专利名称：电机的测量装置和测量方法
技术领域：
本发明涉及电机特别是主轴电机的测量装置和测量方法，包括电机底座，所要检测的电机的定子侧可以在该底座内定位以便测量上，以及第一跳动测量装置，它具有至少一个第一跳动传感器并且利用该装置可检测保持在电机底座内的电机的转子上沿第一方向的跳动。
背景技术：
在公知的电机测量装置和测量方法中，通常是在单独的装置中测量每个参数，以至于测量电机需要大量装置，并且要耗费大量的时间。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供电机的测量装置和测量方法，可以尽可能有效地测量电机的各个参数。
本发明的目的利用上述类型的测量装置得以实现，即具有至少一个第二跳动传感器的跳动测量装置，利用该装置可以与第一方向上的跳动同时测量沿与第一方向垂直分布的第二方向上转子的跳动。
这种方案的优点在于，利用该方案可以同时测量转子在两个彼此垂直分布的方向上的跳动，并由此可以更为有效地进行跳动测量。
依据本发明方案的另一优点还在于，由此还能进一步提高跳动测量的准确性，因为为此只需一次性将电机安置在电机底座内，因此电机底座的定位误差以相同的方式转变为两个方向上跳动测量的准确性，也不会由于重新置放电机对继续的跳动测量产生额外的定位误差。
跳动传感器原则上可以使它接触转子来工作。
但是，特别是为了提高跳动测量的准确性和还可以在高转速下工作，第一跳动传感器和第二跳动传感器为非接触式传感器。
这种非接触式传感器原则上可以是感应式传感器。特别具有优点的是，跳动传感器为电容式传感器。
特别是在使用电容式传感器时存在的问题是，它们在导电的转子上产生电荷堆积和电荷迁移，从而存在利用一个跳动传感器进行测量时影响另一个跳动传感器测量的危险。
出于这一原因，最好第一跳动传感器的载频和第二跳动传感器的载频具有相移来工作，从而可以由此抑制跳动传感器的相互影响。特别具有优点的是，第一跳动传感器的载频和第二跳动传感器的载频大致反相工作，以便进一步抑制跳动传感器的相互影响。
因为跳动传感器与转子的各自距离尽可能精确，特别是在微米的范围内，所以需要在进行跳动检测前将跳动传感器相对于转子精确定位。出于这一原因，最好将第一跳动传感器固定在第一传感器进给单元上，并可利用该单元在第一方向上向转子进给。
为达到第一跳动传感器的精确定位，特别有益的是具有控制第一传感器进给单元的控制装置，它将第一跳动传感器作为向转子进给时的距离传感器使用，从而跳动传感器本身可以用于为以后在最佳距离范围内的跳动测量将该传感器定位。
最好通过控制装置在转子旋转时进行第一跳动传感器的进给，以便能够与出现的跳动相应确定跳动传感器的最佳位置。
此外具有优点的方案是，将第二跳动传感器固定在第二传感器进给单元上，并可利用该单元在第二方向上向转子进给。
在此方面，最好具有控制第二传感器进给单元的控制装置，它将第二跳动传感器作为向转子进给时的距离传感器使用，从而在第二跳动传感器定位时，该传感器本身也可以用于达到与转子跳动测量的最佳距离。
特别是通过控制装置在转子旋转时进行第二跳动传感器的进给，以便在第二跳动传感器上也能够与出现的跳动相应确定其最佳位置。
为了能够进行尽可能精确的跳动测量，各自的跳动测量装置在由转子的大量旋转组成的每次旋转时，在转子的同一旋转部位上确定与该旋转部位上的跳动对应的各个旋转部位上的测量值。
特别是各自旋转部位上跳动的测量值与转子和各自跳动传感器之间的距离相应，该距离例如来自为测量使用的转子的表面与跳动传感器的传感器表面的距离。
为确保在大量旋转的每次旋转时，在转子始终相同的旋转部位上各自进行跳动测量，各旋转部位的测定通过由各自的跳动测量装置进行跳动测量的触发信号与转子的旋转运动同步进行。
与转子旋转运动的这种同步，例如可以通过观察为同步对转子所做的标记进行。
但这样做的后果是，为在测量装置上对各自的电机进行跳动测量，转子必须具有标记。
出于这一原因，最好通过各自跳动测量装置进行跳动测量与转子的旋转运动同步无标记进行。
在依据本发明方案的一优选实施方式中，跳动测量与转子旋转运动的同步通过借助于电压扫描电路记录电机电接线上电压时间上的变化进行。
电压扫描电路例如可以检测电压的振幅最大值。特别有益的是，电压扫描电路记录电机电线上的电压过零点。
因为电压过零点的数量也取决于电机极数的多少，所以，最好电压扫描电路在记录一个过零点后，记录与电机的极数相应的和指示下一个旋转开始的过零点，从而可以明确识别转子下次旋转的开始并相应地使跳动测量同步。
为了能够确定转子与各自旋转同步的各个旋转部位，最好从各自指示新旋转过零点的记录中恒相发出相应的触发信号，通过该信号将转子的每次旋转分成确定数量的旋转部位，在这些位置上可以记录各自跳动传感器的测量值。
为分析跳动测量，特别是考虑到可反复跳动和不可反复跳动之间的区别，特别有益的是具有测量值记录，它记录每个旋转部位由各自跳动传感器测量到的测量值。
确定可反复的跳动例如可以通过与每个旋转部位对应的测量值静态分析完成。
