本發(fā)明涉及一種測功機(jī)以及該測功機(jī)的應(yīng)用，尤其是涉及一種高速電主軸用測功機(jī)及其應(yīng)用，該測功機(jī)主要應(yīng)用于測試由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的感應(yīng)電主軸的軸功率，或應(yīng)用于測試由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的永磁電主軸的軸功率。

背景技術(shù)：

測功機(jī)，測功機(jī)也稱測功器，主要用于測試發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，也可作為齒輪箱、減速機(jī)、變速箱的加載設(shè)備，用于測試它們的傳遞功率，目前用得較多的是直流測功機(jī)、交流測功機(jī)和渦流測功機(jī)。測功機(jī)可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，作為被測動(dòng)力機(jī)械的負(fù)載，以測量被測機(jī)械的軸上輸出轉(zhuǎn)矩；也可以作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，拖動(dòng)其他機(jī)械，以測量其軸上輸入轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩與測速發(fā)電機(jī)測得的轉(zhuǎn)速之積即軸功率。

而隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和加工中心等高精密機(jī)床研制和生產(chǎn)正受到各國機(jī)床行業(yè)的高度重視。機(jī)床主軸是機(jī)床的主要部件，過去機(jī)床主軸通常依靠皮帶、齒輪等傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行工作的，而電主軸是電機(jī)內(nèi)裝式主軸單元的簡稱，其主要特點(diǎn)是將電機(jī)置于主軸內(nèi)部，通過驅(qū)動(dòng)控制器直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)而工作，實(shí)現(xiàn)了主軸、電機(jī)的一體化。

為適應(yīng)對工件的低速強(qiáng)力切削和高速精密加工的雙重需求，電主軸典型工作特性如圖3所示，即電主軸既有恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)，也要恒功率工作區(qū)，同時(shí)，這種電主軸所用驅(qū)動(dòng)器也要有弱磁調(diào)速的能力。目前渦電流測功機(jī)常作為弱磁調(diào)速的高速電主軸負(fù)載測試設(shè)備，通過聯(lián)軸器與電主軸同軸連接。在恒功率測試區(qū)，由于運(yùn)行速度較高，電主軸和測功機(jī)必須有較高同軸度，否則會(huì)引起軸系機(jī)械振動(dòng)，甚至損壞電主軸。此外，目前的測功機(jī)定子組件和轉(zhuǎn)子之間通過機(jī)械軸承支撐，在電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則存在因兩者不良同軸度而導(dǎo)致電主軸損壞的隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上技術(shù)問題，本申請?jiān)诖颂峁┮环N高速電主軸用測功機(jī)及其應(yīng)用，該測功機(jī)可以消除現(xiàn)有技術(shù)中因定子組件和轉(zhuǎn)子兩者之間不良同軸度而導(dǎo)致電主軸損壞的隱患。此外，該測功機(jī)適用的范圍不僅可以用于測量普通的高速電主軸的軸功率，而且還可以用于測量由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的感應(yīng)電主軸的軸功率，或由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的永磁電主軸的軸功率。

為了達(dá)到本申請以上所記載的目的，所采用的技術(shù)方案是高速電主軸用測功機(jī)，該測功機(jī)包括扭矩傳感器、發(fā)電機(jī)定子組件和轉(zhuǎn)子組件；所述扭矩傳感器的一端同心安裝于被測電主軸的機(jī)殼上，另一端同心安裝于所述發(fā)電機(jī)定子組件上，所述轉(zhuǎn)子組件同軸安裝于被測電主軸的軸端上；所述發(fā)電機(jī)定子組件被被測電主軸的機(jī)殼懸臂同心支撐，所述轉(zhuǎn)子組件被被測電主軸的轉(zhuǎn)軸懸臂同軸支撐。

以上技術(shù)方案發(fā)電機(jī)定子組件被被測電主軸的機(jī)殼懸臂同心支撐，而轉(zhuǎn)子組件被被測電主軸的轉(zhuǎn)軸懸臂同軸支撐，致使發(fā)電機(jī)定子組件和轉(zhuǎn)子組件之間沒有機(jī)械軸承，從而消除了定子組件和轉(zhuǎn)子兩者之間不良同軸度而導(dǎo)致電主軸損壞的隱患。同時(shí)，本技術(shù)方案所記載的轉(zhuǎn)子組件同軸安裝于被測電主軸的軸端上，取消了聯(lián)軸器，進(jìn)而縮短了軸系長度，簡化了機(jī)械連接。

進(jìn)一步的，本申請所提供的測功機(jī)還包括為測功機(jī)提供制動(dòng)電能的弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器b。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子組件外側(cè)安裝有護(hù)套。用于加以緊固轉(zhuǎn)子組件，使得轉(zhuǎn)子組件更為穩(wěn)固。

進(jìn)一步的，所述發(fā)電機(jī)定子組件為環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)、雙繞組結(jié)構(gòu)或者繞組外串電抗器結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子組件為永磁體內(nèi)置式或永磁體表貼式。

