了由于超聲電機(jī)與測(cè)量?jī)x器接觸 帶來(lái)的直接影響，并且根據(jù)簡(jiǎn)單的換算即可得到旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的相應(yīng)轉(zhuǎn)矩或直線 超聲電機(jī)的相應(yīng)力。本發(fā)明所采用的儀器成本低，操作方便可靠，可適用于不同 結(jié)構(gòu)的直線超聲電機(jī)或旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)機(jī)械特性的測(cè)試。
權(quán)利要求
1. 一種超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，包括測(cè)試組件，其特征在于，還包括編碼器組件，所述編碼器組件包括反光材料、硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板，所述測(cè)試組件包括激光傳感器、激光傳感器固定架、彈簧、彈簧支架，彈簧固定在彈簧支架上，一端連接在旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上或者直線超聲電機(jī)的動(dòng)子上，激光傳感器固定在激光傳感器固定架上，硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板粘貼在與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸向垂直的表面上或者貼在直線超聲電機(jī)動(dòng)子表面上，反光材料粘貼在硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板上，并使激光傳感器的激光光斑能夠垂直投射在反光材料上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，其特征是，所述反光材 料上按照相同的間隔，均勻地涂有寬度大于光斑直徑的黑色條紋。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，其特征是，所述反 光材料，其反射率在80%以上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，其特征是，所述編碼器 組件為反光紙。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，其特征是，所述激光傳 感器的光向與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)軸或直線超聲電機(jī)動(dòng)子在同一軸向上，并且激光傳 感器與編碼器組件的距離是在激光傳感器的工作范圍內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，其特征是，所述激光傳 感器采集數(shù)字信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或直線超聲電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，編碼 器組件跟著旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或直線超聲電機(jī)動(dòng)子一起動(dòng)作，激光傳感器釆集強(qiáng) 反射率材質(zhì)上的數(shù)字或者模擬信號(hào)，輸出到處理器上進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，其特征是，所 述激光傳感器，其工作范圍在75mm-125mm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲電機(jī)通用測(cè)試裝置，屬于超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由測(cè)試組件和編碼器組件組成，編碼器組件包括反光材料、硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板，測(cè)試組件包括激光傳感器、激光傳感器固定架、彈簧、彈簧支架，彈簧固定在彈簧支架上，一端連接在旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上或者直線超聲電機(jī)的動(dòng)子上，激光傳感器固定在激光傳感器固定架上，硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板粘貼在與旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)軸軸向垂直的表面上或者貼在直線超聲電機(jī)動(dòng)子表面上，反光材料粘貼在硬質(zhì)輕質(zhì)圓鋁板上，并使激光傳感器的激光光斑能夠垂直投射在反光材料上。本發(fā)明簡(jiǎn)單可靠，成本低，容易實(shí)現(xiàn)，不同結(jié)構(gòu)的直線超聲電機(jī)或旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的機(jī)械特性都可以由該測(cè)試裝置獲得。
文檔編號(hào)G01P3/36GK101266178SQ20081003709
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者明 楊, 陳許英 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)