一种直线电机法向力检测系统的制作方法

1.本发明涉及电机性能测试技术领域，具体涉及一种直线电机法向力检测系统。


背景技术：

2.直线电机是一种将电磁能直接转换成直线运动机械能的电磁装置，不需要中间传动环节即可直接驱动负载运转，具有结构简单、定位精度高、响应速度快和灵敏度高等的特点，广泛应用于机床、交通运输、光刻精密器械等领域。
3.法向力(也即直线电机初级与次级彼此之间的吸力)是衡量直线电机性能参数的重要指标之一，因此对直线电机的法向力进行精确检测是评估直线电机性能、优化直线电机结构过程中极为重要的环节之一。因此，有必要设计一种能够对直线电机的法向力进行精确检测的装置。
4.在申请号为cn201811179628.7的专利文件中公开了一种直线电机法向力检测装置，该法向力检测装置，包括基板、托板、压力检测部件，托板与基板之间滑动连接，基板用于固定直线电机具有的初级，托板用于固定直线电机具有的次级，压力检测部件处于托板与基板之间以检测初级与次级之间的法向力。
5.但是，上述检测装置在实际应用的过程中仍存在检测精度不佳的问题：因为其压力检测部件、托板和滑块采用的布局设置使得压力检测部件是否能完全检测到法向力还取决于滑块与导轨之间连接稳定性，即滑块在直线导轨上是否会有不沿直线导轨行程方向上的晃动。
6.上述技术问题亟待解决。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种直线电机法向力检测系统，包括控制柜、失重组件和检测箱，所述控制柜和失重组件均设置在地面上，所述检测箱的内部设有用于安装直线电机的安装组件。
9.所述失重组件包括垂直导轨和滑接在垂直导轨上的电控滑块，所述检测箱的后端固定在电控滑块上。
10.所述安装组件包括基座板、安装板、定位丝杠、丝杠滑块、导向滑轨、导向滑块、阶梯型夹板、翅板和连接杆，所述检测箱内部上、下端的底壁上均设有基座板，两个所述基座板的顶角之间均固定有垂直于地面的定位丝杆，所述安装板的数量为两个并且平行式地设置，所述安装板的顶角处均设有丝杠滑块，所述丝杠滑块分别滑接在对应的定位丝杠上，两个所述安装板相对的板面上均安装有直线电机的初级，所述直线电机的初级两侧还均设有与之平行的导向滑轨，所述导向滑轨上均滑接有导向滑块，所述阶梯型夹板的数量为两个并且二者之间可拆卸式地固定拼合，两个所述阶梯型夹板之间安装有直线电机的次级，所
述阶梯型夹板的前、后端侧壁上均设有翅板，所述翅板与对应导向滑块之间通过连接杆连接。
11.更进一步地，所述失重组件上还设有与检测箱配合的后备组件，所述后备组件包括收卷辊、伺服电机和牵引绳，所述收卷辊设置在垂直导轨的顶端并受伺服电机驱动自转，所述牵引绳缠绕在收卷辊上，并且所述牵引绳的外端固定在检测箱上。
12.更进一步地，所述垂直导轨底端处的地面上还设有一组处于检测箱正下方的缓冲组件，所述缓冲组件包括伸缩杆、弹簧和电磁铁，所述伸缩杆的两端均设有磁轴与其中轴线平行的电磁铁，所述弹簧套设在伸缩杆的外部，所述伸缩杆的内部填充有磁流体溶液。
13.更进一步地，所述检测箱上还设有检测组件，所述检测组件包括压力传感器、陀螺仪传感器、运动传感器、第一距离传感器和第二距离传感器，所述陀螺仪传感器、运动传感器和第二距离传感器均设置在检测箱的箱体上，并且所述第二距离传感器的检测方向正对于地面，所述连接杆与导向滑块的连接处均设有压力传感器，所述安装板外侧的板面的顶角处均设有第一距离传感器。
14.更进一步地，所述检测箱的前端设置有箱门，所述检测箱的箱体上还对称设有一组半导体制冷板，所述半导体制冷板的热端朝外且冷端朝内。
15.更进一步地，所述阶梯型夹板与直线电机的次级之间还设有刚性的气隙调整垫体；相对应的两个所述翅板之间还设有刚性的支撑垫体。
16.更进一步地，所述阶梯型夹板的边缘均对称地开设有通孔，两个所述阶梯型夹板上相对应的两个通孔中均穿接有同一唐氏螺纹螺杆，所述唐氏螺纹螺杆的杆体上均螺接有两个方向相反的唐氏螺纹螺母。
17.更进一步地，所述控制柜上还设有显示屏、按键和接口。
18.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
19.1、本发明通过增加控制柜、失重组件和检测箱，所述控制柜和失重组件均设置在地面上，检测箱的内部设有用于安装直线电机的安装组件，安装组件包括基座板、安装板、定位丝杠、丝杠滑块、导向滑轨、导向滑块、阶梯型夹板、翅板和连接杆，检测箱内部上、下端的底壁上均设有基座板，两个基座板的顶角之间均固定有垂直于地面的定位丝杆，安装板的数量为两个并且平行式地设置，安装板的顶角处均设有丝杠滑块，丝杠滑块分别滑接在对应的定位丝杠上，两个安装板相对的板面上均安装有直线电机的初级，直线电机的初级两侧还均设有与之平行的导向滑轨，导向滑轨上均滑接有导向滑块，阶梯型夹板的数量为两个并且二者之间可拆卸式地固定拼合，两个阶梯型夹板之间安装有直线电机的次级，阶梯型夹板的前、后端侧壁上均设有翅板，翅板与对应导向滑块之间通过连接杆连接的设计。