在可实施性方面特别有益的方式是，由各自跳动传感器与每个旋转部位对应的测量值组成的测量值记录构成平均值。
在构成这种平均值时，可反复的跳动在最简单的情况下由此测定，即测量值记录确定转子旋转所有旋转部位平均值之间的最大差值。
同样依据目的，在计算测量值的平均值时，由此确定不可反复的跳动，即计算各测量值与平均值的偏差。出于这一原因，依据目的每个旋转部位上的测量值记录确定测量值与平均值的最大偏差。
然后有益地由此测定不可反复的跳动，即测量值记录确定在转子旋转的所有旋转部位上测定的最大偏差之间的最大差值。
另一具有优点的方法是，利用跳动测量装置对取决于时间测定的跳动测量值进行傅里叶变换，并对从中产生的频谱分析。
对从跳动测量中通过傅里叶变换测定的频谱分析提供了这种可能性，即附加识别特别是在转子的轴承结构中可能存在的损伤。
在此方面特别有益的是，频谱分析与所有转速谐波的频率相应完成。这些频率可以是通过分析识别的额外的干扰频率，或者也可以是更高谐波的振幅。在任何情况下，采用这种分析均可识别最基本意义上轴承问题，例如像轴承损伤或者轴承的机械应力状态，并在需要时在考虑到其与电机关联的情况下，通过测定各自频率中的振幅，对它们在电机的运行特性和耐用度方面的关联进行定量评价。
对依据本发明方案上述实施方式可以选择或者补充的是另一具有优点的实施方式，测量装置具有电压感应测量装置，该装置测量转子空转时电机不绕流绕组中感应到的电压。
这种依据本发明方案的优点在于，为测量绕组内感应到的电压不需要转子的外部驱动。具体地说，利用依据本发明的测量装置可以测量转子空转时的感应电压，其中，转子空转时由此出发，即转子由于缺少驱动连续降低其转速。
原则上可以设想，通过外部电机驱动转子，然后在转子自由惰性滑行时测量绕组内的感应电压。
然而，因为电机在依据本发明的测量装置中反正也要与其绕组接线连接，所以，最好电压感应测量装置通过转换单元与绕组连接，转换单元可以这样转换，使断开电机的绕流后可以直接测量感应电压。
因此，取消测量感应电压的附加驱动装置，此外，可以例如在跳动测量的接线中直接测量感应电压，从而可以在跳动测量后在电机本来需要的惰性滑行阶段非常省时地测量感应电压。
为了在转子的惰性滑行阶段也能够测定规定额定转速下的感应电压，最好测量装置在与电机运行的连接下，在转子自由惰性滑行时的额定转速下，借助于计算机测定感应电压受转子转速降低影响的振幅最大值和过零点，并与这些参数配合感应电压理论上的变化，利用该配合的理论上的变化测定感应电压的振幅值和额定转速时转子无制动旋转感应电压的过零点。
根据这种计算运算，因此可以在规定的额定转速下测定绕组中感应到的电压，而无需在额定转速下的测定期间驱动转子。
特别有益的是，计算机然后可以借助于与感应电压的振幅最大值配合的包络线记录感应电压振幅在时间上的变化。
为了能够借助于依据本发明的测量装置确定电机的其他参数，最好测量装置具有电感测量装置和用于驱动转子的外部步进式电机，利用步进式电机转子可在各个旋转部位上旋转，电感测量装置可与电机的绕组接线连接，从而在每个旋转部位上电感的测量值可以由电机的绕组记录。
此外，为确定其他参数，测量装置具有包括漏磁传感器的漏磁测量装置，漏磁传感器在测量位置上在转子无绕流的惰性滑行时，在转子的规定部位上测量漏磁的最小值和最大值。
最后，依据本发明测量装置的另一具有优点的实施方式，该装置包括绕组电阻测量装置，测量静止电机绕组的电阻。
此外，本发明还涉及电机特别是主轴电机的测量方法，其中，所要检测的电机在电机底座内定位在定子侧上以便测量，利用具有第一跳动传感器的第一跳动测量装置记录电机转子在第一方向上的跳动，此外依据本发明，利用具有第二跳动传感器的第二跳动测量装置与第一方向上的跳动同时测量转子的沿与第一方向垂直分布的第二方向上的跳动。
依据本发明测量方法的优点是，存在这种可能，即尽可能时间上有效地和具有很高准确性地在两个彼此垂直分布的方向上进行跳动测量，因为测量的实施可以在唯一的电机紧固装置上进行。
依据本发明测量方法其他具有优点的方面和依据本发明测量方法其他实施方式是其他方法权利要求的主题。


下面借助实施例的附图对本发明的其他特征和优点进行说明。其中图1示出采用依据本发明的测量装置和依据本发明的测量方法测量电机实施例的横剖面，在该例子中为主轴电机；图2示出依据本发明测量装置的一装置实施例的侧视图；
图3示出图2装置以及依据本发明测量装置的测量分析方框图的视图；图4示出带有绕组和详细接线图的所要测量电机定子的示意图；图5示出测定与电机转速同步的输出信号的示意图；图6示出以径向跳动的测量值为例记录测量值的示意图；图7示出为测定用于确定可反复径向跳动的平均值的示意图和产生不可重复径向跳动程度的径向跳动测量值的附图；图8示出从跳动测量的测量值的傅里叶变换中获得的频谱示意图；图9示出随着转子自由减速在电机绕组中产生的电压随时间变化的示意图；以及图10示出在额定转速下电机绕组中产生的电压的计算机测定变化的示意图。
具体实施例方式
