短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法及测量装置的制作方法
专利名称：短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到直线感应电机应用、研究领域，特指一种短初级直线感应电机三向电 磁力的测量方法及测量装置。
背景技术：
直线感应电机是在工业和交通运输中得到广泛应用的一种特殊电机，典型直线感应电机 大多采用短初级、长次级结构。其三相绕组位于移动的车体上，次级反应板沿轨道辅设。当 直线感应电机初级三相绕组通电流后，将产生纵向牵引力和初、次级垂向作用力；如果初级 相对次级发生横向错位，则还会产生横向偏移力。由于直线电机是一种直线传动机构，与普 通旋转电机相比，其运动情况下的电磁力测量非常困难。传统方法， 一般通过两种方法来模 拟直线电机结构，并进行运动情况下电机电磁力的测量。
一种方法是采用模拟试验台，如附图l所示，试验台采用大的整体旋转圆盘12，整体旋 转圆盘12固定于转轴10上，直线感应电机初级1置于旋转圆盘12的侧面，其初级长度远小于 旋转圆盘12的半径。直线感应电机初级1固定于安装架13上；直线感应电机初级l通电后，通 过采用旋转式扭矩传感器11来测量旋转圆盘12所受力矩，从而等效得到直线电机的牵引力； 通过在直线感应电机初级1安装一维垂向传感器14 (即一维拉/压力传感器)来得到直线电机 产生的垂向作用力。这种测量方式只适合于小功率直线感应电机，且只能测量得到直线电机 牵引、垂向两个方向的电磁力，无法测量直线电机横向偏移力。
另一种方法是对大功率直线感应电机由于旋转圆盘12半径尺寸的限制，只能改变短初 级结构形式，采用圆弧形短初级，并置于整体旋转圆盘12的弧面，如附图2和图3所示。旋转 圆盘12固定于转轴10上，同样通过采用旋转式扭矩传感器11来测量旋转圆盘12所受力矩，从 而等效得到直线电机的牵引力。这种结构，通过在弧形结构直线感应电机初级l的侧面安装 一维垂向传感器14 (即一维拉/压力传感器)，也可同时测量直线感应电机初级l和直线感应 电机次级2之间发生横向错位后产生的偏移力。但由于直线感应电机初级l为弧形结构，该方 法对垂向作用力无法测量；且由于将平板形初级结构变成了圆弧形结构，对电磁力测量结果 有一定的影响。
故此，对于磁浮列车或地铁等牵引用大功率直线感应电机，尚没有好的牵引、垂向和横向三个方向的电磁力测量方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构 简单紧凑、体积小、操作简便、适用范围广、测量精度高的短初级直线感应电机三向电磁力 的测量方法及测量装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法，其特征在于先将三向力传感器安装 于直线感应电机初级与车体之间，并使直线感应电机初级与车体分别与三向力传感器的表面 贴紧；车体受力运动后，通过三向力传感器获得直线感应电机初级纵向牵引、横向偏移和垂 向作用这三个方向受到的电磁力信号，并将获得的信号直接输出。
一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量装置，其特征在于它包括三向力传感器、 供电电源、信号处理单元和显示记录单元，所述三向力传感器通过吊挂螺栓安装于直线感应 电机初级与车体之间，并用来获取直线感应电机初级纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个 方向受到的电磁力信号；三向力传感器通过电线与信号处理单元相连，并将获得的信号传送 给信号处理单元。所述信号处理单元对力信号进行放大和调理后，经A/D转换、数据采样后 直接输出至显示记录单元。
作为本发明的进一步改进
所述三向力传感器通过吊挂螺栓安装于直线感应电机初级与车体之间。
与现有技术相比，本发明的优点就在于本发明提出的短初级直线感应电机三向电磁力 测量方法及测量装置，具有结构简单紧凑、体积小、操作简便、适用范围广、测量精度高等 优点，可用于直线感应电机牵引、垂向和横向三个方向的电磁力测量；对于大功率直线感应 电机，本发明可直接得到运动情况下电机牵引、垂向和横向三个方向的电磁力。
图1是传统小功率直线感应电机电磁力测量装置的示意图2是传统大功率直线感应电机电磁力测量装置的主视结构示意图3是传统大功率直线感应电机电磁力测量装置的俯视结构示意图4是本发明中测量装置的安装结构示意图5是本发明中测量装置的框架结构示意图；图6是本发明测量方法的流程示意图7是本发明测量装置力信号处理流程示意图。 图例说明
1、直线感应电机初级；2、直线感应电机次级；3、三向力传感器；4、供电电源；5、 信号处理单元；6、车体；7、轨道；8、显示记录单元；9、吊挂螺栓；10、转轴；11、扭矩 传感器；12、旋转圆盘；13、安装架；14、 一维垂向传感器
具体实施例方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