20.这样便可以通过失重组件令检测箱内部产生一个完全失重的环境，并且检测箱内部采用两个直线电机的初级中间设置一个直线电机的次级的方式，从而抵消直线电机的次级在不沿导向滑轨行程方向上的偏移，从而确保压力传感器测得的数据就是直线电机的次级在其法向上的力。
21.达到令本发明具备更高检测精度的效果。
22.2、本发明通过在检测箱的箱体上还对称设有一组半导体制冷板，并且半导体制冷板的热端朝外且冷端朝内，并且检测箱的内部还设有温度传感器的设计。
23.这样便可以通过温度传感器实时监测检测箱内部的温度，并通过半导体制冷板实
现对检测箱内部的温度调节，从而确保直线电机的初级的温度保持恒定。
24.达到令本发明在长时间连续工作时具备更好可靠性的效果。
附图说明
25.图1为本发明第一视角下的直观图；
26.图2为本发明第二视角下失重组件的直观图；
27.图3为本发明第三视角下缓冲组件的直观图；
28.图4为本发明第四视角下箱门打开时检测箱内部的直观图；
29.图5为本发明第五视角下箱门打开时检测箱内部的直观图；
30.图6为本发明第六视角下安装组件与检测箱分离时的直观图；
31.图7为本发明第七视角下安装组件的爆炸视图；
32.图8为图7中a区域的放大图；
33.图9为图7中b区域的放大图；
34.图中的标号分别代表：
35.100-控制柜；101-显示屏；102-按键；103-接口；
36.200-失重组件；201-垂直导轨；202-电控滑块；
37.300-检测箱；301-箱门；302-半导体制冷板；
38.400-安装组件；401-基座板；402-安装板；403-定位丝杠；404-丝杠滑块；405-导向滑轨；406-导向滑块；407-阶梯型夹板；408-翅板；409-连接杆；410-气隙调整垫体；411-支撑垫体；412-通孔；413-唐氏螺纹螺杆；414-唐氏螺纹螺母；
39.500-后备组件；501-收卷辊；502-伺服电机；503-牵引绳；
40.600-缓冲组件；601-伸缩杆；602-弹簧；603-电磁铁；
41.700-直线电机的初级；
42.800-直线电机的次级；
43.900-检测组件；901-压力传感器；902-陀螺仪传感器；903-运动传感器；904-第一距离传感器；905-第二距离传感器。
具体实施方式
44.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
46.实施例
47.本实施例的一种直线电机法向力检测系统，参照图1-9：包括控制柜100、失重组件200和检测箱300，控制柜100和失重组件200均设置在地面上，检测箱300的内部设有用于安装直线电机的安装组件400。
48.(一)
49.控制柜100上还设有显示屏101、按键102和接口103(其中，接口103的作用包括但不限于为控制柜100供电和进行数据交换)，这样使用者便可以并通过显示屏101和按键102的配合来实现指令的快速发出，同时也可以通过显示屏101快速得到检测的数据。
50.(二)
51.失重组件200包括垂直导轨201和滑接在垂直导轨201上的电控滑块202，检测箱300的后端固定在电控滑块202上。
52.失重组件200的作用在于为检测箱300制造一个完全失重的环境，从而消除直线电机的次级800自身重力对法向力检测带来的误差干扰。
53.值得注意的是：检测箱300在下落的过程由于空气阻力的存在，使得其不能完全实现失重，因此需要失重组件200对检测箱300在失重下落的过程中施加一个向下的驱动力，从而抵消空气阻力的干扰，进而让检测箱300处于完全失重状态(其判断依据来自于检测箱300上的运动传感器903)。
54.(三)
55.失重组件200上还设有与检测箱300配合的后备组件500，后备组件500包括收卷辊501、伺服电机502和牵引绳503，收卷辊501设置在垂直导轨201的顶端并受伺服电机502驱动自转，牵引绳503缠绕在收卷辊501上，并且牵引绳503的外端固定在检测箱300上。
56.后备组件500的作用在于保护检测箱300快接近地面的减速过程，从而避免失重组件200失灵时发生检测箱300直接摔落的危险。
57.(四)
58.垂直导轨201底端处的地面上还设有一组处于检测箱300正下方的缓冲组件600，缓冲组件600包括伸缩杆601、弹簧602和电磁铁603，伸缩杆601的两端均设有磁轴与其中轴线平行的电磁铁603，弹簧602套设在伸缩杆601的外部，伸缩杆601的内部填充有磁流体溶液。
59.缓冲组件600的作用在于检测箱300快接近地面的减速过程，从而避免失重组件200和后备组件500都失灵时发生检测箱300直接摔落的危险。
