一种用于测量微特电机参数的装置

1.本实用新型属于电机测试领域，涉及一种用于测量微特电机参数的装置。


背景技术：

2.由于工程应用中，微特电机定子转子间的参数主要有定子电感、电阻、转动惯量、极对数、反电动势常数、电压频率和峰值幅度等，这些参数在实际工作中要求的具体数值能达到的准确程度和可实用性值得思考和关注，但现有的设备在测量这些参数时存在气隙不可调，测试方法单一，数据不够精准等问题也亟待解决。
3.由于电源在输出稳定电力的过程中，定子转子间存在电感、电阻、转动惯量、极对数、反电动势常数、电压频率和峰值幅度等参数，定子转子间距离变化时相应可变参数数值也会随气隙的变化而变化。电源提供定转子间电力，产生电感为装置测量的关键部分。针对微特电机的定子转子间气隙大小一般仅有0.25～2mm，因此测量过程中必须保证精度高，连续性好。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的：
5.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的为设计一种用于测量微特电机参数的装置，提供一种将原本完全独立进行的电机参数测量过程进行整合能够连续测量电机其他参数，该装置既保证测量过程中气隙能连续性变化也能保证定转子间气隙不受磁力的影响，更精准的测量电感、电阻、转动惯量、极对数、反电动势常数等参数。
6.本实用新型采取的技术方案为：
7.一种用于测量电机定转子间参数的实验装置，包括定子固定肋板(1)、定子(2)、转子转接轴(3)、转子(4)、轴(5)、轴承座(6)、深沟球轴承(7)、梅花联轴器(8)、电机轴(9)、小型电机(10)、电机座(11)、定子夹具转接板(121)、转子夹具转接板(122)、定子调节旋钮(131)、转子调节旋钮(132)、左滑台(141)、右滑台(142)、精密光学滑轨(15)、测量支撑板(16)、显示器(17)、电源(18)、示波器(19)；其中，定子固定肋板(1)通过螺钉、螺母和定子(2)固连，转子转接轴(3)和转子(4)通过莫氏锥度进行定位固定，转子转接轴(3)和轴(5)螺纹连接拧紧固定，轴(5)和深沟球轴承(7)内圈通过过盈配合固定，深沟球轴承(7)外圈和轴承座(6)通过夹具上的螺栓进行拧紧固定，轴承座(6)和转子夹具转接板(122)通过两个铰制孔用螺栓连接固定在一起，定子夹具转接板(121)、转子夹具转接板(122)和左滑台(141)、右滑台(142)用四个沉头螺钉连在一起，左滑台(141)、右滑台(142)与精密光学滑轨(15)连接，定子调节旋钮(131)、转子调节旋钮(132)分别安装在左滑台(141)、右滑台(142)上，轴(5)与电机轴(9)通过梅花联轴器(8)连接，小型电机(10)安装在电机座(11)上并与电源(18)相连接。
8.进一步地，转子转接轴(3)和转子(4)用莫氏锥度进行定位，在用莫氏锥度进行定位后进行测量过程时有定子(2)的参与下，定转子间产生相互吸引的磁力，更能使莫氏锥度
定位可靠，转子(4)与转子转接轴(3)不发生相对运动。
9.进一步地，转子转接轴(3)和轴(5)的连接方式为反向螺纹结构，采用此结构的目的是为了防止在旋转过程中转子连接轴产生卸力的扭矩进而松脱，对不同的微型特型电机在测量定转子间的参数时更换相应配合型号的转子转接轴(3)完成参数测量。转子转接轴(3)型号大小与微特电机中的转子(4)孔径一致。
10.进一步地，定子调节旋钮(131)、转子调节旋钮(132)内部附带锁死装置，可以根据气隙所满足的值或范围随时锁死旋钮，固定左滑台(141)、右滑台(142)在精密光学滑轨(15)上的位置，即保证磁力下气隙为恒定值。
