一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述的測(cè)量系統(tǒng)為被測(cè)電機(jī)上設(shè)置位置檢測(cè)單元，實(shí)時(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳遞給上位機(jī)；被測(cè)電機(jī)上同時(shí)設(shè)有轉(zhuǎn)矩傳感器采集轉(zhuǎn)矩信號(hào)通過(guò)示波器進(jìn)行顯示；轉(zhuǎn)矩傳感器連接位置調(diào)節(jié)與固定工裝。由于采用上述的結(jié)構(gòu)和方法，本發(fā)明在齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量過(guò)程中，排除伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)或者電機(jī)控制導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，造成齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量不準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)，特別涉及一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于永磁同步電機(jī)具有體積小、效率高、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)，目前，在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用普遍，但是在永磁同步電機(jī)中，永磁轉(zhuǎn)子的磁極與定子齒槽的相對(duì)位置不同時(shí)，主磁路的磁導(dǎo)不一樣，永磁體轉(zhuǎn)子與定子齒之間存在切向力，試圖將轉(zhuǎn)子定位在磁導(dǎo)最大的位置，這種力即為齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩在電機(jī)不通電流時(shí)，即存在，并且和電流大小沒(méi)有關(guān)系，齒槽轉(zhuǎn)矩的存在影響電機(jī)的低速輸出性能，比如轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲和振動(dòng)。
[0003]在涉及高精度運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，齒槽轉(zhuǎn)矩的抑制尤為重要。對(duì)于已經(jīng)生產(chǎn)完成或者電機(jī)本體改變不能完全解決齒槽轉(zhuǎn)矩問(wèn)題的情況，采用控制的方法抑制齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)系統(tǒng)的影響，是可行的方法。而控制實(shí)施抑制的基礎(chǔ)是齒槽轉(zhuǎn)矩的量化分析，因此，齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量尤為重要。
[0004]目前的測(cè)量方法中，主要是采用伺服電機(jī)拖動(dòng)被測(cè)電機(jī)測(cè)量，或者是由變頻器驅(qū)動(dòng)被測(cè)電機(jī)測(cè)量，這兩種測(cè)量都存在不同的缺點(diǎn)。伺服電機(jī)拖動(dòng)測(cè)量會(huì)引入伺服電機(jī)本身的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，變頻器驅(qū)動(dòng)測(cè)量也會(huì)引入驅(qū)動(dòng)本身的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，都不能精確量化被測(cè)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，根據(jù)永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理，提出一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確、連續(xù)的測(cè)量是現(xiàn)有技術(shù)需要解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理，可以達(dá)到精確、連續(xù)的測(cè)量目的。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測(cè)量系統(tǒng)為被測(cè)電機(jī)上設(shè)置位置檢測(cè)單元，實(shí)時(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳遞給上位機(jī)；被測(cè)電機(jī)上同時(shí)設(shè)有轉(zhuǎn)矩傳感器采集轉(zhuǎn)矩信號(hào)通過(guò)示波器進(jìn)行顯示；轉(zhuǎn)矩傳感器連接位置調(diào)節(jié)與固定工裝。
[0008]所述的位置調(diào)節(jié)與固定工裝包括調(diào)節(jié)桿、花鍵套、法蘭盤(pán)和端板，四者固定一體。
[0009]所述的位置調(diào)節(jié)與固定工裝通過(guò)連接轉(zhuǎn)矩傳感器來(lái)固定電機(jī)輸出軸的角度位置；轉(zhuǎn)矩傳感器和位置調(diào)節(jié)與固定工裝通過(guò)花鍵套連接固定。
[0010]所述的轉(zhuǎn)矩傳感器和電機(jī)輸出軸之間采用聯(lián)軸器連接固定。
[0011]所述的被測(cè)電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)矩傳感器的軸、花鍵套三者保證同軸。
[0012]所述的示波器含有頻率模塊和計(jì)算模塊，可以設(shè)置頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式，測(cè)試時(shí)直接計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)矩。
[0013]所述的測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)位置檢測(cè)單元檢測(cè)被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并發(fā)送至上位機(jī)顯示；通過(guò)示波器讀取轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào)；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置后讀取上位機(jī)顯示的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)矩傳感器采集到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)；在需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍內(nèi)，重復(fù)上述過(guò)程，得到齒槽轉(zhuǎn)矩和電機(jī)位置關(guān)系曲線(xiàn)，計(jì)算出被測(cè)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0014]所述的轉(zhuǎn)子位置范圍是根據(jù)被測(cè)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置范圍。
[0015]所述的被測(cè)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為T(mén)orqUe=A*F+B ;其中，F(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的頻率值;A為頻率扭矩的換算系數(shù)；B為轉(zhuǎn)矩計(jì)算偏移量；Torque為實(shí)際轉(zhuǎn)矩。
