專(zhuān)利名稱(chēng)：一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置，屬于電機(jī)測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直線(xiàn)電機(jī)是傳統(tǒng)電機(jī)的一種延伸，現(xiàn)已得到各行各業(yè)的重視和認(rèn)可。永磁 直線(xiàn)電機(jī)的定位力的測(cè)量一直是研究永磁直線(xiàn)電機(jī)不可缺少的步驟，永磁直線(xiàn) 電機(jī)定位力的精確測(cè)量，對(duì)永磁直線(xiàn)電機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)化有著重大意義。已有的永
磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量如圖1和圖2所示，此裝置由測(cè)試平臺(tái)1、永磁直線(xiàn)電機(jī) 的動(dòng)子2、永磁直線(xiàn)電機(jī)的定子3和彈簧秤12組成。通過(guò)用人工拉動(dòng)彈簧秤12， 帶動(dòng)永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2，同時(shí)記錄彈簧秤12的數(shù)據(jù)，得到永磁直線(xiàn)電機(jī)的 定位力。此測(cè)試方法的缺點(diǎn)有(1)測(cè)量時(shí)定位力準(zhǔn)確度差，精度低，測(cè)量值 只能作為參考；(2)測(cè)量時(shí)只能測(cè)量定位力的最大值，以及定位力最大值時(shí)的 動(dòng)子2所在的位置，而不能精確的測(cè)出永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2的位置與定位力 大小的實(shí)時(shí)關(guān)系；(3)測(cè)試人為因素多，測(cè)量過(guò)程不可控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決采用彈簧秤測(cè)量永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力的裝置測(cè)量精 度低、測(cè)試時(shí)人為因素多，測(cè)量過(guò)程不可控的問(wèn)題，提供了一種永磁直線(xiàn)電機(jī) 定位力測(cè)量裝置。
本發(fā)明包括測(cè)試平臺(tái)、永磁直線(xiàn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器、主動(dòng) 同步輪、從動(dòng)同步輪、同步帶、.第一拉力傳感器、第二拉力傳感器和計(jì)算機(jī)，
永磁直線(xiàn)電機(jī)包括動(dòng)子和定子，永磁直線(xiàn)電機(jī)設(shè)置在測(cè)試平臺(tái)上，并且位 于主動(dòng)同步輪和從動(dòng)同步輪之間，永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子的一端與第一拉力傳感 器的一端相連，第一拉力傳感器的另一端和同步帶的一端相連，同步帶的另一 端與第二拉力傳感器的一端相連，第二拉力傳感器的另一端與永磁直線(xiàn)電機(jī)的
動(dòng)子的另一端相連，測(cè)試平臺(tái)的一端設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與主動(dòng)同步輪固定連 接，并通過(guò)同步帶帶動(dòng)從動(dòng)同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)，
第一拉力傳感器的拉力信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)的第一輸入端相連，第二拉力 傳感器的拉力信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)的第二輸入端相連，計(jì)算機(jī)的脈沖信號(hào)輸出 端與步進(jìn)電機(jī)控制器的輸入端相連，步進(jìn)電機(jī)控制器的控制信號(hào)輸出端與步進(jìn) 電機(jī)的控制信號(hào)輸入端相連。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明采用兩個(gè)同步輪、同步帶、永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子、 步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成機(jī)械結(jié)構(gòu)閉環(huán)，步進(jìn)電機(jī)的微步進(jìn)旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成永磁直線(xiàn)電機(jī) 的動(dòng)子的水平方向的微小位移，可進(jìn)行高精度等距位置控制。系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī) 可以實(shí)現(xiàn)正反連續(xù)性、全程定位力測(cè)量，直接繪制永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力曲線(xiàn)。
測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本低廉，具有測(cè)試精度高，測(cè)試范圍寬。


圖1是背景技術(shù)中采用彈簧秤測(cè)量一側(cè)定位力的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是背景 技術(shù)中采用彈簧秤測(cè)量另一側(cè)定位力的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖， 圖4是步進(jìn)電機(jī)與主動(dòng)同步輪連接的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是第一拉力傳感器測(cè)得 的定位力曲線(xiàn)，圖6是第二拉力傳感器測(cè)得的定位力曲線(xiàn)，圖7是全程定位力 曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括測(cè)試平 臺(tái)l、永磁直線(xiàn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)4、步進(jìn)電機(jī)控制器5、主動(dòng)同步輪6、從動(dòng)同 步輪7、同步帶8、第一拉力傳感器9、第二拉力傳感器10和計(jì)算機(jī)11，
