一种无壳电机测试台架及定转子同轴度调节方法与流程

1.本发明属于电机测试的技术领域，具体涉及一种无壳电机测试台架及定转子同轴度调节方法。


背景技术：

2.新研发的电机往往需要适配或者设计新的壳体后才能验证电压、电流、转矩、转速等电磁性能，因为定子和转子需要装配在一起才能使电机正常工作。
3.对于电主轴电机，是把定子和转子直接安装在机床上，这样在研发初期就需要设计新的壳体工装，因为不能直接去机床上进行电机的性能测试，这样每款主轴电机都需要设计一套壳体，通用性较差。
4.在电机质量问题技术归零中，装备的振动、噪音故障归零一旦定位到电机本体的气隙偏心问题就会成为一个大难题，因为电机壳体和端盖的装配是固定的，无法进行电机转子的偏心模拟测试，即便是设计了一套偏心的壳体和端盖，也会和实际情况有所差别，不能模拟在特定气隙偏心度条件下的电磁噪音情况，因此问题复现和验证极有难度。
5.目前，新研电机以及主轴的壳体设计周期长，定制化加工费用高。
6.新研电机设计并加工后，需要进行电磁噪音性能摸底试验，固定壳体和端盖不能做到气隙偏心度连续可调，无法模拟出不同偏心度和偏心位置情况下电机的噪音情况。
7.传统方法中，在分离式定子和转子的装配时，一般采用同轴度测量仪打圆跳的方法进行装配，测量仪用电磁吸盘固定，用杠杆调节探头与转子表面的接触位置，转子旋转一周探头的跳动量通过表盘显示，同轴度测量仪装卡麻烦，操作复杂，而且不能实时的显示同轴度偏移量。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种无壳电机测试台架及定转子同轴度调节方法，以解决无壳电机测试时，电磁性能测试困难；普通旋转电机测试时，无法模拟气隙不同偏心度条件下的电磁噪音的问题。
9.为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
10.第一方面，一种无壳电机测试台架，其包括主台架和电容位置传感器；
11.主台架上安装有负载支架、用于转子安装的转子支架和用于定子安装的定子支架；转子支架包括前转子支架和后转子支架，定子支架位于所述前转子支架和后转子支架之间；
12.负载支架上配置有用于作为负载或者原动机的测试机；测试机通过联轴器与所述转子连接；转子位于所述定子内部；电容位置传感器包括移动极板和固定极板；移动极板安装在所述定子外圆上，固定极板安装在所述固定极板上；移动极板和固定极板通过导线与信号处理器电性连接。
13.进一步地，主台架包括台架底座；负载支架配置于所述台架底座上；测试机的输出
轴上连接有负载端联轴器；负载端联轴器与配置在转子上的电机端联轴器连接。
14.进一步地，负载端联轴器与电机端联轴器之间安装有扭矩传感器；扭矩传感器通过扭矩传感器支架支撑，扭矩传感器支架固定于台架底座上。
15.进一步地，前转子支架上的轴承室固定所述转子的前轴承，后转子支架上轴承室固定所述转子的后轴承；前转子支架和后转子支架的底部均开设有至少一个可调腰型孔，通过可调腰型孔将前转子支架和后转子支架固定在台架底座的安装槽内；后转子支架上沿径向开设有用于安装传感器固定座的四个定位槽；四个定位槽沿圆周均匀分布，且在定位槽的边沿上贴有刻度线。
16.进一步地，定子支架包括定子下支架和定子上支架；定子下支架包括定子基座；定子基座底板上开设有若干个横向可调腰型孔，横向可调腰型孔与台架底座上的安装槽配合连接；定子基座底板的中间位置处配置有定子升降机构；定子升降机构的顶部与定子上支架抵接相连；
17.定子基座的两个侧板上均开设有两个垂直可调腰型孔，两个垂直可调腰型孔之间配置有定位导轨。
18.进一步地，定子上支架包括定子底板，定子底板的下表面与定子升降机构的顶部抵接相连；定子底板上固定有定子底座；定子底座与定子抱箍配合固定定子；定子底板的两端开设有与定位导轨配合的定位槽，通过螺钉插入垂直可调腰型孔中实现定位导轨和定位槽的固定连接。