11.进一步地，所述定子(2)与转子(4)在同心度一致。
12.进一步地，所述支撑结构包括支撑轴承座(6)及深沟球轴承(7)，所述支撑轴承座(6)安装于所述转子夹具转接板(122)上，所述深沟球轴承(7)外圈安装于所述支撑轴承座(6)内。
13.进一步地，示波器(19)与定子(2)用导线连接且中间没有额外作用力。
14.进一步地，所述精密光学滑轨(15)，所述滑轨呈燕尾槽型，滑台嵌套在燕尾槽中，定子调节旋钮(131)和转子调节旋钮(132)与左滑台(141)、右滑台(142)配合实现单自由度旋转，上述调节旋钮配合燕尾槽上的螺纹结构实现进给轴向运动，来保证滑台与精密光学滑轨(15)的相对位置。
15.进一步地，对于电感、转矩和反电动势系数的测量需要除示波器外还需要添加高精度红外激光测距传感器等其他传感器进行测量。
16.综上，定子固定肋板(1)通过螺钉、螺母和定子(2)固连，定子固定肋板(1)与测量支撑板(16)安装在定子夹具转接板(121)上并由沉头螺钉固定在左滑台(141)上；转子转接轴(3)和转子(4)通过莫氏锥度进行定位固定；转子转接轴(3)上带有反向螺纹结构与轴(5)拧紧固定；轴(5)和深沟球轴承(7)内圈通过过盈配合固定；深沟球轴承(7)外圈和轴承座(6)通过轴承座上的螺栓进行拧紧固定；轴承座(6)和转子夹具转接板(122)通过标准件两个铰制孔用螺栓固定在一起；定子夹具转接板(121)、转子夹具转接板(122)分别和左滑台(141)、右滑台(142)用四个标准件螺钉连在一起；上述滑台安装在精密光学滑轨(15)上；定子调节旋钮(131)、转子调节旋钮(132)分别安装在左滑台(141)、右滑台(142)上用来控制其位置；上述滑台与精密光学滑轨(15)通过旋钮中螺纹进给结构产生水平轴向移动，当转动定子调节旋钮(131)后，左滑台(141)会沿着滑轨方向移动，刚性连接的定子固定肋板(1)直接作用到定子(2)上再通过锁死转子调节旋钮(132)来确定转子(4)的位置达到气隙的变化调节；产生的气隙大小通过定子夹具转接板(121)上安装的高精度激光测距传感器读数得到；电源(18)通电后定子(2)固定不动，转子(4)由于电机座(11)上小型电机(10)的带动下，通过梅花联轴器(8)的转矩传递使定转子间产生相应实验参数；示波器(19)通过定转子间的气隙来相应测量参数，并在显示器(17)上得出数据，从而测得微特电机定转子在工作时的具体数值。
17.本实用新型的有益效果：
18.(1)本实用新型通过精密光学滑轨内部螺纹进给结构与调节旋钮呈齿轮齿条配合把转动副变为移动副，实现能够更方便测距传感器记录的同时方便调节定转子间的气隙，从而提高了测量精度。
19.(2)本实用新型通过定子线圈呈中心对称分布来确定电感不受电磁力换向的影响，使位移不会产生跳动，且始终保证定转子间在磁力作用下防止贴合，这样不会对测量结果产生影响，保证了测量的连续性。
20.(3)本实用新型通过在转子和转子转接轴间采用莫氏锥度来保证静配合以及精确定位，在测量距离仅有0.25～2mm范围内时定转子间磁力吸引力大，利用吸引磁力，更好的使莫氏锥度进行定位，在有磁力的加固配合作用下转子和连接轴间不易发生可能的相对运动，保证位置精度同时方便拆卸，转子转接轴的大端朝向靠近定子的一侧安装。
21.(4)本实用新型对转子连接轴的设计以相反螺纹连接为主要形式，使用螺纹连接容易在转子旋转测量过程中产生减小拧紧力的作用从而分离，但相反的螺纹连接结构则更加紧固转子连接轴和轴在测量中的相对位置关系。
22.(5)本实用新型适用于微特电机定转子参数测量，不同型号的转子可相应配合不同型号的转子连接轴后统一与轴进行配合，不同定子大小可适当加高肋板保证可以测量多种微特电机的参数，避免单一的功用。