永磁直線(xiàn)電機(jī)包括動(dòng)子2和定子3，永磁直線(xiàn)電機(jī)設(shè)置在測(cè)試平臺(tái)1上，并 且位于主動(dòng)同步輪6和從動(dòng)同步輪7之間，永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2的一端與第 一拉力傳感器9的一端相連，第一拉力傳感器9的另一端和同步帶8的一端相 連，同步帶8的另一端與第二拉力傳感器10的一端相連，第二拉力傳感器10 的另一端與永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2的另一端相連，
測(cè)試平臺(tái)1的一端設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)4，步進(jìn)電機(jī)4的輸出軸與主動(dòng)同步輪6固定連接，并通過(guò)同步帶8帶動(dòng)從動(dòng)同步輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，
第一拉力傳感器9的拉力信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)11的第一輸入端相連，第二 拉力傳感器10的拉力信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)11的第二輸入端相連，計(jì)算機(jī)11的 脈沖信號(hào)輸出端與步進(jìn)電機(jī)控制器5的輸入端相連，步進(jìn)電機(jī)控制器5的控制 信號(hào)輸出端與步進(jìn)電機(jī)4的控制信號(hào)輸入端相連。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，主動(dòng)同步輪6 和從動(dòng)同步輪7直徑相等，其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于，永磁直線(xiàn)電 機(jī)選用永磁平板形直線(xiàn)電機(jī)、永磁圓筒形直線(xiàn)電機(jī)或永磁雙邊結(jié)構(gòu)直線(xiàn)電機(jī)， 其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖4 圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施 方式一的不同之處在于，步進(jìn)電機(jī)4包括主動(dòng)轉(zhuǎn)子4-1 、接線(xiàn)端子4-2和底座4-3， 主動(dòng)轉(zhuǎn)子4-1的輸出軸與主動(dòng)同步輪6固定連接，接線(xiàn)端子4-2連接步進(jìn)電機(jī)控 制器5的控制信號(hào)輸出端，底座4-3設(shè)置在測(cè)試平臺(tái)1上，其它組成及連接方 式與實(shí)施方式一相同。
工作原理
為了敘述方便，設(shè)定各部件左右位置關(guān)系如圖3所示，為了測(cè)出永磁直線(xiàn) 電機(jī)的定位力，將永磁直線(xiàn)電機(jī)放在測(cè)試平臺(tái)1上，讓步進(jìn)電機(jī)4旋轉(zhuǎn)，通過(guò) 主動(dòng)同步輪6、從動(dòng)同步輪7及同步帶組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子 2沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，若步進(jìn)電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2向左側(cè)運(yùn)動(dòng)， 若步進(jìn)電機(jī)4逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2向右側(cè)運(yùn)動(dòng)。下面以步進(jìn) 電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例進(jìn)行分析
計(jì)算機(jī)11輸出步進(jìn)脈沖給步進(jìn)電機(jī)控制器5，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)4旋轉(zhuǎn)， 步進(jìn)電機(jī)4每接收一個(gè)步進(jìn)脈沖控制信號(hào)，則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度^ (步 進(jìn)角)，與步進(jìn)電機(jī)4的主動(dòng)轉(zhuǎn)子4-l的輸出軸固定連接的主動(dòng)同步輪6同步旋 轉(zhuǎn)，主動(dòng)同步輪6通過(guò)同步帶8和從動(dòng)同步輪7帶動(dòng)永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2向 左側(cè)移動(dòng)一個(gè)固定位移。由于永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力的存在，永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2左側(cè)的同步帶8上產(chǎn)生一個(gè)反方向的拉力，該拉力作用在與之連接的第 一拉力傳感器9上，并輸出一電壓模擬量"/" (V)，已知第一拉力傳感器9 的參數(shù)為^ (N/V)，計(jì)算機(jī)ll采集第一拉力傳感器9輸出的電壓信號(hào)w/"， 并計(jì)算出第一拉力傳感器11的拉力F,為
F,^xw々」 (1) 第一拉力傳感器11的拉力巧即為所求的永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力。
此時(shí)，永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2的位置S為
wrD0 m、 細(xì)
其中-
w為計(jì)算機(jī)11輸出步進(jìn)脈沖的數(shù)量；
D為主動(dòng)同步輪6和從動(dòng)同步輪7的有效直徑，單位為m。
隨著步進(jìn)脈沖數(shù)量的增加，逐點(diǎn)記錄動(dòng)子2的位置和第一拉力傳感器9的 拉力巧，此段時(shí)間內(nèi)，第二拉力傳感器10無(wú)輸出，直到某一時(shí)刻定位力達(dá)到最 大值，永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子2會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反方向的力，該力作用在第二拉力傳 感器10上，第二拉力傳感器10輸出M/" (V)，當(dāng)?shù)诙鞲衅?0有輸出 時(shí)，第一拉力傳感器9無(wú)輸出，計(jì)算此時(shí)第二拉力傳感器10上的拉力《為
