CN102829910B - 一种宽电压节能型永磁电机测功系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽电压节能型永磁电机测功系统，它包括采用永磁交流电机的测功机电机、测功机控制器、可调直流稳压电源、力矩传感器、转速测量装置和计算机；测功机电机与测功机控制器电气连接，测功机控制器与可调直流稳压电源电气连接，力矩传感器与测功机电机机械连接，转速测量装置利用中心轴上的码盘以及光耦组合输出转速信号，计算机分别与测功机控制器、力矩传感器和转速测量装置电气连接；测功机控制器和可调直流稳压电源并联后，向被测电机和被测控制器供电。本发明的宽电压节能型永磁电机测功系统采用永磁交流电机代替市场流行的磁粉制动器或者磁滞制动器，并采用宽工作电压制式，跟随多种不同电压等级的被测控制器和被测电机进行测功，把消耗型测功，改进成发电型测功，可以节约大量电能。

Description

一种宽电压节能型永磁电机测功系统

技术领域

本发明涉及一种电机测功用的测试设备，特别是涉及一种采用浮动安装制动器的、针对中小功率永磁电机的宽电压节能型永磁电机测功系统，例如：用来测量电动摩托车电机、电动自行车电机、残疾车用电机的测功系统。

背景技术

根据目前的现有技术，用来测试中小功率的永磁电机测功系统，都采用如下几款比较典型的形式，例如：

申请号为94215962.4，名称为“电机输出转矩测量装置”公开的专利、

申请号为98244117.7，名称为“电机输出功率测试仪”公开的专利、

申请号为200420114065.0，名称为“一种扭矩测试装置”公开的专利。

上述这些测功装置(或者系统)的特点是，测功机和被测电机其中一方采用浮动安装，尾部加入扭矩传感器，采用消耗型制动器，把机械能转换成电磁能和热能，尾部的扭矩传感器采用“静止测量法”测量。

上述方法的缺陷是：

1、凡是采用磁粉制动器，或者磁滞制动器的测功机，其工作原理是：把被测电机输出的机械能转换成电磁能和热能消耗掉，电机功率越大，在制动器上消耗的功率也越大。

2、该装置尾部的扭矩传感器设计不尽合理。

申请号为200820142953.1，名称为“电动车电机测功机”，该测功机的制动器采用磁粉制动器，并且采用固定安装，扭矩传感器采用“旋转测量法”测量扭矩。

上述方法的缺陷是：

1、采用磁粉制动器，其工作原理同上述列举的测功机，电机功率越大，在制动器上消耗的功率也越大。

2、“旋转测量法”的扭矩传感器非常昂贵，而且需要专用转换器，把扭矩输出的脉冲信号，转换成模拟信号，结构复杂。

发明内容

本发明的目的，就是为了提供一种宽电压节能型永磁电机测功系统，以克服现有技术中存在的上述缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种宽电压节能型永磁电机测功系统，用于与被测电机及被测控制器连接，测量被测电机的特性参数及效率，包括采用永磁交流电机的测功机电机、测功机控制器、可调直流稳压电源、力矩传感器、转速测量装置和计算机；测功机控制器与测功机电机电气连接，可调直流稳压电源与测功机控制器电气连接，力矩传感器与测功机电机机械连接，转速测量装置设置在测功机电机的前端；计算机分别与力矩传感器和转速测量装置电气连接；所述的测功机控制器与可调直流稳压电源并联，共同向被测电机控制器供电；所述的采用永磁交流电机的测功机电机和测功机控制器的工作电压等级在一定范围内跟随被测电机及被测控制器的电压等级，用发电制动代替消耗制动，完成测功全过程。

所述的采用永磁交流电机的测功机电机，包括电机本体、前支架、后支架以及用于与被测电机传动相连的机械连接件，电机本体以其中心轴的中心线为基准，悬浮安装在前后支架上，机械连接件与电机本体中心轴的前端相连；所述的力矩传感器与电机本体的后端盖固定相连，力矩传感器的下端设有向下开口的U形槽，所述的后支架上固定有一销钉，该销钉插入上述U形槽内用于限制力矩传感器以及电机本体的旋转；所述的转速测量装置设置在电机本体的前端并利用电机本体中心轴上的码盘和光耦组合，输出中心轴的转速信号。

所述的测功机控制器内部由MCU计算机芯片、写入芯片的软件及外围硬件组成一个微计算机系统，该系统由输入输出部分、控制驱动部分、直流-直流变换部分、大功率晶体管组成的逆变器模块、电流电压检测元件、散热壳体组成，微计算机系统通过CAN总线与所述计算机通讯，执行所述计算机的指令，完成测功全过程，所述的测功机控制器在电路结构上设计为宽电压范围工作。