如图6所示，本发明短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法，先将三向力传感器3安 装于直线感应电机初级1与车体6之间，并使直线感应电机初级1与车体6分别与三向力传感器 3的表面贴紧，直线感应电机次级2沿轨道7辅设；直线感应电机初级l三相绕组通电，车体6 受力运动后，通过三向力传感器3获得直线感应电机初级1纵向牵引、横向偏移和垂向作用这 三个方向受到的电磁力信号，并将获得的力信号直接输出至后续信号处理单元5。三向力传 感器3通过吊挂螺栓9安装于直线感应电机初级1与车体6之间。如图7所示，由三向力传感器3 输出过来的微弱、模拟力信号，在信号处理单元5先进行放大和信号调理；然后，进行模拟/ 数字(A/D)转换和信号采样，通过软件算法实时复原实际电磁力大小。最后，由显示记录 单元8显示并存储所测得的实际动态电磁力大小。
如图4和图5所示，本发明提出的短初级直线感应电机三向电磁力测量装置，它包括三向 力传感器3、供电电源4、信号处理单元5和显示记录单元8，三向力传感器3安装于直线感应 电机初级1与车体6之间并用来获取直线感应电机初级1纵向牵引(X方向)、横向偏移(Y方 向)和垂向作用(Z方向)这三个方向受到的电磁力参数(包括电磁力的大小与方向)。三向 力传感器3采用三向拉/压力应变片式传感器。三向力传感器3通过电线与信号处理单元5相连 并将获得的信号传送给信号处理单元5。经放大和信号调理、A/D转换和数据采样后，输出至 显示记录单元8。供电电源4为三向力传感器3和信号处理单元5供电。显示记录单元8用于完 成动态测量过程中直线感应电机电磁力信号的实时显示和记录。该单元可以采用示波器或计 算机等通用设备，记录存储的信息可供后续试验分析使用。测量时，先将三向力传感器3安 装于直线感应电机初级1与车体6的吊挂螺栓9上，并使直线感应电机初级1与车体6的接触面 与三向力传感器3表面贴紧。然后，把三向力传感器3、供电电源4、信号处理单元5和显示记 录单元8组成的测量系统，在电路上连接在一起，并检査确保无误。在直线感应电机初级l三 相绕组通电，车体6受力运动后，通过本发明提出的测量方法即可对电机三向电磁力进行测量，并记录。试验结束后，再进行数据整理分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡 属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本 发明的保护范围。
权利要求
1.一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法，其特征在于先将三向力传感器(3)安装于直线感应电机初级(1)与车体(6)之间，并使直线感应电机初级(1)与车体(6)分别与三向力传感器(3)的表面贴紧；车体(6)受力运动后，通过三向力传感器(3)获得直线感应电机初级(1)纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个方向受到的电磁力信号，并将获得的信号直接输出。
2 根据权利要求l所述的短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法 ，其特征在于所述三向力传感器(3)通过吊挂螺栓(9)安装于直线感应电机初级(1) 与车体(6)之间。
3 一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量装置，其特征在于 它包括三向力传感器(3)、供电电源(4)、信号处理单元(5)和显示记录单元(8)，所 述三向力传感器(3)安装于直线感应电机初级(1)与车体(6)之间并用来获取直线感应 电机初级(1)纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个方向受到的电磁力信号，三向力传感 器(3)通过数据线与信号处理单元(5)相连，并将获得的电磁力信号传送给信号处理单元 (5)，所述信号处理单元(5)将处理完的信号直接输出至显示记录单元(8)。
4 根据权利要求3所述的短初级直线感应电机三向电磁力的测量装置 ，其特征在于所述三向力传感器(3)通过吊挂螺栓(9)安装于直线感应电机初级(1) 与车体(6)之间。
全文摘要
一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法及测量装置，先将三向力传感器通过螺栓安装于直线感应电机初级与车体之间，并使直线感应电机初级与车体分别与三向力传感器的表面贴紧；车体受力运动后，通过三向力传感器获得直线感应电机初级纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个方向受到的电磁力信号，并将获得的信号直接输出。该装置包括三向力传感器、供电电源、信号处理单元和显示记录单元。本发明是一种结构简单紧凑、体积小、操作简便、适用范围广、测量精度高的短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法及测量装置。
文档编号G01L1/00GK101592535SQ20091030418