19.进一步地，电容位置传感器布置有四个；定子后侧外圆面上均匀粘贴有四个移动极板底座，移动极板底座上粘贴有移动极板；定子抱箍上方拧入顶丝并抵紧定子；电容固定极板安装在极板固定支架上，极板固定座固定在后转子支架的定位槽内。
20.进一步地，移动极板和所述固定极板分别与导线连接，两根导线均与探头相连；探头接插在信号处理器的插孔上。
21.进一步地，移动极板和固定极板构成的电容位于信号处理器内的桥式检测电路中；桥式检测电路的两个输出端与交流放大器相连；交流放大器依次与相敏检波器电连接；相敏检波器分别与低通滤波器和高频电源电连接；低通滤波器依次与四路ad转换模块、单片机和显示屏电连接；高频电源与桥式检测电路中的另外两个输出端电连接。
22.第二方面，一种无壳电机测试台架的定转子同轴度调节方法，其具体包括以下步骤：
23.s1、将转子的前轴承安装在前转子支架的轴承室内，将后轴承安装在转子的后轴承位上；
24.s2、采用螺钉将定子底座固定在定子底板上；
25.s3；在台架底座上放置前转子支架、定子下支架和定子上支架；
26.s4、将转子塞进定子内；
27.s5、在台架底座上放置后转子支架，将转子前端压入前轴承内，将后转子支架的轴承室压入转子的后轴承上，调节转子与后联轴器同轴，并将转子支架固定在台架底座；
28.s6、采用螺钉连接定子底座和定子抱箍，以固定定子；
29.s7、在后转子支架的四个定位槽内均安装一个极板固定座，并在定子外圆上均匀粘贴四个移动极板底座；
30.s8、将移动极板粘贴到移动极板底座上，将电容固定极板固定在极板固定支架上；
31.s9、调节四个极板固定座在定位槽中的位置，直至四个极板固定座位于相同的刻度处；
32.s10、将探头接插在信号处理器的插孔上，开启信号处理器，读取四个电容位置传感器的四个位移值；
33.s11、缓慢调节定子基座的轴向位置、横向位置、以及定子升降机构的高度位置，并实时监测显示屏上显示的四个位移值，当四个位移值相等时，则定子与转子为同轴状态，并根据处于对角位置的电容位置传感器之间的差值确定电机气隙的偏心度；
34.s12、采用螺钉将定子下支架和定子上支架固定，在定子抱箍上方拧入顶丝，并将定子基座固定在台架底座的安装槽内；
35.s13、开始电机台架测试。
36.本发明提供的无壳电机测试台架及定转子同轴度调节方法，具有以下有益效果：
37.1、本发明通过定子下支架、定子上支架、台架底座和定子升降机构之间的配合设置，可实现电机在前后、横向和竖直三个方向上的连续可调，除此，采用定子支架和转子支架可适配不同尺寸和规格的电机测试，即本发明的台架可适用于多种电机的安装和测试，可极大的节约测试成本，降低测试周期，具有较强的实用性。
38.2、本发明在电机性能摸底测试时，可以进行无壳体装配，指导电机改进方向，加快研发进度。
39.3、本发明采用四个电容位置传感器配合信号处理器，可准确测量显示定子和转子的同轴情况和气隙偏心情况，相比于传统的打圆跳的方法，准确度高、精度高、速度快。
40.4、本发明可以通过调节定子的径向位置来连续调节气隙的偏心度，并能够实时、准确的读取偏心度数值，可以模拟和测量不同气隙偏心度条件下的电机性能的变化，包括电磁噪音、转矩脉动等。
附图说明
41.图1为本发明无壳电机测试台架结构图。
42.图2为本发明无壳电机测试台架的转子支架图。
43.图3为本发明无壳电机测试台架的定子下支架图。
44.图4为本发明无壳电机测试台架的定子上支架图。
45.图5为本发明无壳电机测试台架的定子工装总装图。
46.图6为本发明无壳电机测试台架的电容位置传感器安装图。
47.图7为本发明无壳电机测试台架的电容位置传感器示意图。
48.图8为本发明无壳电机测试台架的信号处理器内部原理图。
49.其中，