60.并且，控制柜100还可以根据检测箱300的下落速度(其判断依据来自于，检测箱300上的运动传感器903和第二距离传感器905)调节电磁铁603的磁场强度，从而改变磁流体溶液的黏度，从而使得缓冲组件600处于指定的阻尼系数，从而实现对检测箱300的更好缓冲保护。
61.(五)
62.安装组件400包括基座板401、安装板402、定位丝杠403、丝杠滑块404、导向滑轨405、导向滑块406、阶梯型夹板407、翅板408和连接杆409，检测箱300内部上、下端的底壁上均设有基座板401，两个基座板401的顶角之间均固定有垂直于地面的定位丝杆，安装板402的数量为两个并且平行式地设置，安装板402的顶角处均设有丝杠滑块404，丝杠滑块404分别滑接在对应的定位丝杠403上，两个安装板402相对的板面上均安装有直线电机的初级700，直线电机的初级700两侧还均设有与之平行的导向滑轨405，导向滑轨405上均滑接有导向滑块406，阶梯型夹板407的数量为两个并且二者之间可拆卸式地固定拼合，两个阶梯型夹板407之间安装有直线电机的次级800，阶梯型夹板407的前、后端侧壁上均设有翅板408，翅板408与对应导向滑块406之间通过连接杆409连接。
63.值得注意的是：控制柜100指令压力传感器901对直线电机法向力的检测是发生在检测箱300处于完全失重下落的过程中。
64.值得注意的是：同一安装板402上四个丝杠滑块404的工作状态始终保持同步，并且安装板402始终处于与地面平行的状态。
65.值得注意的是：阶梯型夹板407与直线电机的次级800之间还设有刚性的气隙调整垫体410，这样使用者可以通过采用不同厚度的气隙调整垫体410来调节直线电机的初级700与直线电机的次级800之间的气隙宽度。并且相对应的两个翅板408之间还设有刚性的支撑垫体411，这样可以保证同一水平端的两个翅板408始终保持与地面平行的状态。
66.阶梯型夹板407的边缘均对称地开设有通孔412，两个阶梯型夹板407上相对应的两个通孔412中均穿接有同一唐氏螺纹螺杆413，唐氏螺纹螺杆413的杆体上均螺接有两个方向相反的唐氏螺纹螺母414。这是因为，唐氏螺纹是双旋向、非连续、变截面的螺纹，唐氏螺纹的同一螺纹段同时设有左右两种不同旋向的螺纹，唐氏螺纹既可以和左旋螺纹配合，又可以和右旋螺纹配合，在连接时，使用左、右两种不同旋向的螺母，被连接件支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母，其中，紧固螺母与锁紧螺母的螺纹旋向相反，使用时先将紧固螺母拧紧，再将锁紧螺母拧紧；在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧正好阻止了紧固螺母的松退；由于唐氏螺纹紧固件采用将螺母的松退力转化成拧紧力的防松方式，因此在震动和冲击载荷情况下不会松动，振松实验显示，唐氏螺纹紧固件在初始阶段和调整阶段，其预紧力有所下降，在进入运行阶段后，其预紧力不再下降；螺纹的松退与轴向预紧力f无关，也与松退力矩ft无关，当然也与螺纹副之间的摩擦力有关，可见，唐氏螺纹是依靠螺纹自身结构防松，且与轴向力f的变化无关；从螺纹受力变形的角度分析，唐氏螺纹在交变载荷的条件，螺纹副也会发生变形，但是，当外力消失后，唐氏螺纹能够恢复到原来的状态。
67.(六)
68.检测箱300上还设有检测组件900，检测组件900包括压力传感器901、陀螺仪传感器902(用于监测检测箱300的姿态，即直线电机的初级700是否平行于地面)、运动传感器903(用于监测检测箱300在垂直方向上的运动速度和加速度)、第一距离传感器904和第二距离传感器905，陀螺仪传感器902、运动传感器903和第二距离传感器905均设置在检测箱300的箱体上，并且第二距离传感器905的检测方向正对于地面，连接杆409与导向滑块406的连接处均设有压力传感器901，安装板402外侧的板面的顶角处均设有第一距离传感器904。
69.(七)
70.检测箱300的前端设置有箱门301，这样可以保证检测箱300内部相对于外界是密封的，从而避免检测箱300在完全失重下落的过程中气流对直线电机的次级800造成干扰。
71.在本实施例中，检测箱300的箱体上还对称设有两个半导体制冷板302，并且半导体制冷板302的热端朝外且冷端朝内，这样便可以通过半导体制冷板302对检测箱300内部的空间实现制冷，即对直线电机的初级700进行降温冷却。
72.值得注意的是：由于检测箱300会在失重组件200的驱动下在垂直方向上作上下运动(并且半导体制冷板302的热端是直接暴露于外界的)，在该过程中半导体制冷板302会受
到较为强烈的风冷，因此检测箱300上不需要为半导体制冷板302额外设置散热装置。
73.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。