[0016]所述的測(cè)量系統(tǒng)采用的測(cè)試數(shù)據(jù)間隔為0.5電角度，即從零位置開(kāi)始，每隔0.5電角度，測(cè)試一次。
[0017]一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，由于采用上述的結(jié)構(gòu)和方法，本發(fā)明在齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量過(guò)程中，排除伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)或者電機(jī)控制導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，造成齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量不準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確測(cè)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0019]圖1為本發(fā)明一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法流程圖；
[0021]在圖1中，1、被測(cè)電機(jī)；2、位置檢測(cè)單元；3、轉(zhuǎn)矩傳感器；4、上位機(jī)；5、示波器；6、位置調(diào)節(jié)與固定工裝。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，本發(fā)明為被測(cè)電機(jī)I上設(shè)置位置檢測(cè)單元2，實(shí)時(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳遞給上位機(jī)4 ;被測(cè)電機(jī)I上同時(shí)設(shè)有轉(zhuǎn)矩傳感器3采集轉(zhuǎn)矩信號(hào)通過(guò)示波器5進(jìn)行顯示；轉(zhuǎn)矩傳感器3連接位置調(diào)節(jié)與固定工裝6。
[0023]本發(fā)明通過(guò)位置檢測(cè)單元2檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置發(fā)送至上位機(jī)4顯示，通過(guò)示波器5讀取轉(zhuǎn)矩傳感器3輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，根據(jù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置后，讀取上位機(jī)5顯示的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，讀取轉(zhuǎn)矩傳感器3采集到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，記錄轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)矩信號(hào)值。在需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍內(nèi)，重復(fù)上述過(guò)程，即可以得到齒槽轉(zhuǎn)矩和電機(jī)位置關(guān)系曲線(xiàn)。
[0024]位置調(diào)節(jié)與固定工裝6包括調(diào)節(jié)桿、花鍵套、法蘭盤(pán)和端板，四者固定一體，作用是方便連續(xù)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置，并加以固定。位置調(diào)節(jié)與固定工裝6通過(guò)連接固定轉(zhuǎn)矩傳感器3來(lái)固定電機(jī)輸出軸的角度位置,轉(zhuǎn)矩傳感器3和被測(cè)電機(jī)I輸出軸之間米用聯(lián)軸器連接固定，轉(zhuǎn)矩傳感器3和位置調(diào)節(jié)與固定工裝6通過(guò)花鍵套連接固定。被測(cè)電機(jī)I固定在端板上，轉(zhuǎn)矩傳感器3固定在支架上，法蘭盤(pán)固定在端板上。電機(jī)的輸出軸、轉(zhuǎn)矩傳感器3的軸、花鍵套三者保證同軸。
[0025]位置檢測(cè)單元2包括電機(jī)位置傳感器、位置檢測(cè)反饋電路、通訊軟件，作用是實(shí)時(shí)的將轉(zhuǎn)子位置通過(guò)CAN通訊反饋至上位機(jī)。所述位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器，固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上面，所述位置檢測(cè)反饋電路采用旋變解碼芯片及其外圍電路，所述通訊軟件基于TI DSP 320F2xxx芯片，采用CAN通訊。位置檢測(cè)反饋電路通過(guò)SPI通訊將旋變解碼芯片輸出的電機(jī)位置測(cè)試值傳輸給TI芯片，TI芯片將接收到的位置信息解析后發(fā)至CAN總線(xiàn)。所述位置檢測(cè)單元檢測(cè)反饋精度達(dá)到0.1電角度。
[0026]上位機(jī)4通過(guò)CAN通訊讀取所述位置檢測(cè)單元傳輸?shù)紺AN總線(xiàn)上面的電機(jī)位置信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示。所述上位機(jī)采用MFC界面顯示電機(jī)位置信息，顯示精度等同于所述位置檢測(cè)單元檢測(cè)反饋精度。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明的測(cè)量方法包括:
[0028]實(shí)施步驟一:位置檢測(cè)單元2上電，CAN通訊正常后，讀取上位機(jī)4顯示的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置，使用調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置到零位。使用位置固定工裝，固定轉(zhuǎn)子位置。測(cè)試時(shí)，將轉(zhuǎn)子固定到轉(zhuǎn)子零位值不一定是必須的，也可以根據(jù)齒槽轉(zhuǎn)矩的周期特性固定在其他位置，固定零位置的目的是便于數(shù)據(jù)處理，提高參考便利。
[0029]實(shí)施步驟二:從示波器5中讀取轉(zhuǎn)矩傳感器3輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的換算關(guān)系，計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)矩，記錄上位機(jī)4讀取的位置和實(shí)際轉(zhuǎn)矩。不同的轉(zhuǎn)矩傳感器3輸出信號(hào)不同，但是都有具體的公式換算。使用轉(zhuǎn)矩傳感器3輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)換算的優(yōu)點(diǎn)是避免轉(zhuǎn)矩顯示器對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的處理造成失真，測(cè)量更加準(zhǔn)確。本發(fā)明實(shí)施例采用的轉(zhuǎn)矩傳感器3輸出轉(zhuǎn)矩是頻率信號(hào)，采用的示波器5含有頻率模塊和計(jì)算模塊，可以設(shè)置頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式，因此，測(cè)試時(shí)可以直接得到實(shí)際轉(zhuǎn)矩。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)所用轉(zhuǎn)矩傳感器3的參數(shù)，實(shí)際轉(zhuǎn)矩的計(jì)算按照公式:Torque=A*F+B。其中，F(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的頻率值；A為頻率扭矩的換算系數(shù)；B為轉(zhuǎn)矩計(jì)算偏移量；Torque為實(shí)際轉(zhuǎn)矩。