50.1、主台架；2、转子支架；3、定子；4、定子支架；5、电容位置传感器；6、传感器固定座；7、转子；8、信号处理器；
51.11、底座；12、测试机；13、负载支架；14、负载端联轴器；15、扭矩传感器支架；16、扭矩传感器；17、电机端联轴器；
52.21、前转子支架；22、后转子支架；23、定位槽；24、可调腰型孔；
53.41、定子下支架；411、定子基座；412、横向可调腰型孔；413、垂直可调腰型孔；414、定子升降机构；415、定位导轨；
54.42、定子上支架；421、定子底板；422、定子底座；423、定子抱箍；
55.51、移动极板；52、固定极板；53、导线；54、探头；55、移动极板底座；
56.61、极板固定支架；62、极板固定座。
具体实施方式
57.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
58.实施例1
59.参考图1，本实施例提供一种无壳电机测试台架，本实施例的台架可实现无需壳体和端盖进行定子3、转子7的装配，通过电容位置传感器5实时、准确的读取气隙偏心度，且具有大小不一的系列化产品测试的通用性，其具体包括：
60.主台架1、转子支架2、定子3、定子支架4、电容位置传感器5、传感器固定座6、转子7和信号处理器8；
61.主台架1上安装有负载支架13、用于转子7安装的转子支架2和用于定子3安装的定子支架4，转子支架2包括前转子支架21和后转子支架22，定子支架4位于前转子支架21和后转子支架22之间，用于实现定子3的安装。
62.负载支架13上配置有用于作为负载或者原动机的测试机12，测试机12在被测电机为电动机时作为台架测试的负载，消耗被测电机输出的扭矩，在被测电机为发电机时作为台架测试的原动机，拖动被测电机旋转发电。
63.测试机12通过联轴器与转子7连接，测试机12的输出轴上连接有负载端联轴器14；负载端联轴器14与配置在转子7上的电机端联轴器17连接。
64.转子7位于定子3内部，电容位置传感器5包括移动极板51和固定极板52，其中移动极板51安装在所述定子3外圆上，固定极板52安装在固定极板52上；移动极板51和固定极板52通过导线53与信号处理器8电性连接；
65.具体的，参考图1，主台架1包括台架底座11，负载支架13配置于台架底座11上；负载端联轴器14与电机端联轴器17之间安装有扭矩传感器16，扭矩传感器16依靠联轴器实现与测试机12和被测电机的联结，以测量实时转矩；扭矩传感器16通过扭矩传感器16支架15支撑，扭矩传感器16支架15固定于台架底座11上。
66.作为本实施例的一种优选，参考图2，转子支架2用于实现转子7的固定安装，其具体包括前转子支架21、后转子支架22、传感器定位槽23和可调腰型孔24；
67.具体的，前转子支架21上的轴承室固定转子7的前轴承，后转子支架22上轴承室固定转子7的后轴承；前转子支架21和后转子支架22的底部均开设有至少一个可调腰型孔24，通过可调腰型孔24将前转子支架21和后转子支架22固定在台架底座11的安装槽内，可以调节转子7的横向位置；后转子支架22上沿径向开设有用于安装传感器固定座6的四个定位槽23；四个定位槽23沿圆周均匀分布，且在定位槽23的边沿上贴有刻度线，用于调节4个传感
器固定座6使其径向位置相同。
68.作为本实施例的一种优选，定子支架4包括定子下支架41和定子上支架42，定子下支架41和定子上支架42配合固定定子3；
69.参考图3，定子下支架41包括定子基座411、横向可调腰型孔412、垂直可调腰型孔413、定子升降机构414、定位导轨415；定子基座411底板上开设有若干个横向可调腰型孔412，横向可调腰型孔412与台架底座11上的安装槽配合连接；定子基座411底板的中间位置处配置有定子升降机构414，定子升降机构414的顶部与定子上支架42抵接相连；