此外，本申請所提供的高速電主軸用測功機(jī)應(yīng)用于測試由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的感應(yīng)電主軸的軸功率，或應(yīng)用于測試由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的永磁電主軸的軸功率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果是：定子組件和轉(zhuǎn)子組件之間沒有了機(jī)械軸承，從而消除了兩者之間因同軸度不匹配而導(dǎo)致電主軸損壞的隱患，結(jié)構(gòu)簡單。該測功機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)件可視作被測電主軸的刀具，發(fā)電機(jī)定子組件可視作待加工的工件，與渦電流測功機(jī)相比，更能真實(shí)地模擬被測電主軸的實(shí)際工況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的測功機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所記載的被測電主軸-測功機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)的電氣線路圖；

圖3為本發(fā)明的被測電主軸典型工作曲線；

圖中：1-被測電主軸，2-扭矩傳感器，3-發(fā)電機(jī)定子組件，4-轉(zhuǎn)子組件。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步更詳細(xì)的說明本申請所提供的技術(shù)方案，在此結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行更為完善的說明。

如圖1和圖2所示，本申請?zhí)峁┑母咚匐娭鬏S用測功機(jī)，包括了扭矩傳感器2、發(fā)電機(jī)定子組件3和轉(zhuǎn)子組件4；所述扭矩傳感器2的一端同心安裝于被測電主軸1的機(jī)殼上，另一端同心安裝于所述發(fā)電機(jī)定子組件3上，所述轉(zhuǎn)子組件4同軸安裝于被測電主軸1的軸端上；所述發(fā)電機(jī)定子組件3被被測電主軸1的機(jī)殼懸臂同心支撐，所述轉(zhuǎn)子組件4被被測電主軸1的轉(zhuǎn)軸懸臂同軸支撐，發(fā)電機(jī)定子組件3和轉(zhuǎn)子組件4之間無機(jī)械軸承連接，使其兩者之間不存在不良同軸承的問題；相鄰部件之間通過止口或者銷釘進(jìn)行定位，使用螺栓緊固。

而被測電主軸1既有恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)，也有恒功率工作區(qū)，如圖3所示，圖中橫軸n為轉(zhuǎn)速，縱軸為轉(zhuǎn)矩t或功率p；此外，以上技術(shù)方案將被測電主軸1與測功機(jī)構(gòu)成一體即可構(gòu)成被測電主軸-測功機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)，該平臺(tái)的電氣線路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該平臺(tái)可以水平放置，也可以垂直放置，垂直放置時(shí)被測電主軸1的軸端可以向上，也可以向下，從而消除了重力帶來的徑向振動(dòng)的影響。

在此，按照被測電主軸1的刀具接口形式(如螺紋、刀柄等)，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子組件4軸端，該轉(zhuǎn)子組件4為永磁轉(zhuǎn)子組件，其可視作被測電主軸1的刀具，而發(fā)電機(jī)定子組件可視作待加工的工件，與渦電流測功機(jī)相比，更能真實(shí)模擬被測電主軸1的實(shí)際工況。

具體地發(fā)電機(jī)定子組件3設(shè)計(jì)可以參照寬永磁同步電機(jī)弱磁調(diào)速范圍定子設(shè)計(jì)方法；定子繞組可以采用環(huán)形繞組或雙繞組(由功率繞組和弱磁繞組組成)結(jié)構(gòu)形式，也可以采用普通繞組外串電抗器的結(jié)構(gòu)形式。而轉(zhuǎn)子組件4也可以參照寬永磁同步電機(jī)弱磁調(diào)速范圍轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方法。轉(zhuǎn)子組件可以采用凸極率較大的永磁體內(nèi)置式形式，如轉(zhuǎn)子鐵心軸向疊片形式、永磁體隔磁橋間隔分段形式，也可以采用永磁體表貼形式，為了使轉(zhuǎn)子組件4更為穩(wěn)定的緊固于被測電主軸1上，本實(shí)施例還在轉(zhuǎn)子組件4的外側(cè)增設(shè)護(hù)套，以加以緊固。

而在此所提供的測功機(jī)g的供電系統(tǒng)可以采用任何一種為其供電，如采用弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器b制動(dòng)發(fā)電使其運(yùn)行。

本申請所提供的測功機(jī)作為負(fù)載設(shè)備，是一臺(tái)具有弱磁調(diào)速功能的高速永磁發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)定子組件3繞組與帶有弱磁調(diào)速功能的驅(qū)動(dòng)器連接，作制動(dòng)發(fā)電運(yùn)行，發(fā)電機(jī)定子組件3作用在轉(zhuǎn)子組件4的負(fù)載力矩通過環(huán)形扭矩傳感器2測量，通過觀測發(fā)電機(jī)定子組件3繞組電氣信號(hào)(如磁鏈、電壓或電流等)基波成分頻率，確定被測電主軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速，在此基礎(chǔ)上，可以給出被測電主軸1工作特性曲線。

本申請所提供的測試機(jī)可以用于測量任何一種電主軸的軸功率，尤其是由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器a驅(qū)動(dòng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的電主軸m，但最好是應(yīng)用于測試由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的感應(yīng)電主軸的軸功率，或應(yīng)用于測試由弱磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的永磁電主軸的軸功率。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。