超声电机通用测试装置转让专利
申请号 : CN200810037095.9
文献号 : CN100593698C
文献日 : 2010-03-10
发明人 : 杨明 , 陈许英
申请人 : 上海交通大学
摘要 :
本发明涉及一种超声电机通用测试装置，属于超声电机技术领域。本发明由测试组件和编码器组件组成，编码器组件包括反光材料、硬质轻质圆铝板，测试组件包括激光传感器、激光传感器固定架、弹簧、弹簧支架，弹簧固定在弹簧支架上，一端连接在旋转超声电机的转轴上或者直线超声电机的动子上，激光传感器固定在激光传感器固定架上，硬质轻质圆铝板粘贴在与旋转超声电机的转轴轴向垂直的表面上或者贴在直线超声电机动子表面上，反光材料粘贴在硬质轻质圆铝板上，并使激光传感器的激光光斑能够垂直投射在反光材料上。本发明简单可靠，成本低，容易实现，不同结构的直线超声电机或旋转超声电机的机械特性都可以由该测试装置获得。
权利要求 :
1、一种超声电机通用测试装置，包括测试组件，其特征在于，还包括编码 器组件，所述编码器组件包括反光材料、硬质轻质圆铝板，所述测试组件包括激 光传感器、激光传感器固定架、弹簧、弹簧支架，弹簧固定在弹簧支架上，一端 连接在旋转超声电机的转轴上或者直线超声电机的动子上，激光传感器固定在激 光传感器固定架上，硬质轻质圆铝板粘贴在与旋转超声电机的转轴轴向垂直的表 面上或者贴在直线超声电机动子表面上，反光材料粘贴在硬质轻质圆铝板上，并 使激光传感器的激光光斑能够垂直投射在反光材料上。
2、根据权利要求1所述的超声电机通用测试装置，其特征是，所述反光材 料上按照相同的间隔，均匀地涂有宽度大于光斑直径的黑色条纹。
3、根据权利要求1或2所述的超声电机通用测试装置，其特征是，所述反 光材料，其反射率在80％以上。
4、根据权利要求1所述的超声电机通用测试装置，其特征是，所述编码器 组件为反光纸。
5、根据权利要求1所述的超声电机通用测试装置，其特征是，所述激光传 感器的光向与旋转超声电机转轴或直线超声电机动子在同一轴向上，并且激光传 感器与编码器组件的距离是在激光传感器的工作范围内。
6、根据权利要求1所述的超声电机通用测试装置，其特征是，当旋转超声 电机转动或直线超声电机动子运动时，编码器组件跟着旋转超声电机转轴或直线 超声电机动子一起动作，激光传感器采集反光材料上的数字或者模拟信号，输出 到处理器上进行数据的处理。
7、根据权利要求1或5或6所述的超声电机通用测试装置，其特征是，所 述激光传感器，其工作范围在75mm-125mm之间。
说明书 :
技术领域
本发明涉及的是一种电机技术领域的测量装置，特别涉及一种超声电机通用 测试装置。
背景技术
超声电机是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体(定子)在超声频段内 的微幅振动，并通过定、转子(动子)之间的摩擦作用将振动转换成转子(动子) 的旋转(直线)运动，输出功率，驱动负载。超声电机和传统的电磁电机一样有 自己的机械特性(负载特性)，包括转速-扭矩、转速-效率和转速-输出功率 曲线、温度等，它们是衡量电机最重要的性能指标。在设计时，根据超声电机的 动力学模型，已可预估出超声电机的机械特性，但是超声电机的性能好坏需要由 实验来验证。
传统的超声电机性能测量装置具有以下两个特点：
1)采用光电编码器等非接触测量。例如，金龙等在《微电机》(2004年第 37卷第6期第61-68页)发表的《超声波电机速度特性测试技术研究》，该文 中提出了用光电编码器来测量超声电机的速度。通过光电编码器把速度变量转为 脉冲信号，再输送到计算机中处理。不足在于：只能用于旋转超声电机转速的测 量，并没有涉及到旋转超声电机转矩的测量，以及直线超声电机力的测量，而输 出转矩的测量，是研究如何提高超声电机的性能的重要指标；由于光电编码器和 超声电机的连接需要连轴器，这样将带来同轴度等一系列接触问题。
2)采用转速转矩传感器或者磁滞测功机等接触测量，可以同时测量旋转超 声电机的转速和转矩。例如，赵淳生院士等作者于2007年由科学出版社出版的 《超声电机技术与应用》，该书中提出用磁滞测功机以及测功机控制器等测量超 声电机的机械特性。其不足在于：只应用于旋转型超声电机，并不能同时测试直 线超声电机；由于测试装置作为负载和超声电机的接触，不但影响了超声电机的 输出性能，且由于超声电机的绝对输出力矩小，不一定能负荷得起该负载；再者， 采用的仪器需要花费一定的资金，而且数据处理软件模块比较复杂。