作为依据本发明的装置和依据本发明的方法进行测量的例子的电机10是图1中示出的所谓主轴电机10，具有底板11，它支承与底板固定连接的轴12，转子18利用两个彼此相距设置的轴承14和16环绕旋转轴线20可旋转地支承在轴上。
转子18钟形构成并与定子22搭接，定子同样定位固定在底板11上并具有极靴24以及环绕极靴的绕组26，绕组可通过穿过底板11的导电杆28绕流。
此外，转子18还携带靠近极靴24并设置在其内侧的永久磁铁30。
这种主轴电机10的转子18通常用于接受硬盘、磁盘或者可光学或者磁性地记录信息的类似元件并且旋转地驱动它们，为此具有圆柱体状向旋转轴线20分布的外壳表面32以及连接在外壳表面32上的凸缘表面34，它以确定的角度，最好与外壳表面32垂直分布，例如平行于与旋转轴线20垂直延伸的平面36分布。此外，转子18在处于与凸缘表面34相对的面上具有上面38。
如果轴12，轴承14和16以及转子18加工精度不够，整体上会在转子18环绕旋转轴线20旋转时导致转子18所谓的径向跳动RS，由此表明，在观察转子18相对于底板11规定的第一位置S1时，旋转的外壳表面32-如图1中箭头所示-会向旋转轴线20径向运动。
此外，转子18同样因加工精度不够会有所谓的轴向跳动AS，由此表明，在相对于底板11规定的第二部位S2上观察时，随同转子18旋转的凸缘表面34会在与旋转轴线20平行的方向上运动。
定子18的径向跳动RS和轴向跳动AS确定转子18可环绕旋转轴线20支承和引导的精密度的程度。
为确定径向跳动RS和轴向跳动AS，具有整体用40标注并在图2中示出的测量装置，它具有电机底座42，利用其可将主轴电机10的底板11定位。
在此方面，最好电机底座42构造为以规定方式接纳和固定底板11特别是以可控制的方式定位底板11的电机底座42。
此外，电机底座42最好设置在滑座44上，滑座借助于滑座导轨46可在图2中与附图平面垂直的方向48上运动，其中，滑座44可从底板11装入电机底座42的安装位置向图2中示出的测量位置运动。
在该测量位置上，滑座44处于相对于测量装置40的台座50确定的位置上，因此，由于电机10底板11相对于电机底座42以及所要测量的电机10连同其转子18滑座44的精确定位，处于一确定位置上，从而旋转轴线20也相对于台座50确定定位。
为了滑座44相对于台座50的运动和定位，最好具有保持在台座50上的进给传动装置52，它与滑座44连接，滑座44利用其可在方向48上控制移动和定位。
在台座50上，还具有整体用60标注的第一传感器进给单元，它具有第一传感器滑座62，该滑座在第一滑座导轨64上可相对于台座50在第一方向66上运动引导，并借助于第一进给驱动装置68在第一方向66的方向上控制运动和定位。
在此方面，最好第一方向66在第一平面67上分布，该平面与处于测量位置上的电机10的旋转轴线20垂直延伸。例如，第一方向66与旋转轴线20相切，最好处于直角下。
在第一传感器滑座62上，设置第一跳动传感器70，具体地说，是第一传感器表面72靠近处于测量位置上的电机10外壳表面32的同一表面。
因此，利用第一传感器进给单元66，可以将第一跳动传感器70连同其第一传感器表面72从电机10进入测量位置时拉回的位置在第一方向66上向转子18运动，从而第一跳动传感器70的第一传感器表面72处于图2中示出的靠近外壳表面32的检测位置。
此外，在台座50上具有第二传感器进给单元80，它具有第二传感器滑座82，该滑座借助于第二滑座导轨84可在第二方向86上相对于台座50运动，其中，为此具有第二进给传动装置88，以便能够以位置可控制的方式沿第二方向86运动和定位第二传感器滑座82。
在此方面，第二方向86分布在与凸缘表面34处于其中的平面36垂直延伸的第二平面87上。
最好平面87与处于测量位置上的电机的旋转轴线20平行并因此特别是与平面36垂直分布。
在第二传感器滑座82上固定第二跳动传感器90，它通过第二传感器滑座82可在处于测量位置上的电机10凸缘表面34的方向上一直进给到图2中示出的检测位置上，其中传感器表面92处于与凸缘表面34适当的距离上。
为实施转子18的跳动测量，具有整体用100标注的中央计算机，它具有处理器102，存储器104和数据输入/输出单元106。利用中央计算机100通过转速控制装置108的数据输入/输出单元106，为驱动电机10预先规定转速，三相激励电路110控制转速，该电路从它那方面通过同样可由数据输入/输出单元106控制的第一转换单元112传动电机10。
在此方面，如果电机10为三相电机，定子如图4所示包括三个绕组114，116，118，它们一方面在星形汇接点120上相互连接，另一方面具有三个通过导电杆28构成的外接线122，124，126，它们从它们方面通过第一转换单元112与三相激励电路110输出端上相应的电流接线头132，134和136连接。
此外，三相激励电路110还具有另一个输出端138，如果接通第一转换单元112，三个电流接线头132，134和136之一的电压将通到该输出端上，从而形成电流接线头132，134，136和绕组114，116，118的外接线122，124和126之间的连接。