[0031]實(shí)施步驟三:改變不同的轉(zhuǎn)子位置，固定后，重復(fù)第二步。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元2的位置檢測(cè)精度直接影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，本發(fā)明中采用的位置檢測(cè)精度可達(dá)0.1電角度。測(cè)試中，有兩個(gè)數(shù)據(jù)需要注意:一是測(cè)試數(shù)據(jù)位置間隔，二是測(cè)試位置范圍。測(cè)試數(shù)據(jù)位置間隔決定齒槽轉(zhuǎn)矩一位置曲線(xiàn)精確度，測(cè)試位置范圍決定測(cè)試的齒槽轉(zhuǎn)矩周期數(shù)。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度達(dá)到0.1電角度，采用的測(cè)試數(shù)據(jù)間隔為0.5電角度，即從零位置開(kāi)始，每隔0.5電角度，測(cè)試一次。
[0033]根據(jù)電機(jī)的極數(shù)和槽數(shù)計(jì)算出一個(gè)電周期中，齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù)。根據(jù)齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù)，確定預(yù)設(shè)停止測(cè)試位置。比如所測(cè)電機(jī)的一個(gè)電周期中，齒槽轉(zhuǎn)矩周期數(shù)為n，則電角度(360/n)度，即對(duì)應(yīng)一個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩周期。測(cè)試時(shí)，最少測(cè)試O至(360/n)度位置，為了減小測(cè)量誤差的影響，可以適當(dāng)測(cè)試幾個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩周期，求取平均值。
[0034]第四步，電機(jī)位置到達(dá)預(yù)設(shè)停止測(cè)試位置，停止測(cè)試。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，得到齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置曲線(xiàn)。
[0035]以上四步可以精確測(cè)出永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線(xiàn)，為控制策略上抑制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0036]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測(cè)量系統(tǒng)為被測(cè)電機(jī)(I)上設(shè)置位置檢測(cè)單元(2)，實(shí)時(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳遞給上位機(jī)(4);被測(cè)電機(jī)(I)上同時(shí)設(shè)有轉(zhuǎn)矩傳感器(3 )采集轉(zhuǎn)矩信號(hào)通過(guò)示波器(5 )進(jìn)行顯示；轉(zhuǎn)矩傳感器(3 )連接位置調(diào)節(jié)與固定工裝(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的位置調(diào)節(jié)與固定工裝(6)包括調(diào)節(jié)桿、花鍵套、法蘭盤(pán)和端板，四者固定一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的位置調(diào)節(jié)與固定工裝(6)通過(guò)連接轉(zhuǎn)矩傳感器(3)來(lái)固定被測(cè)電機(jī)(I)輸出軸的角度位置；轉(zhuǎn)矩傳感器(3 )和位置調(diào)節(jié)與固定工裝(6 )通過(guò)花鍵套連接固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)矩傳感器(3)和被測(cè)電機(jī)(I)輸出軸之間采用聯(lián)軸器連接固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的被測(cè)電機(jī)(I)的輸出軸與轉(zhuǎn)矩傳感器(3)的軸、花鍵套三者保證同軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的示波器(5)含有頻率模塊和計(jì)算模塊，可以設(shè)置頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式，測(cè)試時(shí)直接計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)矩。
7.如權(quán)I所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)采用的測(cè)量方法，其特征為測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)位置檢測(cè)單元(2 )檢測(cè)被測(cè)電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)子位置，并發(fā)送至上位機(jī)(4 )顯示；通過(guò)示波器(5)讀取轉(zhuǎn)矩傳感器(3)輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào)；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置后讀取上位機(jī)(4)顯示的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)矩傳感器(3)采集到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)；在需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍內(nèi)，重復(fù)上述過(guò)程，得到齒槽轉(zhuǎn)矩和電機(jī)位置關(guān)系曲線(xiàn)，計(jì)算出被測(cè)電機(jī)(I)的齒槽轉(zhuǎn)矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子位置范圍是根據(jù)被測(cè)電機(jī)(I)的參數(shù)計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的被測(cè)電機(jī)(I)齒槽轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為T(mén)orque=A*F+B ;其中，F(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的頻率值;A為頻率扭矩的換算系數(shù)；B為轉(zhuǎn)矩計(jì)算偏移量；Torque為實(shí)際轉(zhuǎn)矩。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測(cè)量系統(tǒng)采用的測(cè)試數(shù)據(jù)間隔為0.5電角度，即從零位置開(kāi)始，每隔0.5電角度，測(cè)試一次。
【文檔編號(hào)】G01L3/00GK103808444SQ201410052342
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】王金磊, 羅曉, 蔡交明, 王瑛, 陳立沖 申請(qǐng)人:奇瑞汽車(chē)股份有限公司