23.(6)本实用新型在设计安装上，通过孔轴配合和端面配合，加上装配过程中安装顺序的调整，使试验装置在装配过程中先装转子后测量计算标定高度后调节调节旋钮紧贴肋板标记再安装定子保证定转子的同轴度，进而减小系统误差，提高精度。
24.(7)本实用新型通过轴承、螺栓、螺母等标准件的应用，使更换和维护更为简单方便，传感器直接作用于定子转子，以其具有精度和方便安装等优点，使测量更加精准高效。
25.(8)被测电机转子安装在转子转接轴上通过联轴器连接小型电机因而转速确定，在测量参数时优化了常用只能用手拔动被测电机转动的操作，使被测电机转子的转速更稳定、方便测量精确结果。
附图说明
26.图1：用于测量电机定转子间参数的装置总剖视图；
27.图2：用于测量电机定转子间参数的装置在转子连接轴和轴相连接时剖视图；
28.图3：用于测量电机定转子间参数的装置在轴承座、夹具转接板和滑台的剖视图；
29.图4：用于测量电机定转子间参数的装置的测量平台及相应测量部件示意图；
30.图5：用于测量电机定转子间参数的装置可移动部件的侧视图；
31.图6：用于测量电机定转子间参数的装置中梅花式梅花联轴器侧视图；
32.图7：用于测量电机定转子间参数的装置中调节旋钮、滑台与精密光学滑轨侧视图；
33.图8：用于测量电机定转子间参数的装置中转子、转子转接轴，轴和深沟球轴承连接侧视图。
具体实施方式
34.下面结合说明书附图对本实用新型作进一步详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.为便于理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对其技术方案作进一步说明。在对本实用新型的描述中用到的“前”、“后”、“上”、“下”的等表示方位的词语，均是基于附图关系所作的陈述，目的是为了便于描述，其不能够认为是对本实用新型技术内容的限制。对所涉及的“连接”等配合关系的词语，除有明确限定外，应作广义理解，其可为直接配合、间接配合，固定连接、可拆卸连接等本领域人员能够根据本实用新型目的，理解实现的方式。
36.本实用新型在加工制造时：首先，定子转子的磁力比较大，定子固定肋板(1)不适宜用软材料，用铝板为原料铣削加工成型，定子(2)、转子(4)为测量基本元件，由待测量的微特电机提供，其中，转子中心要有相应的孔才能与转子转接轴(3)连接。
37.转子转接轴(3)为驱动部件中最关键的零件，首先，转子连接轴(3)要保证与轴(5)连接为反向螺纹连接，车螺纹时注意精度的要求之外还要注意精加工。转子转接轴表面需要有莫氏锥度，根据莫氏锥度的国际标准共有7种型号，本次加工的莫氏锥度为莫氏6号 1:19.180 1
°
29
′
36
″
。车莫氏锥度时，车床小滑板转动1
°
29
′
36
″
，车削时采用涂色法检测，车削零件外圆至尺寸调整小滑板角度至1
°
29
′
36
″
，车削出一部分锥度1∕2后，在锥面上用石笔画线，将套规套在工件上转动，将其取出，观察石笔划线被摩擦掉部位，若锥头部位被摩擦，说明锥度太小，反之锥度太大，此时松开小滑板，按需轻轻敲击，直至锥面接触面积达到百分之八十左右，此过程中也可用万能角度尺或角度样板测量。
38.轴(5)可以通过粗车再精车制造。开式深沟球轴承(7)选用6200深沟球轴承，安装时注意润滑以减小摩擦对结果的影响。
