一种新型测功机及其测功方法与流程

1.本发明涉及电机技术领域，具体为一种新型测功机及其测功方法。


背景技术：

2.高速电机在功率密度和运行效率均有巨大优势。目前，2wrpm以上高速电机和10wrpm以上的超高速电机在各行业中应用越来越普及，大致新能源汽车电机、小致吸尘器吹风机等家电用品，以及军工航天医疗领域。但衡量和评估电机的特性，均需要使用测功机进行实际数据测试，其中对扭力数据的采集，目前主流的测功机不论磁滞测功、涡流测功等测功设备均采用动态扭力传感器（动态扭力传感器指扭力传感器的轴随电机同速旋转）进行扭力值采集，由于动态受本身转动惯量、机械结构等限制，无法满足高转速下的测量需求。


技术实现要素：

3.本发明主要目的是设计一种对高转速电机的测功装置，满足在较高转速下精确测量电机功率的要求。
4.一种新型测功机，包括台架和从左至右依次安装在台架上的电机安装座、轴承支架、传动轴、滑轨，扭力传感器安装板、扭力传感器伺服电机和数据测试器。所述电机安装座固定在台架上，顶部设置电机安装槽，用于安装固定被测电机。所述轴承支架固定在台架上，位于电机安装座右端，在轴承支架顶部，传动轴通过轴承安装在轴承支架上。传动轴左端通过联轴器与被测电机电机轴连接，传动轴右端连接磁钢转子，磁钢转子通过传动轴与被测电机同轴同速旋转。传动轴下方还安装转速传感器，固定在轴承支架上，测量传动轴转速。所述滑轨安装在轴承支架右端，滑轨上设置可滑动的滑块，扭力传感器安装板底部与滑块固定，与滑块一起可沿滑轨滑动，扭力传感器安装板上还固定连接有横向放置的丝杆，扭力传感器安装板顶部固定扭力传感器，扭力传感器与磁钢转子相邻端安装金属筒，使金属筒能将磁钢转子套进筒内，由扭力传感器测量磁钢转子旋转时与金属筒所产生的电磁涡流阻力形成的在金属筒上的扭力。所述丝杆前端与伺服电机连接，将伺服电机旋转运动变为丝杆的横向直线运动。丝杆、扭力传感器安装板、扭力传感器、滑块、金属筒构成一个整体运动组件a，在丝杆与伺服电机的连接作用下，控制前述整体运动组件a在滑轨上横向运动。所述伺服电机通过伺服电机安装板与台架固定。
5.所述电机安装座顶部还设置有电机压板，安装固定被测电机后，将被测电机扣紧。
6.所述扭力传感器的传感器数据线、转速传感器的传感器数据线均与外部的数据测试器电连接。数据测试器通过传感器采集的数据，由数据测试器的cpu进行计算，得出相应的测试结果。
7.测试时，将被测电机安装在电机安装座上，由被测电机带动磁钢转子旋转，由转速传感器测量被测电机转速n；通过伺服电机带动整体运动组件a横向滑动，使其上的金属筒逐渐套入磁钢转子，由扭力传感器测量磁钢转子旋转时与金属筒所产生的电磁涡流阻力形
成的在金属筒上的扭力t，在每一个测试点，记录磁钢转子套入金属筒的深度l (金属筒套进磁钢转子的深度l不同，产生的磁滞涡流阻力不同)，同时记录扭力传感器的数值、记录被测电机端的电压值u、记录被测电机端的电流值i，则根据公式：p输入=u*i，p输出=t*n/9.55，计算电机输出功率、电机效率等数据。
8.本发明通过一个与电机同速的转子磁钢与金属套产生电磁涡流阻力，间接把扭力无损耗的传递到一个静态扭力传感器上进行扭力数据采集，这样，由于静态扭力传感器精度更高、造价更低，且不受电机转速的影响，因此可以支持的测试电机转速无限制，具有很大应用前景。
附图说明
9.图1为新型测功机结构示意图；图2为数据测试器电器结构图；图3为新型测功机测试起始状态结构示意图；图4为新型测功机测试状态结构示意图；其中附图标记：1被测电机， 2电机轴，3联轴器，4轴承支架，5轴承，6传动轴，7磁钢转子，8金属筒，9螺丝，10扭力传感器，11扭力传感器安装板，12传感器数据线，13丝杆，14伺服电机安装板，15伺服电机，16滑块，17滑轨，18台架，19转速传感器，20电机安装座，21电机压板，22数据测试器。