传统的超声电机性能测量装置具有以下两个特点：
1)采用光电编码器等非接触测量。例如，金龙等在《微电机》(2004年第 37卷第6期第61-68页)发表的《超声波电机速度特性测试技术研究》，该文 中提出了用光电编码器来测量超声电机的速度。通过光电编码器把速度变量转为 脉冲信号，再输送到计算机中处理。不足在于：只能用于旋转超声电机转速的测 量，并没有涉及到旋转超声电机转矩的测量，以及直线超声电机力的测量，而输 出转矩的测量，是研究如何提高超声电机的性能的重要指标；由于光电编码器和 超声电机的连接需要连轴器，这样将带来同轴度等一系列接触问题。
2)采用转速转矩传感器或者磁滞测功机等接触测量，可以同时测量旋转超 声电机的转速和转矩。例如，赵淳生院士等作者于2007年由科学出版社出版的 《超声电机技术与应用》，该书中提出用磁滞测功机以及测功机控制器等测量超 声电机的机械特性。其不足在于：只应用于旋转型超声电机，并不能同时测试直 线超声电机；由于测试装置作为负载和超声电机的接触，不但影响了超声电机的 输出性能，且由于超声电机的绝对输出力矩小，不一定能负荷得起该负载；再者， 采用的仪器需要花费一定的资金，而且数据处理软件模块比较复杂。
发明内容
本发明针对现有超声电机测试系统的不足，提出一种超声电机性能的通用测 量系统，该系统比公知的系统更简单，更方便，不仅可以同时测量旋转超声电机 的转速和转矩，也可以同时测量直线超声电机的力和速度。该系统通过对超声电 机瞬时转速或速度的测量，再经过相应公式的换算可以方便得到超声电机的转矩 或力，从而得到超声电机相应的机械特性曲线。本发明通过对超声电机测试系统 的设计，使其可以为不同结构的电机提供一种简单便捷的测量方案。
本发明通过以下技术方案来实现的，本发明由测试组件和编码器组件组成。 测试组件包括激光传感器、激光传感器固定架、弹簧、弹簧支架。编码器组件包 括反光材料、硬质轻质圆铝板。连接关系为：弹簧固定在弹簧支架上，一端连接 在旋转超声电机的转轴上或者直线超声电机的动子上，激光传感器固定在激光传 感器固定架上。硬质轻质圆铝板粘贴在与旋转超声电机的转轴轴向垂直的表面上 或者贴在直线超声电机动子表面上，反光材料粘贴在硬质轻质圆铝板上，并使激 光传感器的激光光斑能够垂直投射在反光材料上。
本发明用于旋转超声电机测量时，其中反光材料(其反射率在80％以上) 上按照相同的间隔，均匀地涂有宽度大于光斑直径的黑色条纹，类似于光栅。
本发明用于直线超声电机测量时，编码器组件可以采用反光纸。
激光传感器的光向与旋转超声电机转轴或直线超声电机动子在同一轴向上， 并且激光传感器与编码器组件的距离是在激光传感器的工作范围内。激光传感器 设置为采集数字信号状态，当旋转超声电机转动或直线超声电机动子运动时，编 码器组件跟着旋转超声电机转轴或直线超声电机动子一起动作，激光传感器采集 反光材料上的数字或者模拟信号，并输出到计算机或者单片机等处理器上进行数 据的处理。超声电机运动的同时拉动弹簧，根据超声电机速度的变化和时间间隔， 算出超声电机此时的加速度，从而得到旋转超声电机的转矩以及直线超声电机此 时的加速度，从而得到超声电机的机械特性曲线。
与现有的技术相比，本发明通过非接触测量旋转超声电机的转速或直线超声 电机的运动速度，可以真正消除同轴度问题，避免了由于超声电机与测量仪器接 触带来的直接影响，并且根据简单的换算即可得到旋转超声电机的相应转矩或直 线超声电机的相应力。本发明所采用的仪器成本低，操作方便可靠，可适用于不 同结构的直线超声电机或旋转超声电机机械特性的测试。
本发明通过以下技术方案来实现的，本发明由测试组件和编码器组件组成。 测试组件包括激光传感器、激光传感器固定架、弹簧、弹簧支架。编码器组件包 括反光材料、硬质轻质圆铝板。连接关系为：弹簧固定在弹簧支架上，一端连接 在旋转超声电机的转轴上或者直线超声电机的动子上，激光传感器固定在激光传 感器固定架上。硬质轻质圆铝板粘贴在与旋转超声电机的转轴轴向垂直的表面上 或者贴在直线超声电机动子表面上，反光材料粘贴在硬质轻质圆铝板上，并使激 光传感器的激光光斑能够垂直投射在反光材料上。
