CN102944344B - 力矩电机转矩波动系数检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

力矩电机转矩波动系数检测仪及检测方法，属于力矩电机转矩波动测量技术领域。它解决了现有力矩电机转矩波动系数检测仪在测量定子给传感器的力的过程中，由于定子本身存在重力干扰，使得检测结果不可靠的问题。检测仪包括测功机、标定组件、第一联轴器、被测力矩电机、卡盘机械手、承重轴承、第二联轴器、位置调整基座、步进电机、稳定基座、单片机和计算机；检测方法首先进行初始标定；然后调节卡盘机械手，使其将被测力矩电机的定子卡牢；给被测力矩电机加电使其产生转矩，再使其处于堵转状态；最后由步进电机带动被测力矩电机的定子旋转一周，同步采集转矩信号，输出给计算机；本发明适用于力矩电机转矩波动系数的检测。

Description

力矩电机转矩波动系数检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及一种力矩电机转矩波动系数检测仪及检测方法，属于力矩电机转矩波动测量技术领域。

背景技术

随着现代科技的进步与发展，在机械制造、自动控制、航空航天以及国防等众多领域已大量使用了力矩电机。生产科研的实践要求力矩电机具有较高的可靠、稳定性、可控性以及节能环保性，其中在运转平稳性方面要求电机转矩波动要小，所以在电机转矩波动情况的检测过程中，如何提高检测工具的实用性和可靠性是非常关键的问题。

目前，我国仍广泛应用传统的测功机对力矩电机进行性能检测，其测定方式是在规定的工作电压条件下，通过给电机施加额定力矩来测量电机的转速、电流，基于此原理，现在常用的测量波动转矩的方法一般分为直接测量法和间接测量法。直接测量法需要高分辨率的转矩传感器，在电机运行的条件下，由于电磁噪声的影响，检测信号分辨率极低；而间接测量法用电流间接计算电机的波动转矩，通过码盘的位置信息参数来重新构建电机的电磁转矩，对电机参数和机械系统参数要求较高，故不适合评价电机的转矩波动。

在检测仪器方面，生产检测一线仍然使用传统测功机，在操作上需要大量人力来进行安装拆卸以及数据的手动记录，大大限制了成本的降低。并且取点个数有限，偶然性较大，不能全面地反映电机转矩波动情况。随着力矩电机的产量的提高和产品性能要求的提高，急需一种结构科学合理、操作简单方便、可精确测量和计算并实时输出的电机转矩波动系数自动化检测仪。

近年来，虽然出现了可以固定测量一个点位的力矩波动测量仪器，但其测量的偶然性仍然很大。新近出现的检测仪器装有多个压力传感器，通过固定定子，测量定子给传感器的力再进行计算机解算而得到力矩大小。由于其测量过程中定子本身重力等干扰的存在，故其原理的合理性及检测结果的可靠性都大打折扣。迄今为止，仍然没有能够实现电机转矩的全方位自动化准确测量和实时输出的仪器。

发明内容

本发明是为了解决现有力矩电机转矩波动系数检测仪在测量定子给传感器的力的过程中，由于定子本身存在重力干扰，使得检测结果不可靠的问题，提供一种力矩电机转矩波动系数检测仪及检测方法。

本发明所述力矩电机转矩波动系数检测仪，它包括测功机，它还包括标定组件、第一联轴器、被测力矩电机、卡盘机械手、承重轴承、第二联轴器、位置调整基座、步进电机、稳定基座、单片机和计算机，

测功机固定在稳定基座上，测功机的输出轴穿过标定组件后通过第一联轴器与被测力矩电机转子的转轴连接，

步进电机的动力输出轴通过第二联轴器连接卡盘机械手的中轴，卡盘机械手用于卡牢被测力矩电机的定子，

卡盘机械手的中轴与测功机的输出轴同轴线，

卡盘机械手与第二联轴器之间的转轴上设置承重轴承，

承重轴承和步进电机固定在位置调整基座上；

位置调整基座通过双向滑槽与稳定基座滑动连接，双向滑槽的滑动方向平行于测功机的轴向；

被测力矩电机的转矩信号输出端连接测功机的采样信号输入端，测功机的采样信号输出端连接单片机的模拟信号输入端，单片机的控制信号输出端连接被测力矩电机的控制信号输入端，单片机的数字信号输出端连接计算机的数字信号输入端。

所述标定组件由标定杠杆和砝码组成，标定杠杆设置在测功机的输出轴上，并且该输出轴穿过标定杠杆的中心，砝码悬挂在标定杠杆的一端。

基于上述力矩电机转矩波动系数检测仪的检测方法，它包括以下步骤：

步骤一：采用由标定杠杆和砝码组成的标定组件对测功机进行初始标定；

步骤二：调节卡盘机械手，使其将被测力矩电机的定子卡牢；

步骤三：给被测力矩电机加电使其产生转矩，并使被测力矩电机的工作电压在不高于电机额定电压情况下连续可调；同时测功机根据被测力矩电机的当前转矩给其加相应的反向转矩，使被测力矩电机停止转动；被测力矩电机的连续峰值堵转时间不超过一分钟；

步骤四：由单片机控制步进电机带动被测力矩电机的定子旋转一周，该定子旋转方向与步骤二中被测力矩电机加电产生力矩的转动方向相反，在定子旋转一周的过程中，采用测功机同步采集被测力矩电机的转矩信号，并对该转矩信号进行滤波和放大，然后经单片机进行A/D转换处理后，输出给计算机；

步骤五：计算机对采样获得的数字信号进行计算，获得被测力矩电机转矩的最大值、最小值以及定子旋转一周在0°、90°、180°和270°四个点位的转矩值，进而获得被测力矩电机的转矩波动系数。