70.定子升降机构414直接为现有的把手式升降结构，采用底部螺钉固定在定子基座411的中间位置，向左旋转把手其高度降低，定子3因重力作用而降低，向右旋转把手其高度升高，可以将定子3顶起。
71.定子基座411的两个侧板上均开设有两个垂直可调腰型孔413，两个垂直可调腰型孔413之间配置有定位导轨415，定位导轨415与台架底座11保持有一定垂直度，用于调节定子3的过程中实现对定子3轴线的水平定位。
72.参考图4，定子上支架42包括定子底板421、定子底座422和定子抱箍423；
73.定子底板421的下表面与定子升降机构414的顶部抵接相连；定子底板421上固定有定子底座422；定子底座422与定子抱箍423配合固定定子3；定子底板421的两端开设有与定位导轨415配合的定位槽23，通过螺钉插入垂直可调腰型孔413中实现定位导轨415和定位槽23的固定连接，与定位导轨415装配实现定子3的前后定位。
74.参考图5，在定子3后侧外圆面均匀粘贴电容位置传感器5的移动极板51底座11，在移动极板51底座11上粘贴电容位置传感器5的移动极板51，定子抱箍423上方拧入顶丝防止定子3圆周方向松动。
75.参考图5，本实施例的电容位置传感器5布置有四个，定子3后侧外圆面上均匀粘贴有四个移动极板55底座，移动极板底座55上粘贴有移动极板51；定子抱箍423上方拧入顶丝并抵紧定子3；电容固定极板52安装在极板固定支架61上，极板固定座62固定在后转子支架22的定位槽23内；
76.具体的，参考图6，电容的固定极板52安装在极板固定支架61上，再通过极板固定座62固定在传感器的定位槽23内，极板固定座62分为前后两部分，其中一部分通过螺钉安装夹紧在传感器的定位槽23内。电容位置传感器5的移动极板51和固定极板52均沿圆周方向分布4个；
77.参考图7，电容位置传感器5包括移动极板51、固定极板52、导线53、探头54；
78.移动极板51固定在定子3外圆，固定极板52固定在转子支架2的极板固定支架61上，探头54接插在信号处理器8的插孔上，以实现电容位置传感器5与信号处理器8的连接；
79.参考图8，移动极板51和固定极板52构成的电容位于信号处理器8内的桥式检测电路中；桥式检测电路的两个输出端与交流放大器相连；交流放大器依次与相敏检波器电连接；相敏检波器分别与低通滤波器和高频电源电连接；低通滤波器依次与四路ad转换模块、单片机和显示屏电连接；高频电源与桥式检测电路中的另外两个输出端电连接；
80.在本实施例中平板电容的电容值与极板间的距离成反比，因移动极片位置的改变，桥式检测电路测得电容的变化，通过交流放大器和低通滤波器将电容位移的变化转化为电压的幅值变化，高频电源提供交流信号源，向桥式电路输出频率、幅值稳定的波形，并
与相敏检波器形成负反馈回路，保持电压源信号的稳定。电压信号经ad转化模块转化为数字量提供给单片机，经单片机运算处理将测量结果显示在屏幕上。
81.实施例2
82.本实施例提供一种无壳电机测试台架的定转子7同轴度调节方法，本实施例采用四个电容位置传感器5配合信号处理器8，可准确测量显示定子3和转子7的同轴情况和气隙偏心情况，可以模拟和测量不同气隙偏心度条件下的电机性能的变化，包括电磁噪音、转矩脉动等，参考图1～图8，其具体包括以下步骤：
83.步骤s1、将转子7的前轴承安装在前转子支架21的轴承室内，将后轴承安装在转子7的后轴承位上；
84.步骤s2、采用螺钉将定子底座422固定在定子底板421上；
85.步骤s3；在台架底座11上放置前转子支架21、定子下支架41和定子上支架42；
86.步骤s4、将转子7塞进定子3内；
87.步骤s5、在台架底座11上放置后转子支架22，将转子7前端压入前轴承内，将后转子支架22的轴承室压入转子7的后轴承上，调节转子7与后联轴器同轴，并将转子支架2固定在台架底座11；
88.在本步骤的安装过程中，可调节定子升降机构414的高度辅助定位；