本发明用于旋转超声电机测量时，其中反光材料(其反射率在80％以上) 上按照相同的间隔，均匀地涂有宽度大于光斑直径的黑色条纹，类似于光栅。
本发明用于直线超声电机测量时，编码器组件可以采用反光纸。
激光传感器的光向与旋转超声电机转轴或直线超声电机动子在同一轴向上， 并且激光传感器与编码器组件的距离是在激光传感器的工作范围内。激光传感器 设置为采集数字信号状态，当旋转超声电机转动或直线超声电机动子运动时，编 码器组件跟着旋转超声电机转轴或直线超声电机动子一起动作，激光传感器采集 反光材料上的数字或者模拟信号，并输出到计算机或者单片机等处理器上进行数 据的处理。超声电机运动的同时拉动弹簧，根据超声电机速度的变化和时间间隔， 算出超声电机此时的加速度，从而得到旋转超声电机的转矩以及直线超声电机此 时的加速度，从而得到超声电机的机械特性曲线。
与现有的技术相比，本发明通过非接触测量旋转超声电机的转速或直线超声 电机的运动速度，可以真正消除同轴度问题，避免了由于超声电机与测量仪器接 触带来的直接影响，并且根据简单的换算即可得到旋转超声电机的相应转矩或直 线超声电机的相应力。本发明所采用的仪器成本低，操作方便可靠，可适用于不 同结构的直线超声电机或旋转超声电机机械特性的测试。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图
图2为本发明实施例二结构示意图
图2为本发明实施例二结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
实施例一
本实施例为用于旋转超声电机的测量系统，图1中，旋转超声电机1、旋转 超声电机转轴2。
如图1所示，本实施例包括：编码器组件3、计算机或单片机等数据处理器 7、激光传感器5、激光传感器固定架6、弹簧8、弹簧支架9。
其中：激光传感器5、激光传感器固定架6、计算机或单片机等数据处理器 7、弹簧8、弹簧支架9组成测试组件。反光材料、硬质轻质圆铝板组成编码器 组件3。
上述部件的连接关系为：弹簧8固定在弹簧支架9上，一端连接在旋转超声 电机1的转轴2上，激光传感器5固定在激光传感器固定架6上。硬质轻质圆铝 板粘贴在与旋转超声电机转轴2轴向垂直的表面上，反光材料粘贴在硬质轻质圆 铝板，并使得激光传感器5的激光光斑4能够垂直投射在编码器组件3上。
所述激光传感器5，其工作范围在75mm-125mm之间。
所述反光材料，其反射率在80％以上。
本实施例具体工作的实现包括以下过程：
激光传感器5的激光光斑4光向与旋转超声电机1的转轴2在同一轴向上， 并且激光传感器5与编码器组件3的距离是在激光传感器5的工作范围内(其工 作范围在75mm-125mm之间)。激光传感器5设置为采集数字信号状态，当旋转超 声电机1转动时候，编码器组件3跟着旋转超声电机转轴2一起旋转，激光传感 器5采集反光材料(其反射率在80％以上)上的黑白栅条的交替信号，输出高 低电平到计算机或者单片机等处理器7上进行数据的处理。旋转超声电机1旋转 的同时拉动弹簧8，根据旋转超声电机1速度的变化和时间间隔，可以算出旋转 超声电机1的此时加速度，根据公式可以得到旋转超声电机1的转矩，从而得到 旋转超声电机1的机械特性曲线。
实施例二
本实施例为用于直线超声电机的测量系统，图2中，直线超声电机动子1。
如图2所示，本实施例包括：编码器组件2(或反光纸)、动子导轨3、激光 传感器5、激光传感器固定架6、计算机或单片机等数据处理器7、弹簧8、弹簧 支架9。其中激光传感器5、激光传感器固定架6、计算机或单片机等数据处理 器7、弹簧8、弹簧支架9构成测试组件。反光材料(其反射率在80％以上)、 硬质轻质圆铝板组成编码器组件2。
上述部件的连接关系为：弹簧8固定在弹簧支架9上，一端连接在直线超声 电机动子1上，激光传感器5固定在激光传感器固定架6上。硬质轻质圆铝板粘 贴在与直线超声电机动子1轴向垂直的表面上，反光材料(其反射率在80％以 上)粘贴在硬质轻质圆铝板，并使激光传感器5的激光光斑4垂直投射在编码器 组件2上。