具体实施方式
10.下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
11.实施例： 一种新型测功机，如图1所示，由台架18和安装在台架上的电机安装座20，传动轴组件、扭力传感器组件、伺服电机15和数据测试器22构成。电机安装座20，底部与台架固定，顶部设置电机安装槽，用于安装被测电机1，并设置安装电机压板21，将被测电机1压紧固定。电机压板21，可采用螺丝与电机安装座20固定。传动组件包括联轴器3、轴承支架4和传动轴6，轴承支架4底部固定在台架18上，顶部设置轴承5，通过轴承5将传动轴6固定在轴承支架4上，传动轴6通过联轴器3与被测电机1的电机轴2连接，传动轴6另一端连接磁钢转子7，构成被测电机1与磁钢转子7的同轴同速旋转连接。传动轴6下端还设置有转速传感器19，固定在轴承支架上，测量传动轴6的转速，即测得被测电机1的转速。在磁钢转子7的另一端，安装有扭力传感器组件。扭力传感器组件为可以平移组件，包括金属筒8、扭力传感器安装板11、扭力传感器10、金属筒8、滑块16、滑轨17和丝杆13。滑轨17和滑块16是一对滑轨组件，滑轨17固定在台架18上，滑块16安装在滑轨上，可沿滑轨平移。滑块16上固定扭力传感器安装板11，扭力传感器安装板11顶部安装扭力传感器10，通过安装螺丝9固定，扭力传感器安装板11中部连接一横向设置的丝杆13。扭力传感器10的前端安装金属筒8，金属筒8与磁钢转子7相邻，高度位置刚好能套入磁钢转子7。丝杆13尾部连接伺服电机15，由伺服电机15控制丝杆运动，伺服电机15通过伺服电机安装板14与台架18固定，伺服电机15电源线引出连接外部电源。扭力传感器组件可沿滑轨17左右平移，通过平移控制金属筒8套入磁钢转子7的深度，其平移距离，由伺服电机15驱动丝杆13完成。伺服电机15把旋转运动变为丝杆13的横向直线运动，推动整个扭力传感器组件平移。
12.扭力传感器10的传感器数据线12、以及转速传感器的数据线均与外部的数据测试器22电连接。如图2所示，数据测试器通过开关控制电路连接被测电机1和伺服电机15的供电电源，起到开关控制功能，通过电流传感器，测量被测电机1的输入电流，通过输入的转速传感器19、扭力传感器10采集的数据，由内部cpu进行计算，得出相应的测试结果。数据测试器采用的低价的8位或16位单片机，搭配相应的电源模块、a/d模块、开关电路控制模块及软件编程，即可实现所需的数据测试和计算功能，以及控制被测电机、伺服电机的开关。
13.该测功机的测功方法为：将被测电机1安装在电机安装座20上，由被测电机1带动磁钢转子7旋转，由转速传感器19测量电机转速n 。通过伺服电机14带动扭力传感器组件，使其上的金属筒8逐渐套入磁钢转子7如图3至图4状态所示。由扭力传感器10测量磁钢转子7旋转时与金属筒8所产生的电磁涡流阻力形成的在金属筒8上的扭力t，在每一个测试点，即金属筒8套进磁钢转子7的不同深度l处，产生的磁滞涡流阻力不同，记录扭力传感器10的数值、记录被测电机端的电压值u、记录被测电机端的电流值i，则根据公式：p输入=u*i、p输出=t*n/9.55，计算电机输出功率、电机效率等数据。
14.新型测功机，通过设置金属筒套住与被测电机同速的磁钢转子，旋转产生电磁涡流阻力，间接把扭力无损耗的传递到一个静态扭力传感器上，进行扭力数据采集，实现扭力值的静态采集，实现电机高转速下的高精度的数据采集。其结构简单，生产成本低，适合推广，具有市场前景。