通到输出端138上的电流接线头132，134或者136之一的电压U，在图5中为六极电机10的举例示出，其中，各自接通的电压U在+Ub和-Ub之间变化。在该电压U中，同一电压的过零点NU分别由扫描电路140记录，图5中示出的该扫描信号AT通过由半极数的部分转换成扫描电路140的输出信号A，该信号在其时间上的变化方面与转子18的旋转完全转速同步，并完全体现转子18环绕旋转轴线20的旋转UD。
也就是说，输出信号A与转子18的旋转相位正确，其中，该输出信号A在无转子18的附加标记情况下直接通过把电机10作为传感器使用而产生。
该输出信号A通过两个相位固定工作的电路或者PLL-电路142和144相乘，例如在PLL-电路142中乘以第一因数，在PLL-电路144中乘以第二因数，由PLL-电路144产生的触发信号T用于在各自的触发时间点TZ上触发利用跳动传感器70，90的测量，其中，每个触发时间点TZ相当于转子18的一个旋转部位。
为利用第一跳动传感器70进行跳动测量，为图3中示出的该传感器分配第一传感器放大器150，其输出信号通过第一变量式放大器152继续放大，然后通过第一转换级154转换，并通过第一末级放大器156放大，从而该信号由中央计算机100的数据输入/输出单元105记录。第一跳动传感器70，第一传感器放大器150，第一变量式放大器152，第一转换级154和第一末级放大器156共同构成第一跳动测量装置158。
此外，为第二跳动传感器90分配第二传感器放大器160，第二变量式放大器162，第二转换级164和第二末级放大器166，它们与第二跳动传感器90共同构成第二跳动测量装置168，并以与分配给第一跳动传感器70的相应组成部分150-156相同的方式工作。
在此方面，触发信号T同时输送给第一转换级154和第二转换级164，从而各自跳动传感器70，90处于正触发信号T的触发时间点TZ上的测量值M然后通过末级放大器156或166放大，输送到中央计算机100的数据输入/输出单元106并由其储存。
因为跳动传感器70，90为距离传感器，并因此各自测定外壳表面32与第一传感器表面72的距离或凸缘表面34与第二传感器表面92的距离，所以在每个触发时间点TZ上并因此在转子18的每个从属的旋转部位上，作为测量值M测定相应的，可由跳动传感器70或90记录的距离值，其中，径向跳动RS和轴向跳动AS从由跳动传感器70或90测量到的每次旋转UD距离值的变化中产生。
图6为此举例示出旋转UD期间的每个触发时间点TZ1-TZN上对径向跳动得出的测量值M1-MN。在此方面，测量值M1-MN之和例如产生径向跳动RS的近似正弦形的跳动分布SV，但其中跳动分布SV也可以完全不同。
因为触发时间点TZ1-TZN在每次旋转UD时，相当于在转子18的同一部位上测量，也就是说是在转子18的同一转动位置上，所以可以将许多连续旋转UD的测量值M1-MN与各附图相关累加并取平均值，从而可以为每个旋转部位在对该旋转部位大量旋转US中测量到的大量测量值M1...MN中确定平均值MM1...MMN，并且该平均值MM1...MMN形成图7示出的取平均值的分布SVM，它表示可重复径向跳动RRS的程度，也就是说，在完全相同的旋转角情况下，每次旋转时可重复出现的所有偏差的程度。例如，这种可重复径向跳动RRS的原因，通过SVM的分布表明外壳表面32从精确圆柱体的形状到旋转轴线20的形状偏差。
在此方面，最大可重复的跳动表示为旋转确定的平均值MM的最大差值，而且可以通过中央计算机100确定旋转UD期间出现的平均值的最大差值。
作为对分布SVM的补充，记录分布SVM的所有记录的测量值M的偏差，它们通常产生跟随分布SVM的带宽B，它表示例如可能通过轴承14，16产生的不可重复径向跳动NRRS的程度，如果该轴承是球轴承，并且球体从它们方面与理想的球体形状具有几何形状偏差的话，其中，几何形状偏差由于球体的转动导致转子18的定中相对于旋转轴线20产生统计上的变化，并因此导致不可重复径向跳动NRRS。
此外，不可重复径向跳动NRRS由中央计算机100由此确定，即为每个旋转部位确定在该旋转部位上根据大量旋转测定的测量值M与平均值的最大偏差，然后确定在转子旋转的所有旋转部位上测定的最大偏差之间的最大差值。
出于同样的原因，由第二跳动传感器90按相同方式测定可重复轴向跳动RAS和不可重复轴向跳动NRAS。
跳动传感器70，90最好是电容式传感器，如果它们同时工作的话，会导致导电转子18上电荷迁移。出于这种原因，依据本发明，为同时和同步测量径向跳动RS和轴向跳动AS，跳动传感器70，90这样构成，使它们相移180°，也就是说，分别利用一种载频工作，其中，它们一个相对于另一个相移180°。