89.步骤s6、采用螺钉连接定子底座422和定子抱箍423，以固定定子3；
90.步骤s7、在后转子支架22的四个定位槽23内均安装一个极板固定座62，并在定子3外圆上均匀粘贴四个移动极板51底座11，粘贴位置与极板固定支架61相对应；
91.步骤s8、将移动极板51粘贴到移动极板51底座11上，将电容固定极板52固定在极板固定支架61上；
92.步骤s9、调节四个极板固定座62在定位槽23中的位置，直至四个极板固定座62位于相同的刻度处，并采用螺钉将其紧固在定位槽23内；
93.步骤s10、将探头54接插在信号处理器8的插孔上，开启信号处理器8，读取四个电容位置传感器5的四个位移值；
94.步骤s11、缓慢调节定子基座411的轴向位置、横向位置、以及定子升降机构414的高度位置，并实时监测显示屏上显示的四个位移值，当四个位移值相等时，则定子3与转子7为同轴状态，并根据处于对角位置的电容位置传感器5之间的差值确定电机气隙的偏心度；
95.步骤s12、采用螺钉将定子下支架41和定子上支架42固定，在定子抱箍423上方拧入顶丝，并将定子基座411固定在台架底座11的安装槽内；
96.步骤s13、开始电机台架测试。
97.虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

技术特征：
1.一种无壳电机测试台架，其特征在于：包括主台架和电容位置传感器；所述主台架上安装有负载支架、用于转子安装的转子支架和用于定子安装的定子支架；所述转子支架包括前转子支架和后转子支架，所述定子支架位于所述前转子支架和后转子支架之间；所述负载支架上配置有用于作为负载或者原动机的测试机；所述测试机通过联轴器与所述转子连接；所述转子位于所述定子内部；所述电容位置传感器包括移动极板和固定极板；所述移动极板安装在所述定子外圆上，所述固定极板安装在所述固定极板上；所述移动极板和固定极板通过导线与信号处理器电性连接。2.根据权利要求1所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述主台架包括台架底座；所述负载支架配置于所述台架底座上；所述测试机的输出轴上连接有负载端联轴器；所述负载端联轴器与配置在所述转子上的电机端联轴器连接。3.根据权利要求2所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述负载端联轴器与所述电机端联轴器之间安装有扭矩传感器；所述扭矩传感器通过扭矩传感器支架支撑，所述扭矩传感器支架固定于所述台架底座上。4.根据权利要求1所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述前转子支架上的轴承室固定所述转子的前轴承，所述后转子支架上轴承室固定所述转子的后轴承；所述前转子支架和所述后转子支架的底部均开设有至少一个可调腰型孔，通过所述可调腰型孔将所述前转子支架和所述后转子支架固定在台架底座的安装槽内；所述后转子支架上沿径向开设有用于安装传感器固定座的四个定位槽；四个所述定位槽沿圆周均匀分布，且在所述定位槽的边沿上贴有刻度线。5.根据权利要求2所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述定子支架包括定子下支架和定子上支架；所述定子下支架包括定子基座；所述定子基座底板上开设有若干个横向可调腰型孔，所述横向可调腰型孔与所述台架底座上的安装槽配合连接；所述定子基座底板的中间位置处配置有定子升降机构；所述定子升降机构的顶部与定子上支架抵接相连；所述定子基座的两个侧板上均开设有两个垂直可调腰型孔，两个垂直可调腰型孔之间配置有定位导轨。6.