激光传感器5的激光光斑4光向与直线超声电机动子1在同一水平面上，并 且激光传感器5与编码器组件2的距离是在激光传感器5的工作范围内(其工作 范围在75mm-125mm之间)。激光传感器5设置为采集模拟信号状态，当直线超声 电机动子1运动时候，编码器组件2随着动子1一起进退，激光传感器5采集反 光材料(其反射率在80％以上)的位移模拟变量，输出相应的电压数据到计算 机或者单片机等处理器7上进行数据的处理，同时由于弹簧8跟着动子1伸长或 者恢复原状，可以计算相应的启动到停止所需要的时间。根据相应的换算可得到 直线超声电机的相应力值。
由上述实施例可以看出，通过非接触测量旋转超声电机的转速或直线超声电 机的运动速度，可以真正消除同轴度问题，避免了由于超声电机与测量仪器接触 带来的直接影响，并且根据简单的换算即可得到旋转超声电机的相应转矩或直线 超声电机的相应力。本发明所采用的仪器成本低，操作方便可靠，可适用于不同 结构的直线超声电机或旋转超声电机机械特性的测试。
实施例一
本实施例为用于旋转超声电机的测量系统，图1中，旋转超声电机1、旋转 超声电机转轴2。
如图1所示，本实施例包括：编码器组件3、计算机或单片机等数据处理器 7、激光传感器5、激光传感器固定架6、弹簧8、弹簧支架9。
其中：激光传感器5、激光传感器固定架6、计算机或单片机等数据处理器 7、弹簧8、弹簧支架9组成测试组件。反光材料、硬质轻质圆铝板组成编码器 组件3。
上述部件的连接关系为：弹簧8固定在弹簧支架9上，一端连接在旋转超声 电机1的转轴2上，激光传感器5固定在激光传感器固定架6上。硬质轻质圆铝 板粘贴在与旋转超声电机转轴2轴向垂直的表面上，反光材料粘贴在硬质轻质圆 铝板，并使得激光传感器5的激光光斑4能够垂直投射在编码器组件3上。
所述激光传感器5，其工作范围在75mm-125mm之间。
所述反光材料，其反射率在80％以上。
本实施例具体工作的实现包括以下过程：
激光传感器5的激光光斑4光向与旋转超声电机1的转轴2在同一轴向上， 并且激光传感器5与编码器组件3的距离是在激光传感器5的工作范围内(其工 作范围在75mm-125mm之间)。激光传感器5设置为采集数字信号状态，当旋转超 声电机1转动时候，编码器组件3跟着旋转超声电机转轴2一起旋转，激光传感 器5采集反光材料(其反射率在80％以上)上的黑白栅条的交替信号，输出高 低电平到计算机或者单片机等处理器7上进行数据的处理。旋转超声电机1旋转 的同时拉动弹簧8，根据旋转超声电机1速度的变化和时间间隔，可以算出旋转 超声电机1的此时加速度，根据公式可以得到旋转超声电机1的转矩，从而得到 旋转超声电机1的机械特性曲线。
实施例二
本实施例为用于直线超声电机的测量系统，图2中，直线超声电机动子1。
如图2所示，本实施例包括：编码器组件2(或反光纸)、动子导轨3、激光 传感器5、激光传感器固定架6、计算机或单片机等数据处理器7、弹簧8、弹簧 支架9。其中激光传感器5、激光传感器固定架6、计算机或单片机等数据处理 器7、弹簧8、弹簧支架9构成测试组件。反光材料(其反射率在80％以上)、 硬质轻质圆铝板组成编码器组件2。
上述部件的连接关系为：弹簧8固定在弹簧支架9上，一端连接在直线超声 电机动子1上，激光传感器5固定在激光传感器固定架6上。硬质轻质圆铝板粘 贴在与直线超声电机动子1轴向垂直的表面上，反光材料(其反射率在80％以 上)粘贴在硬质轻质圆铝板，并使激光传感器5的激光光斑4垂直投射在编码器 组件2上。
激光传感器5的激光光斑4光向与直线超声电机动子1在同一水平面上，并 且激光传感器5与编码器组件2的距离是在激光传感器5的工作范围内(其工作 范围在75mm-125mm之间)。激光传感器5设置为采集模拟信号状态，当直线超声 电机动子1运动时候，编码器组件2随着动子1一起进退，激光传感器5采集反 光材料(其反射率在80％以上)的位移模拟变量，输出相应的电压数据到计算 机或者单片机等处理器7上进行数据的处理，同时由于弹簧8跟着动子1伸长或 者恢复原状，可以计算相应的启动到停止所需要的时间。根据相应的换算可得到 直线超声电机的相应力值。
由上述实施例可以看出，通过非接触测量旋转超声电机的转速或直线超声电 机的运动速度，可以真正消除同轴度问题，避免了由于超声电机与测量仪器接触 带来的直接影响，并且根据简单的换算即可得到旋转超声电机的相应转矩或直线 超声电机的相应力。本发明所采用的仪器成本低，操作方便可靠，可适用于不同 结构的直线超声电机或旋转超声电机机械特性的测试。