此外，为了借助于传感器进给单元60或80进行跳动测量能够将跳动传感器70，90精确地向外壳表面32或凸缘表面34进给，最好相应的进给传动装置68或88可由中央计算机100通过控制级170或172控制，其中，控制级170或172由中央计算机100这样操纵，使跳动传感器70或90在接近外壳表面32或凸缘表面34时作为距离传感器使用，并因此通过借助于后面为跳动测量使用的跳动传感器70或90测量距离，可以调整第一跳动传感器70和外壳表面32或第二传感器90和凸缘表面34之间的最佳距离。
此外，借助于中央计算机100，还可以对各个旋转UD时在各个触发时间点TZ上记录的测量值M进行傅里叶变换，并分析各个频率成分的振幅AF，特别是谐波HA1的振幅AF和所有随后表明频率F的频谱。在此方面可以由此出发，即各自的跳动只提供与转速的第一谐波HA1和所有更高的谐波HA2相应的频率部分，并随后表明例如通过轴承14和16产生的干扰频率。因此，通过对处于第一谐波HA1上的频率成分，特别是更高谐波HA2的分析，如图8所示，可以在需要时确定轴承14和16中是否存在值得注意的损坏。
此外，还可以在不同的转速时测量径向跳动RS和轴向跳动AS，并确定各谐波HA的振幅有多少变化。
为了能够在不增加明显的辅助时间，又能考虑到其他参数情况下测量电机10，对第一转换单元112附加第二转换单元174，它同样与定子22的绕组接线122，124和126连接，并始终由中央计算机100这样控制，使该单元与第一转换单元112有选择地接通。
也就是说，第二转换单元174始终是在不接通第一转换单元112的情况下才接通，或者相反。
通过第二转换单元174，第三转换单元176可与绕组接线122，124和126连接，该单元可以有选择地或者将电压感应测量装置180，电感测量装置182以及绕组电阻测量装置184通过第二转换单元174与绕组接线122，124和126连接，其中，电压感应测量装置180，电感测量装置182和绕组电阻测量装置184各自从它们方面与中央计算机100的数据输入/输出单元106连接，并因此可以将各自的测量值传输给中央计算机100。
为此，例如借助于电压感应测量装置180在转子18空转时，记录定子22的绕组114，116和118内感应到的电压UI，其中，图9示出外接线122，124或者126之一上电压UI在时间上的变化。在此方面，电压UI在转子18空转时，也就是说，就在断开绕组114，116和118的绕流后，在其振幅AI方面非常迅速地下降，此外，频率也非常迅速地变化，因为转子18的转速，特别是在质量较小的转子18情况下，由于轴承14，16内的摩擦而明显降低。从图9示意图示出的电压UI的变化中可以看出，由于振幅AI的迅速下降和转速的迅速下降，导致电压UI的过零点N1，N2...的距离迅速增大，不能直接测定各绕组114，116和118内在确定额定转速时实际感应到的电压。出于这种原因，由电压感应测量装置180在连续的振幅值AI1，AI2，AI3，AI4等以及连续的过零点N1，N2，N3，N4等方面，在尽可能长的测量时间间隔tM上准确记录，然后在中央计算机100内将包络线H与该数值配合，在考虑到转子18的转速，转子18由于其制动转速的变化和此时绕组114，116和118内感应到的电压UI之间关系的情况下，可以从中测定转子无制动感应电压UI`的变化，如图10所示，从而得出转子无制动电压UI`的过零点N1`等以及参数AI1`等，然后从中可以测定恒定转速空转转子18情况下绕组114，116和118内感应到的电压UI`。
与此相反，电感测量装置182测量转子18静止时的电感，其中，为此转子18通过全部旋转进入各个角位置，以便能够测量绕组114，116和118在各个角节距内的电感。
出于这种原因，步进式电机190具有与处于测量位置上的电机10的旋转轴线20同轴分布的传动轴192，在其靠近转子18的末端具有连接件194，例如软弹性材料的钟形体，其中，由步进式电机190，传动轴192和连接件194组成的整个单元，为与处于测量位置上的电机10转子18结合可在该电机上运动，从而连接件194可与转子18的上面38接触，以便驱动转子。
在此方面如图3所示，步进式电机190通过中央计算机100的控制级196可以在各角增量中控制，从而中央计算机100一方面使转子18借助于步进式电机190在各个角位置上转动，另一方面通过电感测量装置182确定绕组114，116和118相应的电感，并对应记录各个旋转部位。
此外，利用绕组电阻测量装置184还可以借助于中央计算机100在转子18静止时确定各绕组114，116和118的电阻，不必取决于角度便可完成。
为测量电机10的漏磁，在台座50上还有漏磁传感器200，与漏磁记录装置202连接，以便测量转子18的漏磁。
为此，环绕旋转轴线20旋转驱动转子18，然后空运转，也就是说，在定子22不旋转绕流情况下，通过作为漏磁测量装置204的漏磁传感器200连同漏磁记录装置202，测定转子18在某一部位上漏磁的最小值和最大值。
由漏磁测量装置204测定的这些最小值和最大值同样输送到数据输入/输出单元106，然后为各自的电机10存储在中央计算机100内。
此外，还具有电流测量装置206，利用该装置可以记录由三相激励电路110输送给绕组112，114，116的电流并输送给中央计算机100。