所述的力矩传感器的上部设有上下延伸的腰形孔，对应于该腰形孔的电机本体后端盖上固定有一销钉，该销钉插入上述腰形孔内用于限制力矩传感器在后端盖上的滑移，力矩传感器由上下两部分可拆卸式连接组成，上下两部分各设有一个半圆环，两个半圆环通过连接螺钉连接成一个整圆环，该整圆环紧固套装在电机后端盖上，所述力矩传感器的下部有一段均匀的矩形梁，矩形梁中部开有两个相互贯通的应变孔，沿应变孔的两侧面贴有四个电阻应变片，四个电阻应变片组成电桥，由电桥输出扭矩信号。

所述的测功机电机本体自身设有用于获得转速信号的位置传感器，提供转速信号。

所述计算机的软件设计在不同等级电压测试时，采用不同程序，分别计算，分别拟合，合并输出。

本发明永磁电机测功系统由于采用了以上技术方案，具有以下的优点和特点：

1、由于采用了宽工作电压制式，能够跟随各种被测电机和被测控制器的电压等级，例如24V、36V和48V；

2、测功机电机由于采用了永磁交流电机作为制动器，并且采用测功机控制器与可调直流稳压电源并联后，向被测控制器及被测电机供电的这一技术方案，把制动时的机械能，转换成电能，向系统发电，节约了电能，其最大节电率达60％。

3、由于力矩传感器采用四个电阻应变片采样，在力矩数据测量上具有精度高、线性度平直的优点，并且其由上下两部分可拆卸式连接组成，结构合理，给安装和维修带来了方便。

附图说明

图1是本发明永磁电机测功系统的结构原理框图；

图2是本发明中的测功机电机及其机械连接关系示意图；

图3是图2的侧视图；

图4是本发明中的力矩传感器的结构示意图；

图5是本发明永磁电机测功系统的一种软件实施方式。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。附图所示为本发明的一个较佳实施例，本发明的技术方案不限于本实施例。

参见图1，本发明一种宽电压节能型永磁电机测功系统，用于测量永磁电机的特性参数及效率，包括采用永磁交流电机的测功机电机、测功机控制器、可调直流稳压电源、力矩传感器、转速测量装置和计算机；测功机控制器与测功机电机电气连接，直流母线与测功机控制器电气连接，可调直流稳压电源与直流母线电气连接，力矩传感器与测功机电机机械连接，转速测量装置设置在电机本体的前端并利用电机本体中心轴上的码盘和底板上的光耦组合，输出测功机中心轴的转速信号。计算机分别与力矩传感器和转速测量装置电气连接。其中的测功机控制器与可调直流稳压电源并联，向被测控制器及被测电机供电；测功机电机与测功机控制器采用宽工作电压制式，跟随被测控制器与被测电机的电压等级，完成测功全过程。

参见图2、图3，本发明中的测功机电机包括电机本体1、前支架2、后支架3以及用于与被测电机4传动相连的机械连接件5，电机本体1通过其中心轴11悬浮安装在前后支架2和3上，机械连接件5与电机本体中心轴11的前端相连。力矩传感器6与电机本体的后端盖12固定相连，力矩传感器6的下端设有向下开口的U形槽61，后支架3上固定有一销钉7，该销钉7插入上述U形槽61内用于限制力矩传感器6及电机本体1的旋转并产生力矩信号。转速测量装置8设置在电机本体1的前端，利用电机本体中心轴11上的码盘，与光耦组合以测得测功机中心轴的转速信号。

配合参见图4，本发明中的力矩传感器6由上下两部分可拆卸式连接组成，上下两部分的连接端各设有一个半圆环63、64，两个半圆环63、64通过连接螺钉连接成一个整圆环，该整圆环紧固套装在电机后端盖12上。在力矩传感器6的上部设有上下延伸的腰形孔62，对应于该腰形孔的电机本体后端盖上固定有一销钉9，该销钉9插入上述腰形孔62内用于限制力矩传感器6在后端盖12上的转动滑移。

本发明中的电机本体自身还可以设置一个用于获得转速信号的位置传感器13。在此情况下，可以免除转速测量装置，通过电机本体自身的位置传感器获得转速信号。

本发明的宽电压节能型永磁电机测功系统，由力矩传感器上的四个电阻应变片组成的电桥，输出力矩参数，由转速测量装置内部的光电转换器输出转速信号。

所述的计算机的计算软件实施方式如图5所示。工作时，首先由用户输入“旋转方向选择”和“电机电压选择”，把被测电机的电压范围及运行参数确定下来。然后，对于不同电压等级的被测电机的“力矩信号”和“转速信号”，通过空载处理后，采用不同的程序分别采样、分别计算、分别拟合的措施，弥补了在跟随被测电机和被测控制器的不同电压等级时，系统产生的非线性误差，最后由计算机软件输出，通过显示屏可以得到图形以及参数表。