T^^xw/" (3)
其中^為第二拉力傳感器10的參數(shù)，單位為N/V。
隨著步進(jìn)脈沖數(shù)量的進(jìn)一步增加，永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力隨之減小，直至 零。完成全程的定位力測(cè)量，將兩段定位力曲線(xiàn)合成如圖7所示。
如需測(cè)量永磁直線(xiàn)電機(jī)右側(cè)運(yùn)動(dòng)的定位力，則讓步進(jìn)電機(jī)4逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 測(cè)量方法和上述左側(cè)運(yùn)動(dòng)的方法一樣，不再贅述。
權(quán)利要求
1、一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置，其特征在于它包括測(cè)試平臺(tái)(1)、永磁直線(xiàn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)(4)、步進(jìn)電機(jī)控制器(5)、主動(dòng)同步輪(6)、從動(dòng)同步輪(7)、同步帶(8)、第一拉力傳感器(9)、第二拉力傳感器(10)和計(jì)算機(jī)(11)，永磁直線(xiàn)電機(jī)包括動(dòng)子(2)和定子(3)，永磁直線(xiàn)電機(jī)設(shè)置在測(cè)試平臺(tái)(1)上，并且位于主動(dòng)同步輪(6)和從動(dòng)同步輪(7)之間，永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子(2)的一端與第一拉力傳感器(9)的一端相連，第一拉力傳感器(9)的另一端和同步帶(8)的一端相連，同步帶(8)的另一端與第二拉力傳感器(10)的一端相連，第二拉力傳感器(10)的另一端與永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子(2)的另一端相連，測(cè)試平臺(tái)(1)的一端設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)(4)，步進(jìn)電機(jī)(4)的輸出軸與主動(dòng)同步輪(6)固定連接，并通過(guò)同步帶(8)帶動(dòng)從動(dòng)同步輪(7)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一拉力傳感器(9)的拉力信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)(11)的第一輸入端相連，第二拉力傳感器(10)的拉力信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)(11)的第二輸入端相連，計(jì)算機(jī)(11)的脈沖信號(hào)輸出端與步進(jìn)電機(jī)控制器(5)的輸入端相連，步進(jìn)電機(jī)控制器(5)的控制信號(hào)輸出端與步進(jìn)電機(jī)(4)的控制信號(hào)輸入端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置，其特征在于 主動(dòng)同步輪(6)和從動(dòng)同步輪(7)直徑相等。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置，其特征在于 永磁直線(xiàn)電機(jī)選用永磁平板形直線(xiàn)電機(jī)、永磁圓筒形直線(xiàn)電機(jī)或永磁雙邊結(jié)構(gòu) 直線(xiàn)電機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置，其特征在于 步進(jìn)電機(jī)(4)包括主動(dòng)轉(zhuǎn)子(4-l)、接線(xiàn)端子(4-2)和底座(4-3)，主動(dòng)轉(zhuǎn)子(4-l)的輸 出軸與主動(dòng)同步輪(6)固定連接，接線(xiàn)端子(4-2)連接步進(jìn)電機(jī)控制器(5)的控制信 號(hào)輸出端，底座(4-3)設(shè)置在測(cè)試平臺(tái)(l)上。
全文摘要
一種永磁直線(xiàn)電機(jī)定位力測(cè)量裝置，屬于電機(jī)測(cè)試領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是解決采用彈簧秤測(cè)量永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力的裝置測(cè)量精度低、測(cè)試時(shí)人為因素多，測(cè)量過(guò)程不可控的問(wèn)題。本發(fā)明采用兩個(gè)同步輪、同步帶、永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成機(jī)械結(jié)構(gòu)閉環(huán)，步進(jìn)電機(jī)的微步進(jìn)旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成永磁直線(xiàn)電機(jī)的動(dòng)子的水平方向的微小位移，計(jì)算機(jī)、兩個(gè)拉力傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)閉環(huán)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)兩個(gè)拉力傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，得到永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力，實(shí)現(xiàn)高精度等距位置控制，記錄每次步進(jìn)的位移和定位力，形成全程的定位力曲線(xiàn)。本發(fā)明多于永磁直線(xiàn)電機(jī)的定位力的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L1/00GK101520348SQ200910071669
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者吳紅星, 寇寶泉, 李立毅, 洪作光, 趙國(guó)平 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)