39.本实用新型在装配时：首先，在装配过程中，先在精密光学滑轨(15)上安装左滑台(141)、右滑台(142)随后安装定子夹具转接板(121)、转子夹具转接板(122)，之后分别在定子夹具转接板(121)上安装测量平台设备、定子固定肋板(1)，转子夹具转接板(122)上装轴承座(6)通过两个铰制孔用螺栓连接。此时定子调节旋钮(131)、转子调节旋钮(132)可适当调节位置，其次安装深沟球轴承(7)、轴(5)。转子(4)和转子转接轴(3)采用基孔制莫氏锥度进行定位，在用反螺纹连接方式紧固于轴(5)。轴(5)安装在深沟球轴承(7)内圈，深沟球轴承(7)外圈安装在轴承座(6)上并通过轴承座上的螺栓来控制拧紧。由于轴承座有向前倾覆的趋势，所以铰制孔螺栓连接需要有一定的预紧力，可以用定力矩扳手和测力矩扳手进行预紧。
40.选取精密光学滑轨(15)的测量位置适宜后，锁死转子调节旋钮(132)并调节定子调节旋钮(131)使定子固定肋板(1)贴紧转子并标定高度，随后确定测量高度值与先前理论计算值相符后在肋板对称中心安装定子(2)使线圈呈中心对称分布来保证同心度。
41.转子夹具转接板(122)加工时采用沉头座安装方式，右滑台(142)上用四个螺钉连接后安装在精密光学滑轨(15)上这样以实现轴向距离的测量和变化带来的电感及其他参数数值的变化。
42.深沟球轴承(7)在旋转时会有摩擦力的产生，但是在小型电机(10)驱动下驱动力稳定，气隙变化小等因素考虑下，轴承间的摩擦才可以忽略不计，从而提高整个装置的测量精度。
43.本实用新型在安装好后标定示波器(19)参数为零，调整好测量气隙的大小后给电源通电随后产生电磁力，进行测量具体参数，再通过调节定子调节旋钮(131)改变定子转子
之间气隙，位移可以通过精密光学滑轨(15)刻度读数得到，也可由定子夹具转接板(121)上安装的高精度激光测距传感器读数得到，参数的变化通过示波器(19)得到。
44.在测量极对数时：电极对的数量通常由电机供应商提供，再次检测时需要测量此参数，在两个电机相之间连接一个直流电源(dc)电源，并提供高达5%的预期标压，称为直流电源(dc)总线电压，也可以将电流保护设置为额定电机电流。通电旋转小型电机，若电机转子旋转，可以降低施加的电压。若电机电阻无法准确测出，逐渐增加施加的电压即可。旋转一圈机械转动中转子工作台位置的数量代表测量出的极数。可用示波器探头的地线夹，夹住电机的一根相线；另一根相线用探头夹住。然后匀速的旋转电机一圈，会在示波器上出现连续的对应的波形，数一下峰点的个数为偶数值，再除以2就是极对数值。
45.在测量定子电阻和电感时：用万用表测量直流电源(dc)定子相间电阻，并连接两个电机相之间的直流电源(dc)电压，连接示波器电压和电流探头，再将电压增加到电流等于标称值后，此时转子对中并且气隙不变。禁用直流电源(dc)电压源的电流保护，并拔下电压源电缆的一端，此时不要将其关闭。迅速插上电压源，监控示波器上的电压和电流波形，直到得到图形趋势为电压，此过程可视为一个阶跃，并且电流增加的波形时，测量结果良好，使用上升或下降为63%处的时间为t=ld/rs，所测时间ld/rs为常数，乘以rs得到ld值。
46.在测量反电动势常数时：要测量机械电机速度和感应到电机相位的反电动势幅度之间的比例常数ke，使用小型电机，并使用示波器寻找相间感应电压，和测量电机极对数一样，示波器的探头和地线夹各接电机一根相线，转动电机测出反的电动势波形，取中间一个波形，测量其峰峰值和频率。或者把被测电机的定子固定在肋板上，把定子的三相引出线与示波器相连接；扭矩传感器的信号线接入转矩测试信号处理器上，以实现数字与转矩读数的转换；用电源驱动小型电机旋转，设置转速为3000rpm，小型电机通过梅花联轴器带动扭矩传感器旋转，扭矩传感器带动轴和被测电机的转子一起旋转从而获得准确的被测电机的3000rpm反电动势系数。