参考符号表10电机11底板12轴14轴承16轴承18转子20旋转轴线22定子24极靴26绕组28导电杆30永久磁铁32外壳表面34凸缘表面36平面38上面40测量装置42电机底座44滑座46滑座导轨48方向50台座52进给传动装置60第一传感器进给单元62第一传感器滑座64第一滑座导轨66第一方向67第一平面68第一进给传动装置
70第一跳动传感器72第一传感器表面80第二传感器进给单元82第二传感器滑座84第二滑座导轨86第二方向87第二平面88进给传动装置90第二跳动传感器92第二传感器表面100 中央计算机，测量值记录装置102 处理器104 存储器106 数据输入/输出单元108 转速控制110 三相激励电路112 第一转换单元114 绕组116 绕组118 绕组120 星形汇接点122 外接线124 外接线126 外接线132 电流接线头134 电流接线头136 电流接线头138 输出端140 扫描电路142PLL电路
144PLL 电路150第一传感器放大器152第一变量式放大器154转换级156末级放大器158第一跳动测量装置160第二传感器放大器162第二变量式放大器164第二转换级166第二末级放大器168第二跳动测量装置170控制级172控制级174第二转换单元176第三转换单元180电压感应测量装置182电感测量装置184绕组电阻测量装置190步进式电机192传动轴194连接件196控制级200漏磁传感器202漏磁测量装置204漏磁测量装置206电流测量装置S1 第一位置S2 第二位置RS 径向跳动AS 轴向跳动
U电压anAT距离信号A输出信号NU过零点UD旋转T触发信号TZ触发时间点M测量值MM平均值B带宽SV跳动变化SVM平均变化RRS可反复的跳动NRRS不可反复的跳动RAS可反复的轴向跳动NRAS不可反复的轴向跳动HA谐波AF谐波的振幅UI感应电压AI振幅N过零点tM测量时间间隔UI`感应电压AI`振幅N`过零点
权利要求
1.电机(10)特别是主轴电机的测量装置，包括电机底座(42)，所要检测的电机(10)在底座里定位在定子侧上以便测量，以及具有至少第一跳动传感器(70)的第一跳动测量装置(158)，利用该装置可记录保持在电机底座(42)内的电机(10)的转子(18)沿第一方向(66)的跳动(RS)，其特征在于，设置有具有至少第二跳动传感器(90)的第二跳动测量装置(168)，利用该装置可以与第一方向(66)上的跳动(RS)同时测量转子(18)的沿与第一方向(66)垂直分布的第二方向(86)的跳动(AS)。
2.按权利要求1所述的测量装置，其特征在于，第一跳动传感器(70)和第二跳动传感器(90)为无接触式传感器。
3.按权利要求2所述的测量装置，其特征在于，第一跳动传感器(70)和第二跳动传感器(90)为电容式传感器。
4.按权利要求3所述的测量装置，其特征在于，第一跳动传感器(70)的载频和第二跳动传感器(90)的载频具有相移地工作。
5.按权利要求4所述的测量装置，其特征在于，第一跳动传感器(70)的载频和第二跳动传感器(90)的载频几乎反相工作。
6.按前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，第一跳动传感器(70)保持在第一传感器进给单元(60)上，利用该单元可在第一方向(66)上向转子(18)进给。
7.按权利要求6所述的测量装置，其特征在于，设置有用于控制第一传感器进给单元(60)的控制装置(158，100)，它将第一跳动传感器(70)在将传感器向转子(18)进给时作为距离传感器使用。
8.按权利要求7所述的测量装置，其特征在于，控制装置(158，100)将第一跳动传感器(70)在转子(18)旋转时进给。
9.按前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，第二跳动传感器(90)保持在第二传感器进给单元(80)上，利用该单元可在第二方向(86)上向转子(18)进给。
10.按权利要求8所述的测量装置，其特征在于，设置有用于控制第二传感器进给单元(80)的第二控制装置(100，168)，它将第二跳动传感器(90)在将传感器向转子(18)进给时作为距离传感器使用。
11.按权利要求10所述的测量装置，其特征在于，控制装置将第二跳动传感器(90)在转子(18)旋转时进给。
12.按权利要求1的前序部分或前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，各自的跳动测量装置(158，168)在从转子(18)大量旋转(UD)的每次旋转(UD)时，各自在转子(18)的同一旋转部位上确定跳动(RS，AS)与每个旋转部位对应的测量值(M)。
13.按权利要求12所述的测量装置，其特征在于，各旋转部位的测定通过由各自的跳动测量装置(158，168)进行跳动测量的触发信号(T)与转子(18)的旋转运动同步进行。
