特殊环境下的小力矩测试方法研究

2021-07-23李志鹏徐国君郑文鹏毛巍凌

微特电机 2021年7期

钱华，陈辰，李志鹏，徐国君，郑文鹏，毛巍凌

(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引言

随着微型电机的广泛应用和系统装备对电机在不同环境条件下精细化应用程度的提高，提供测试微电机在不同环境条件，特别是不同温度下或真空条件下的负载特性显得尤为重要。电机结构、材料等影响因素导致微电机的高低温特性理论计算与实际性能存在较大偏差。因此仅提供理论计算无法满足实际使用需求，需对微电机进行高低温等不同环境的性能实测。根据现有常态小负载力矩测试和特殊环境的负载测试方法，研究制定了一种在特殊环境下的小力矩测试方法[1]。

1 现有小力矩测试方法

电机负载特性测试是测试电机在规定电压条件的不同力矩下的转速、电流。根据电机输出功率、转速等情况，采用不同的测试方法和设备，微电机具有负载力矩较小、转速高等特点，目前采用小型测功机和负载盘加挂重等方式进行负载特性测试。这两种测试方法在常态环境条件下装调简单，无附件机构带来的测试误差，具有较高的测试精度。但在高低温、真空等特殊环境下，目前的负载特性测试一般采用以下两种测试方法[2]。

1.1 测功机测试法

在常态条件下，测功机测试方法是将电机输出轴与测功机输出轴通过连接器连接，测功机输出轴通过连接器将测功机产生的转矩传递到电机输出轴，电机通电运转即可完成负载性能测试。该测试方法能通过调节测功机输出转矩进行电机负载特性的连续测试且操作简单。

高低温、真空等特殊环境下，采用测功机测试方法进行电机特性测试时，将电机置于高低温、真空等各种环境试验箱内固定安装，电机输出轴与贯穿箱体的转接轴连接，通过贯穿箱体的转接轴与试验箱外测功机连接后进行测试。由于测功机仅适用于常态工作环境，因此需将试验箱壁增加穿箱体的传动连接轴，并进行动密封。测试装置示意图如图1所示。

图1 微电机特殊环境条件(试验箱内)特性测试装置示意图

穿箱动密封器件的阻力矩和工装连接的附加转矩较大，且测试装夹连接对测试精度有一定的影响。该测试方法的传动连接产生的附加转矩接近100 mN·m，对于负载小于100 mN·m电机特性测试，无法真实反映电机特性。

1.2 挂重测试法

负载盘加挂重的测试方法较适合微小型电机负载测试。在常态条件下，该测试方法装调简单，无附加机构带来的测试误差，具有较高的测试精度[3]。测试装置示意图如图2所示，测试转矩测试盘结构示意图如图3所示。

图2 常态下微电机挂重测试装置示意图

图3 微电机转矩测试盘连接结构示意图

该测试方法的电机负载计算公式如下：

电机输出轴受力F=G-F1

式中：F1为测力装置的受力值；G为挂重砝码重量；D值为转矩测试连接盘的直径。通过调节挂重砝码G的大小可以实现改变电机负载大小，进行电机负载特性测试。

高低温、真空等特殊环境下的电机特性测试还适合将测试装置放置于环境试验箱内进行负载测试，试验箱内一次挂重后仅能进行一个固定负载的性能测试，无法连续测试，不同负载需将试验箱恢复常态后开箱改变挂重完成负载调节。该方法进行电机特性测试时间较长，测试过程中存在的不确定性会影响测试结果。

2 控制负载力测试法

根据目前特殊环境下电机小负载工作特性测试存在的问题，研究设计了一种能在高低温、真空等特殊环境下进行的电机小负载测试方法——控制负载力测试法。通过使用一套控制测力装置和伺服机构系统替代挂重测试法中的挂重砝码，完成高低温、真空等特殊环境下(试验箱内)砝码挂重调节的作用，达到试验箱内精确、高效的微电机特性测试目的。

高低温、真空等特殊环境试验箱内电机小负载测试系统由伺服系统、主测力装置、控制测力装置、试验台架、转矩测试盘等组成，系统组成结构示意图如图4所示。伺服系统由带丝杆减速电机、出力机构和控制器组成；测力装置由测力计和试验连接线(绳)组成；试验台架由试验底座、试验支架底板、试验支架上压板、试验支撑杆等组成。