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者刘少克, 杰 李, 陈贵荣 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学
技术领域：
本发明主要涉及到直线感应电机应用、研究领域，特指一种短初级直线感应电机三向电 磁力的测量方法及测量装置。
背景技术：
直线感应电机是在工业和交通运输中得到广泛应用的一种特殊电机，典型直线感应电机 大多采用短初级、长次级结构。其三相绕组位于移动的车体上，次级反应板沿轨道辅设。当 直线感应电机初级三相绕组通电流后，将产生纵向牵引力和初、次级垂向作用力；如果初级 相对次级发生横向错位，则还会产生横向偏移力。由于直线电机是一种直线传动机构，与普 通旋转电机相比，其运动情况下的电磁力测量非常困难。传统方法， 一般通过两种方法来模 拟直线电机结构，并进行运动情况下电机电磁力的测量。
一种方法是采用模拟试验台，如附图l所示，试验台采用大的整体旋转圆盘12，整体旋 转圆盘12固定于转轴10上，直线感应电机初级1置于旋转圆盘12的侧面，其初级长度远小于 旋转圆盘12的半径。直线感应电机初级1固定于安装架13上；直线感应电机初级l通电后，通 过采用旋转式扭矩传感器11来测量旋转圆盘12所受力矩，从而等效得到直线电机的牵引力； 通过在直线感应电机初级1安装一维垂向传感器14 (即一维拉/压力传感器)来得到直线电机 产生的垂向作用力。这种测量方式只适合于小功率直线感应电机，且只能测量得到直线电机 牵引、垂向两个方向的电磁力，无法测量直线电机横向偏移力。
另一种方法是对大功率直线感应电机由于旋转圆盘12半径尺寸的限制，只能改变短初 级结构形式，采用圆弧形短初级，并置于整体旋转圆盘12的弧面，如附图2和图3所示。旋转 圆盘12固定于转轴10上，同样通过采用旋转式扭矩传感器11来测量旋转圆盘12所受力矩，从 而等效得到直线电机的牵引力。这种结构，通过在弧形结构直线感应电机初级l的侧面安装 一维垂向传感器14 (即一维拉/压力传感器)，也可同时测量直线感应电机初级l和直线感应 电机次级2之间发生横向错位后产生的偏移力。但由于直线感应电机初级l为弧形结构，该方 法对垂向作用力无法测量；且由于将平板形初级结构变成了圆弧形结构，对电磁力测量结果 有一定的影响。
故此，对于磁浮列车或地铁等牵引用大功率直线感应电机，尚没有好的牵引、垂向和横向三个方向的电磁力测量方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构 简单紧凑、体积小、操作简便、适用范围广、测量精度高的短初级直线感应电机三向电磁力 的测量方法及测量装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法，其特征在于先将三向力传感器安装 于直线感应电机初级与车体之间，并使直线感应电机初级与车体分别与三向力传感器的表面 贴紧；车体受力运动后，通过三向力传感器获得直线感应电机初级纵向牵引、横向偏移和垂 向作用这三个方向受到的电磁力信号，并将获得的信号直接输出。
一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量装置，其特征在于它包括三向力传感器、 供电电源、信号处理单元和显示记录单元，所述三向力传感器通过吊挂螺栓安装于直线感应 电机初级与车体之间，并用来获取直线感应电机初级纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个 方向受到的电磁力信号；三向力传感器通过电线与信号处理单元相连，并将获得的信号传送 给信号处理单元。所述信号处理单元对力信号进行放大和调理后，经A/D转换、数据采样后 直接输出至显示记录单元。
作为本发明的进一步改进
所述三向力传感器通过吊挂螺栓安装于直线感应电机初级与车体之间。
与现有技术相比，本发明的优点就在于本发明提出的短初级直线感应电机三向电磁力 测量方法及测量装置，具有结构简单紧凑、体积小、操作简便、适用范围广、测量精度高等 优点，可用于直线感应电机牵引、垂向和横向三个方向的电磁力测量；对于大功率直线感应 电机，本发明可直接得到运动情况下电机牵引、垂向和横向三个方向的电磁力。
图1是传统小功率直线感应电机电磁力测量装置的示意图2是传统大功率直线感应电机电磁力测量装置的主视结构示意图3是传统大功率直线感应电机电磁力测量装置的俯视结构示意图4是本发明中测量装置的安装结构示意图5是本发明中测量装置的框架结构示意图；图6是本发明测量方法的流程示意图7是本发明测量装置力信号处理流程示意图。 图例说明
1、直线感应电机初级；2、直线感应电机次级；3、三向力传感器；4、供电电源；5、 信号处理单元；6、车体；7、轨道；8、显示记录单元；9、吊挂螺栓；10、转轴；11、扭矩 传感器；12、旋转圆盘；13、安装架；14、 一维垂向传感器
具体实施例方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