14.按权利要求13所述的测量装置，其特征在于，各自跳动测量装置(158，168)的跳动测量与转子(18)的旋转运动无标记同步进行。
15.按权利要求14所述的测量装置，其特征在于，跳动测量与转子(18)旋转运动的同步通过借助于电压扫描电路(140)记录电机(10)电接线(122，124，126)上电压(U)随时间的变化进行。
16.按权利要求15所述的测量装置，其特征在于，电压扫描电路(140)记录电机(10)电接线(122，124，126)之一上的电压(U)过零点(NU)。
17.按权利要求16所述的测量装置，其特征在于，电压扫描电路(140)在记录过零点(NU1)后，记录与电机(10)的极数相应的和显示后续旋转开始的过零点(NU7)。
18.按权利要求18所述的测量装置，其特征在于，从记录的各自显示新旋转的过零点(NU1，NU7)中恒相发出相应的触发信号(T)，通过该信号将转子(18)的每次旋转分成确定数量的旋转部位，在这些位置中记录各自跳动传感器(70，90)的测量值(M)。
19.按权利要求12-18之一所述的测量装置，其特征在于，具有测量值记录装置(100)，它测定由各自跳动传感器(70，90)测量到的每个旋转部位的测量值(M)。
20.按权利要求19所述的测量装置，其特征在于，测量值记录装置(100)从各自跳动传感器(70，90)的与每个旋转部位对应的测量值(M)中构成平均值。
21.按权利要求20所述的测量装置，其特征在于，测量值记录装置(100)确定转子(18)旋转所有旋转部位平均值(MM)之间的最大差值。
22.按权利要求20或21所述的测量装置，其特征在于，测量值记录装置(100)在每个旋转部位上确定测量值(M)与平均值(MM)的最大偏差。
23.按权利要求22所述的测量装置，其特征在于，测量值记录装置(100)确定在转子(18)旋转(UD)的所有旋转部位上测定的最大偏差之间的最大差值。
24.按前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，跳动(RS，AS)取决于时间测定的测量值(M)通过计算机(100)进行傅里叶变换，并对从中产生的频谱进行分析。
25.按权利要求24所述的测量装置，其特征在于，频谱分析在所有转速谐波的频率方面进行。
26.按权利要求1的前序部分或前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，测量装置具有电压感应测量装置(180)，测量转子(18)空运转时电机(10)不绕流绕组(114，116，118)内感应的电压(UI)。
27.按权利要求26所述的测量装置，其特征在于，电压感应测量装置(180)通过转换单元(174)与绕组(114；116，168)连接，转换单元(174)这样连接，使断开电机(10)的绕流后可以直接测量感应电压(UI)。
28.按权利要求27所述的测量装置，其特征在于，测量装置借助于计算机(100)测定受转子(18)转速降低影响的振幅最大值(AI)和感应电压(UI)的过零点(N)，并与该参数配合感应电压的理论变化，利用该配合的理论变化测定感应电压的振幅值(AI`)和转子(18)无制动旋转的过零点(N`)。
29.按权利要求28所述的测量装置，其特征在于，计算机(100)借助于与感应电压(UI)振幅最大值(AI)配合的包络线(H)记录感应电压(UI)振幅时间上的变化。
30.按前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，测量装置具有电感测量装置(182)和驱动转子(18)的外部步进式电机(190)，利用步进式电机(190)转子(18)可在各个旋转部位上旋转，电感测量装置(182)可与电机(10)的绕组接线(122，124，126)连接，从而可以在每个旋转部位上记录电机(10)绕组(114，116，118)的电感测量值。
31.按前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，测量装置具有包括漏磁传感器(200)的漏磁测量装置(204)，漏磁传感器(200)在转子无绕流惰性运转的测量位置上，测量转子(18)可确定部位上漏磁的最小值和最大值。
32.按前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，测量装置包括绕组电阻测量装置(184)，测量静止电机(10)的绕组(114，116，118)电阻。
33.电机(10)特别是主轴电机的测量方法，其中，所要检测的电机(10)在电机底座(42)内定位在定子侧上以便测量，利用具有第一跳动传感器(70)的第一跳动测量装置(158)记录电机(10)转子(18)第一方向(66)上的跳动(RS)，其特征在于，利用具有第二跳动传感器(90)的第二跳动测量装置(168)，在记录第一方向(66)上的跳动(RS)的同时记录转子(18)在与第一方向(66)垂直分布的第二方向(86)上的跳动(AS)。
