[发明专利]一种旋转直线磁力丝杠的力矩控制系统及测试方法

权利要求书

1.一种旋转直线磁力丝杠的力矩测试方法，包括磁力丝杠的力矩控制系统，该系统包括安装平板(1)，所述安装平板(1)上依次安装有永磁同步电机(2)、轴承固定器(4)和测试体(7)，永磁同步电机(2)的输出端通过联轴器(3)安装有磁力丝杠(5)，磁力丝杠(5)设置在两个轴承固定器(4)之间，磁力丝杠(5)和测试体(7)之间安装有力矩传感器(6)；

所述永磁同步电机(2)上安装有动力线接头(2a)和编码器接头(2b)，编码器接头(2b)获取电机转子的实时位置，在动力线接头(2a)处接入三相电压，实现永磁同步电机(2)的转矩闭环控制；

所述磁力丝杠(5)包括和联轴器(3)固定安装的转子(5b)和安装在转子(5b)上的动子(5a)，动子(5a)的端部安装有贯穿轴承固定器(4)的滑杆(5c)，滑杆(5c)的端部安装有圆盘(5d)，圆盘(5d)和力矩传感器(6)固定安装，力矩传感器(6)和测试体(7)固定安装；

所述力矩测试方法包括以下步骤：

步骤1、建立磁力丝杠电磁推力与永磁同步电机电流之间的关系

步骤1.1、电磁转矩和电磁推力之间的关系

定义转子(5b)上异名磁极和同名磁极之间的距离分别为极距和螺距，有如下的关系成立：

λ＝2τ                                      (1)

其中，λ为磁力丝杠(5)的螺距，τ为磁力丝杠(5)的极距；

磁力丝杠(5)垂直轴向弯曲使得转子(5b)的首尾相连，则形成一个圆环结构，根据几何关系，可得

2πR＝2p_nτ                                      (2)

其中，π为圆周率，R为磁力丝杠(5)等效圆环的半径，p_n为磁力丝杠(5)的极对数；

联立式(1)和(2)，可得

2πR＝p_nλ                                       (3)

另外，电磁转矩和电磁推力满足

T_e＝F_eR                                        (4)

其中，T_e为磁力丝杠(5)的转子(5b)的电磁转矩，F_e为磁力丝杠(5)的动子(5a)的电磁推力；

联立式(3)和(4)，可得

步骤1.2、电磁转矩和电流之间的关系

转子(5b)的电磁转矩是由永磁同步电机(2)经过联轴器(3)传送得到，对于表贴式永磁同步电机(2)，其电磁转矩方程为

T_e＝K_Ti_q                                   (6)

其中，K_T＝3p_nsψ_f/2为电磁转矩系数，p_ns为永磁同步电机的极对数，ψ_f为永磁同步电机(2)永磁体的磁链，i_q为永磁同步电机q轴绕组的电流；

联立式(5)和(6)，可得

其中，K_s＝2πK_T/p_nλ为磁力丝杠(5)的电磁推力系数。

2.根据权利要求1所述的一种旋转直线磁力丝杠的力矩测试方法，其特征在于，所述联轴器(3)将永磁同步电机(2)的转子与磁力丝杠(5)的转子进行同轴连接，从而将永磁同步电机(2)输出的转矩传送给磁力丝杠(5)，使其与永磁同步电机(2)同频率旋转。

3.根据权利要求1所述的一种旋转直线磁力丝杠的力矩测试方法，其特征在于，所述磁力丝杠(5)通过磁力耦合作用将转子(5b)的旋转运动转化为动子(5a)的直线运动，动子(5a)通过四根滑杆(5c)与圆盘(5d)进行连接，圆盘(5d)将进行轴向的直线运动，呈S型的力矩传感器(6)将圆盘(5d)产生的拉压作用传动给测试体(7)，并通过设置在力矩传感器(6)上的传感器信号线接头(6a)实时获取磁力丝杠(5)的力矩数值。

4.根据权利要求3所述的一种旋转直线磁力丝杠的力矩测试方法，其特征在于，所述动子(5a)由动子铁心(5a1)和动子永磁体(5a2)组成，转子(5b)由转子铁心(5b2)以及表贴在其表面呈螺旋状分布的转子永磁体(5b1)组成。