如图6所示，本发明短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法，先将三向力传感器3安 装于直线感应电机初级1与车体6之间，并使直线感应电机初级1与车体6分别与三向力传感器 3的表面贴紧，直线感应电机次级2沿轨道7辅设；直线感应电机初级l三相绕组通电，车体6 受力运动后，通过三向力传感器3获得直线感应电机初级1纵向牵引、横向偏移和垂向作用这 三个方向受到的电磁力信号，并将获得的力信号直接输出至后续信号处理单元5。三向力传 感器3通过吊挂螺栓9安装于直线感应电机初级1与车体6之间。如图7所示，由三向力传感器3 输出过来的微弱、模拟力信号，在信号处理单元5先进行放大和信号调理；然后，进行模拟/ 数字(A/D)转换和信号采样，通过软件算法实时复原实际电磁力大小。最后，由显示记录 单元8显示并存储所测得的实际动态电磁力大小。
如图4和图5所示，本发明提出的短初级直线感应电机三向电磁力测量装置，它包括三向 力传感器3、供电电源4、信号处理单元5和显示记录单元8，三向力传感器3安装于直线感应 电机初级1与车体6之间并用来获取直线感应电机初级1纵向牵引(X方向)、横向偏移(Y方 向)和垂向作用(Z方向)这三个方向受到的电磁力参数(包括电磁力的大小与方向)。三向 力传感器3采用三向拉/压力应变片式传感器。三向力传感器3通过电线与信号处理单元5相连 并将获得的信号传送给信号处理单元5。经放大和信号调理、A/D转换和数据采样后，输出至 显示记录单元8。供电电源4为三向力传感器3和信号处理单元5供电。显示记录单元8用于完 成动态测量过程中直线感应电机电磁力信号的实时显示和记录。该单元可以采用示波器或计 算机等通用设备，记录存储的信息可供后续试验分析使用。测量时，先将三向力传感器3安 装于直线感应电机初级1与车体6的吊挂螺栓9上，并使直线感应电机初级1与车体6的接触面 与三向力传感器3表面贴紧。然后，把三向力传感器3、供电电源4、信号处理单元5和显示记 录单元8组成的测量系统，在电路上连接在一起，并检査确保无误。在直线感应电机初级l三 相绕组通电，车体6受力运动后，通过本发明提出的测量方法即可对电机三向电磁力进行测量，并记录。试验结束后，再进行数据整理分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡 属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本 发明的保护范围。
权利要求
1.一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法，其特征在于先将三向力传感器(3)安装于直线感应电机初级(1)与车体(6)之间，并使直线感应电机初级(1)与车体(6)分别与三向力传感器(3)的表面贴紧；车体(6)受力运动后，通过三向力传感器(3)获得直线感应电机初级(1)纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个方向受到的电磁力信号，并将获得的信号直接输出。
2 根据权利要求l所述的短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法 ，其特征在于所述三向力传感器(3)通过吊挂螺栓(9)安装于直线感应电机初级(1) 与车体(6)之间。
3 一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量装置，其特征在于 它包括三向力传感器(3)、供电电源(4)、信号处理单元(5)和显示记录单元(8)，所 述三向力传感器(3)安装于直线感应电机初级(1)与车体(6)之间并用来获取直线感应 电机初级(1)纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个方向受到的电磁力信号，三向力传感 器(3)通过数据线与信号处理单元(5)相连，并将获得的电磁力信号传送给信号处理单元 (5)，所述信号处理单元(5)将处理完的信号直接输出至显示记录单元(8)。
4 根据权利要求3所述的短初级直线感应电机三向电磁力的测量装置 ，其特征在于所述三向力传感器(3)通过吊挂螺栓(9)安装于直线感应电机初级(1) 与车体(6)之间。
全文摘要
一种短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法及测量装置，先将三向力传感器通过螺栓安装于直线感应电机初级与车体之间，并使直线感应电机初级与车体分别与三向力传感器的表面贴紧；车体受力运动后，通过三向力传感器获得直线感应电机初级纵向牵引、横向偏移和垂向作用这三个方向受到的电磁力信号，并将获得的信号直接输出。该装置包括三向力传感器、供电电源、信号处理单元和显示记录单元。本发明是一种结构简单紧凑、体积小、操作简便、适用范围广、测量精度高的短初级直线感应电机三向电磁力的测量方法及测量装置。
文档编号G01L1/00GK101592535SQ20091030418
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者刘少克, 杰 李, 陈贵荣 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学
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