34.按权利要求33所述的测量方法，其特征在于，第一跳动传感器(70)和第二跳动传感器(90)具有相移地工作。
35.按权利要求34所述的测量方法，其特征在于，第一跳动传感器(70)和第二跳动传感器(90)几乎反相工作。
36.按权利要求33-35之一所述的测量方法，其特征在于，第一跳动传感器(70)在将传感器向转子(18)进给时作为距离传感器使用。
37.按权利要求33-36之一所述的测量方法，其特征在于，第二跳动传感器(90)在将传感器向转子(18)进给时作为距离传感器使用。
38.按权利要求33前序部分或权利要求33-37之一所述的测量方法，其特征在于，在转子(18)大量旋转(UD)的每次旋转(UD)中，各自在转子(18)的同一旋转部位上确定跳动(RS，AS)与每个旋转部位对应的测量值(M)。
39.按权利要求38所述的测量方法，其特征在于，各旋转部位的测定通过进行跳动测量的触发信号(T)与转子(18)的旋转运动同步进行。
40.按权利要求39所述的测量方法，其特征在于，跳动测量与转子(18)的旋转运动无标记同步进行。
41.按权利要求40所述的测量方法，其特征在于，跳动测量与转子(18)旋转运动的同步通过记录电机(10)电接线(122，124，126)上电压(U)随时间的变化进行。
42.按权利要求41所述的测量方法，其特征在于，为同步记录电机(10)电接线(122，124，126)之一上的电压(U)过零点(NU)。
43.按权利要求42所述的测量方法，其特征在于，在记录过零点(NU1)后，记录与电机(10)的极数相应的和显示后续旋转开始的过零点(NU7)。
44.按权利要求43所述的测量方法，其特征在于，从记录的各自显示新旋转的过零点(NU1，NU7)中恒相发出相应的触发信号(T)，利用该信号将转子(18)的每次旋转分成确定数量的旋转部位，在这些位置中记录各自跳动传感器(70，90)的测量值(M)。
45.按权利要求44所述的测量方法，其特征在于，从各自跳动传感器(70，90)的与每个旋转部位对应的测量值(M)中构成平均值(MM)。
46.按权利要求45所述的测量方法，其特征在于，确定转子(18)旋转所有旋转部位平均值(MM)之间的最大差值。
47.按权利要求46所述的测量方法，其特征在于，在每个旋转部位上确定测量值(M)与平均值(MM)的最大偏差。
48.按权利要求47所述的测量方法，其特征在于，确定在转子(18)旋转(UD)的所有旋转部位上测定的最大偏差之间的最大差值。
49.按权利要求33-48之一所述的测量方法，其特征在于，跳动(RS，AS)取决于时间测定的测量值(M)通过计算机(100)进行傅里叶变换，并对从中产生的频谱进行分析。
50.按权利要求49所述的测量方法，其特征在于，频谱分析在所有转速谐波的频率方面进行。
51.按权利要求33的前序部分或权利要求33-51之一所述的测量方法，其特征在于，测量转子(18)空运转时电机(10)不绕流绕组(114，116，118)内感应的电压(UI)。
52.按权利要求51所述的测量方法，其特征在于，测定受转子(18)转速降低影响的振幅最大值(AI)和感应电压(UI)的过零点(N)，并与该参数配合感应电压的理论变化，利用该配合的理论变化测定感应电压的振幅值(AI`)和转子(18)未制动旋转的过零点(N`)。
53.按权利要求52所述的测量方法，其特征在于，借助于与感应电压(UI)振幅最大值(AI)配合的包络线(H)记录感应电压(UI)振幅时间上的变化。
54.按权利要求33-53之一所述的测量方法，其特征在于，在转子(18)的每个旋转部位上记录电机(10)绕组(114，116，118)的电感测量值。
55.按权利要求33-54之一所述的测量方法，其特征在于，在转子(18)无绕流惰性运转的测量位置上，测量转子(18)可确定部位上漏磁的最小值和最大值。
56.按权利要求33-55之一所述的测量方法，其特征在于，测量静止电机(10)的绕组(114，116，118)电阻。
57.按权利要求33-56之一所述的测量方法，其特征在于，测量电机(10)运转时输送到绕组(114，116，118)的电流。
全文摘要
电机特别是主轴电机的测量装置，包括电机底座，所要检测的电机在底座里定位在定子侧上以便测量，以及具有至少第一跳动传感器的第一跳动测量装置，利用该装置可记录保持在电机底座内电机转子第一方向上的跳动，可以尽可能有效地测量电机的各个参数，为此提出,具有至少第二跳动传感器的第二跳动测量装置，利用该装置可以与第一方向上的跳动同时测量转子的在与第一方向垂直分布的第二方向上的跳动。
文档编号G01M1/22GK1517666SQ20041000244
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月20日
发明者胡贝特·豪泽, 胡贝特 豪泽, 魏斯, 格哈德·魏斯, 吉多·施密德, 施密德 申请人:美蓓亚株式会社