[发明专利]直线电机机械特性测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明用于对直线电机机械特性分析的测试系统及方法，属于直线电机性能检测技术领域。

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，把电能转换为弹性体的机械振动能，并依靠摩擦力来驱动的新型电机。作为一种全新的能量转换器件，它具有低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自锁、设计自由度大等优点，在航空航天、医疗器械、精密仪器、精加工等领域有广阔的应用前。超声电机的发展仅仅有二十多年的历史。早期的研究重点集中在新结构样机的开发和其运行机理的研究。随着超声电机研究的深入和走向市场化，目前，人们关注超声电机运行的稳定性和可控制性。超声电机的控制技术是实现超声电机稳定运行和有效控制的关键技术之一。而对其运行特性的检测是实现其有效控制(运行特性控制和精确定位控制)的前提。开发超声电机机械特性测试系统，有助于超声电机动态性能参数测试、定位控制和控制策略的研究。文献1(杨树国，石忠东，穆欣。直线电机测试系统开发及性能分析。微特电机，2007，6：19-21)开发了永磁交流同步直线电机测试系统。该系统的主要特征为：通过伺服旋转电机带动丝杠螺母推动导轨对直线运动施加负载，因此导轨的运行速度取决于伺服旋转电机的旋转速度。在测试中为了实现对电机施加负载，丝杠导轨的运动方向与电机的运动趋势向反，由于直线电机初级与丝杠之间直接通过压力传感器连接，所以电机初级的实际运动是同丝杠导轨一样的，测试系统不能测试直线电机的运行速度，仅仅能测试与电机运动方向相反的丝杠导轨运行速度。该系统的测试方式确定它不能同时测定电机的输出力和运行速度，更不能用来分析电机的启、停特性。超声电机响应速度快，其机械特性受外界负载影响大，所上述测试系统不能测试直线超声电机输出力和速度的关系特性及其机械特性。目前尚无关于超声电机机械特性测试系统的报道，因此需要开发能够测试直线超声电机机械特性的测试系统。

发明内容：

本发明的目的在于研制一种用于测试直线电机机械特性的测试系统。

一种用于测试直线电机机械特性的测试系统，包括数据采集平台和数据处理器两部分组成，其中数据采集平台包括与直线电机输出端相联系的压力传感器和位移传感器以及数据采集卡，其中数据采集卡与上述压力传感器相联用于采集压力信号，还与上述位移传感器相联用于同步采集位移信号；其特征在于所述的数据采集平台具体结构如下：包括底座、安装于底座上的导轨、通过导轨上的滑动轴安装于导轨上的质量块、与质量块固定连接可随其一起滑动的位移尺；位移尺上贴有标尺光栅，所述位移尺、标尺光栅以及安装于底座上的光栅读数头构成了位移传感器；上述底座远离质量块一端安装有支架，支架上安装有压力传感器，所述压力传感器通过弹簧组件与所述质量块联系以检测压力信息。

一种用于测试直线电机机械特性的测试方法，包括以下过程：同步采集直线电机输出的压力信号及位移信号；所采集的信号经过数据处理器处理后，得到直线电机速度-输出力关系曲线及其相关的输出特性；其特征在于：所述的同步采集直线电机输出的压力信号及位移信号是依靠以下具体方式实现的：利用运动的直线电机动子推动质量块并压缩弹簧产生形变，从而对压力传感器施加压力；利用运动的直线电机动子推动质量块并带动位移尺上贴有的标尺光栅移动，并利用光栅读数头读数，由光栅编码器输出位移脉冲。

本发明中标尺光栅被固定在位移尺上，随滑动轴运动。电机启动后动子推动滑动轴在导轨上运动，导轨使弹簧产生变形，并对压力传感器施加压力，并由数据采集平台采集压力信号；在滑动轴运动的过程中光栅线传感器输出位移脉冲，并由数据处理器同步采集位移信号。所采集的信号经过数据处理器处理后，得到直线电机速度-输出力关系曲线及其相关的机械特性。

上述结构保证：(1)同步采集直线电机在启动、运行、停止时刻的推力和位移的大小；(2)并由PC机实时处理采集到的数据，实时显示直线电机的输出力-位移的特性曲线；(3)该直线电机机械特性测试系统结构简单、高效采集直线电机的输出力和位移量，直接有效地反映直线电机的推力-速度的特性关系及其输出特性。

本发明的基本特征在于：直线电机动子与压力传感器之间通过弹簧连接，使得直线电机动子的运行不受阻碍，通过直线超声电机自身直接推动滑动导轨运动，因此导轨的运行速度为电机的速度；同时，随着导轨的运动，弹簧被压缩，此时弹簧的张力增加，电机所受的负载同步增加。

电机的启、停特性表现为电机开机(或关机)后到速度稳定(停止)这段时间内的时间-速度特性。压力传感器、弹簧、导轨和电机动子的连接方式保证电机的启、停不受阻碍，以实现启、停特性的测量。

附图说明：