本发明的工作原理是，被测电机4接受被测控制器的指令，开始旋转，通过机械连接件5，带动测功机电机中心轴11旋转，测功机电机1接受测功机控制器的指令，开始对被测电机4制动，同时向系统发电。此时，测功机电机1受到一个阻力矩，该阻力矩大小，等于被测电机4输出的力矩大小，并通过后端盖12扭动力矩传感器6，力矩传感器6被销钉7限制其旋转，该阻力矩在力矩传感器6上被转换成电信号输出，该电信号经放大后，送入计算机，作为被测电机的“输出力矩”。与此同时，当测功机电机1对被测电机4进行制动时，把来自被测电机4的机械能转换成电能，从测功机控制器流出，流入被测控制器；与此同时，转速测量装置8测出测功机电机中心轴11的转速，作为“输出转速”发送到计算机。至此，被测电机的(即时)“输出功率”(“输出力矩”和“输出转速”)已经完全被计算机采纳。

根据现有技术，被测电机及被测控制器的“输入电压”和“输入电流”，由仪表中的RS485通讯接口，连接到计算机，计算机在采纳被测电机“输出功率”的同时，同时，根据“输入电压”和“输入电流”推算出“输入功率”。计算机把“输入功率”与“输出功率”一起，组成一个完整“参数组”，保存在计算机存储器中。

测试完毕后，计算机把众多参数组中的同类型参数，绘成各种参数曲线，显示在显示屏上。

例如：在测试上海某公司的36V电动自行车电机时(参照图1中的电流表1)，被测电机以及被测电机控制器，向系统吸收12A直流电流，其中，测功机控制器在最大值时(参照图1中的电流表2)，向系统提供8A直流电流，约占67％，而从电网到可调直流稳压电源提供的电流经计算可得：12A-8A＝4A，约占33％。可见与常规磁粉测功机或者磁滞测功机相比较，本发明具有明显的节电效果，最大节电率达67％。

Claims (3)

1.一种电压节能型永磁电机测功系统，用于与被测电机及被测控制器连接，测量被测电机的特性参数及效率，包括采用永磁交流电机的测功机电机、测功机控制器、可调直流稳压电源、力矩传感器、转速测量装置和计算机；测功机控制器与测功机电机电气连接，可调直流稳压电源与测功机控制器电气连接，力矩传感器与测功机电机机械连接，转速测量装置设置在测功机电机的前端；计算机分别与力矩传感器和转速测量装置电气连接；所述的测功机控制器与可调直流稳压电源并联，共同向被测电机控制器供电；所述的采用永磁交流电机的测功机电机和测功机控制器的工作电压等级在一定范围内跟随被测电机及被测控制器的电压等级，用发电制动代替消耗制动，完成测功全过程；

其特征在于：所述的采用永磁交流电机的测功机电机，包括电机本体、前支架、后支架以及用于与被测电机传动相连的机械连接件，电机本体以其中心轴的中心线为基准，悬浮安装在前后支架上，机械连接件与电机本体中心轴的前端相连；所述的力矩传感器与电机本体的后端盖固定相连，力矩传感器的下端设有向下开口的Ｕ形槽，所述的后支架上固定有一销钉，该销钉插入上述Ｕ形槽内用于限制力矩传感器以及电机本体的旋转；所述的转速测量装置设置在电机本体的前端并利用电机本体中心轴上的码盘和光耦组合，输出中心轴的转速信号。

2.根据权利要求1所述的电压节能型永磁电机测功系统，其特征在于：所述的测功机控制器内部由MCU计算机芯片、写入芯片的软件及外围硬件组成一个微计算机系统，该系统由输入输出部分、控制驱动部分、直流－直流变换部分、大功率晶体管组成的逆变器模块、电流电压检测元件、散热壳体组成，微计算机系统通过CAN总线与所述计算机通讯，执行所述计算机的指令，完成测功全过程，所述的测功机控制器在电路结构上设计为宽电压范围工作。

3.根据权利要求1所述的电压节能型永磁电机测功系统，其特征在于：所述的力矩传感器的上部设有上下延伸的腰形孔，对应于该腰形孔的电机本体后端盖上固定有一销钉，该销钉插入上述腰形孔内用于限制力矩传感器在后端盖上的滑移，力矩传感器由上下两部分可拆卸式连接组成，上下两部分各设有一个半圆环，两个半圆环通过连接螺钉连接成一个整圆环，该整圆环紧固套装在电机后端盖上，所述力矩传感器的下部有一段均匀的矩形梁，矩形梁中部开有两个相互贯通的应变孔，沿应变孔的两侧面贴有四个电阻应变片，四个电阻应变片组成电桥，由电桥输出扭矩信号。