根据权利要求5所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述定子上支架包括定子底板，所述定子底板的下表面与所述定子升降机构的顶部抵接相连；所述定子底板上固定有定子底座；所述定子底座与定子抱箍配合固定所述定子；所述定子底板的两端开设有与所述定位导轨配合的定位槽，通过螺钉插入所述垂直可调腰型孔中实现所述定位导轨和所述定位槽的固定连接。7.根据权利要求6所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述电容位置传感器布置有四个；所述定子后侧外圆面上均匀粘贴有四个移动极板底座，所述移动极板底座上粘贴有所述移动极板；所述定子抱箍上方拧入顶丝并抵紧所述定子；所述电容固定极板安装在极板固定支架上，所述极板固定座固定在所述后转子支架的定位槽内。8.根据权利要求1所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述移动极板和所述固定极板分别与导线连接，两根所述导线均与探头相连；所述探头接插在信号处理器的插孔上。9.根据权利要求8所述的无壳电机测试台架，其特征在于：所述移动极板和所述固定极板构成的电容位于所述信号处理器内的桥式检测电路中；所述桥式检测电路的两个输出端
与交流放大器相连；所述交流放大器依次与相敏检波器电连接；所述相敏检波器分别与低通滤波器和高频电源电连接；所述低通滤波器依次与四路ad转换模块、单片机和显示屏电连接；所述高频电源与所述桥式检测电路中的另外两个输出端电连接。10.一种采用权利要求1～9任一项所述的无壳电机测试台架的定转子同轴度调节方法，其特征在于，具体包括以下步骤：s1、将转子的前轴承安装在前转子支架的轴承室内，将后轴承安装在转子的后轴承位上；s2、采用螺钉将定子底座固定在定子底板上；s3；在台架底座上放置前转子支架、定子下支架和定子上支架；s4、将转子塞进定子内；s5、在台架底座上放置后转子支架，将转子前端压入前轴承内，将后转子支架的轴承室压入转子的后轴承上，调节转子与后联轴器同轴，并将转子支架固定在台架底座；s6、采用螺钉连接定子底座和定子抱箍，以固定定子；s7、在后转子支架的四个定位槽内均安装一个极板固定座，并在定子外圆上均匀粘贴四个移动极板底座；s8、将移动极板粘贴到移动极板底座上，将电容固定极板固定在极板固定支架上；s9、调节四个极板固定座在定位槽中的位置，直至四个极板固定座位于相同的刻度处；s10、将探头接插在信号处理器的插孔上，开启信号处理器，读取四个电容位置传感器的四个位移值；s11、缓慢调节定子基座的轴向位置、横向位置、以及定子升降机构的高度位置，并实时监测显示屏上显示的四个位移值，当四个位移值相等时，则定子与转子为同轴状态，并根据处于对角位置的电容位置传感器之间的差值确定电机气隙的偏心度；s12、采用螺钉将定子下支架和定子上支架固定，在定子抱箍上方拧入顶丝，并将定子基座固定在台架底座的安装槽内；s13、开始电机台架测试。

技术总结
本发明公开了一种无壳电机测试台架及定转子同轴度调节方法，包括主台架和电容位置传感器；主台架上安装有负载支架、转子支架和定子支架；负载支架上配置有测试机；测试机通过联轴器与所述转子连接；转子位于定子内部；电容位置传感器包括移动极板和固定极板；移动极板安装在所述定子外圆上，固定极板安装在固定极板上；移动极板和固定极板通过导线与信号处理器电性连接。本发明的台架可适用于多种电机的安装和测试，可极大的节约测试成本，降低测试周期，具有较强的实用性；除此，本发明可准确测量显示定子和转子的同轴情况和气隙偏心情况，可以模拟和测量不同气隙偏心度条件下的电机性能的变化。机性能的变化。机性能的变化。


技术研发人员：翟秀果 李毅拓 郑权
受保护的技术使用者：北京卓驱科技有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/6