本发明的优点是：本发明所述检测仪结构科学合理、操作简单方便，可用于精确测量被测力矩电机的转矩信号，并实时计算输出被测力矩电机的转矩波动系数。

所述检测仪根据实际生产的需要，改进了传统检测仪，它通过测功机给被测力矩电机加反向力矩，让电机停止转动。在堵转状态下，步进电机带动的卡盘机械手抓住被测电机，在单片机的控制下实现被测电机定子旋转一周。在此过程中，完成数据的采集、滤波和放大，实现了对被测力矩电机转矩波动情况的全方位自动检测。

本发明方法可以真实地显示出被测电机定子旋转一周过程中转矩波动情况，实现了转矩全方位测量和计算结果的实时输出。人机界面良好，显示效果直观，抗干扰能力强，能真实、准确、实时地反应转矩波动情况。

本发明为提升电机制造水平和提高对其检测效率、减少人力资源成本、实现低碳环保等方面提供了自动化的仪器设备保障。

附图说明

图1为本发明的检测仪的结构示意图；

图2为图1中测功机的右视图；

图3为本发明检测方法的控制原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述力矩电机转矩波动系数检测仪，它包括测功机1，其特征在于：它还包括标定组件、第一联轴器4、被测力矩电机5、卡盘机械手6、承重轴承7、第二联轴器8、位置调整基座9、步进电机10、稳定基座11、单片机12和计算机13，

测功机1固定在稳定基座11上，测功机1的输出轴穿过标定组件后通过第一联轴器4与被测力矩电机5转子的转轴连接，

步进电机10的动力输出轴通过第二联轴器8连接卡盘机械手6的中轴，卡盘机械手6用于卡牢被测力矩电机5的定子，

卡盘机械手6的中轴与测功机1的输出轴同轴线，

卡盘机械手6与第二联轴器8之间的转轴上设置承重轴承7，

承重轴承7和步进电机10固定在位置调整基座9上；

位置调整基座9通过双向滑槽与稳定基座11滑动连接，双向滑槽的滑动方向平行于测功机1的轴向；

被测力矩电机5的转矩信号输出端连接测功机1的采样信号输入端，测功机1的采样信号输出端连接单片机12的模拟信号输入端，单片机12的控制信号输出端连接被测力矩电机5的控制信号输入端，单片机12的数字信号输出端连接计算机13的数字信号输入端。

本实施方式中，稳定基座11用于承担检测仪的整体重量，承重轴承7用于支撑机械连接件。调整基座9具有垂直双向滑槽，其固定于稳定基座11的一端，可根据被测力矩电机5的大小对调整基座9的位置进行调整。被测力矩电机5定子可通过卡盘机械手6卡牢，卡盘机械手6与联动中轴5-1相连，再与步进电机10相连。

采用单片机12作为控制核心，与计算机13进行通信。

具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述标定组件由标定杠杆2和砝码3组成，标定杠杆2设置在测功机1的输出轴上，并且该输出轴穿过标定杠杆2的中心，砝码3悬挂在标定杠杆2的一端。

测功机1作为感知测量的主体，测功机1外部中轴连接用于初始标定的标定杠杆2，通过砝码3进行初始标定。

具体实施方式三：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一或二所述力矩电机转矩波动系数检测仪的检测方法，它包括以下步骤：

步骤一：采用由标定杠杆2和砝码3组成的标定组件对测功机1进行初始标定；

步骤二：调节卡盘机械手6，使其将被测力矩电机5的定子卡牢；

步骤三：给被测力矩电机5加电使其产生转矩，并使被测力矩电机5的工作电压在不高于电机额定电压情况下连续可调；同时测功机1根据被测力矩电机5的当前转矩给其加相应的反向转矩，使被测力矩电机5停止转动；被测力矩电机5的连续峰值堵转时间不超过一分钟；

步骤四：由单片机12控制步进电机10带动被测力矩电机5的定子旋转一周，该定子旋转方向与步骤二中被测力矩电机5加电产生力矩的转动方向相反，在定子旋转一周的过程中，采用测功机1同步采集被测力矩电机5的转矩信号，并对该转矩信号进行滤波和放大，然后经单片机12进行A/D转换处理后，输出给计算机13；

步骤五：计算机13对采样获得的数字信号进行计算，获得被测力矩电机5转矩的最大值、最小值以及定子旋转一周在0°、90°、180°和270°四个点位的转矩值，进而获得被测力矩电机5的转矩波动系数。

本实施方式改进了传统的电机转矩波动系数测量方法，它给被测力矩电机5加电后电机转动产生力矩，再通过测功机1给被测力矩电机5加反向的力矩，也就是堵转转矩，让其停止转动。被测力矩电机5在堵转状态下，步进电机10带动卡盘机械手6抓住被测力矩电机5，在单片机12的控制下实现被测力矩电机5定子旋转一周。在旋转一周过程中，测功机1的传感器模块完成数据的采集、滤波和放大，再传送给单片机12进行A/D转换处理，再通过计算机13计算输出，显示旋转一周的转矩波动情况。实现了对被测力矩电机5全方位测量和计算结果的实时输出。

计算机13为一个装有特定程序的通用计算机，其主要通过接收单片机12发送来的数字量数据，经过计算得出力矩电机转矩的最大值、最小值以及0°、90°、180°、270°四个点位的转矩值和转矩波动系数，并将旋转一周的转矩在坐标系中进行描点画图，最后都在屏幕界面上显示出来。计算机13的人机界面良好，显示效果直观，抗干扰能力强，能真实、准确、实时地反应转矩波动情况。

图3所示，测功机1和被测力矩电机5均由专用的稳压源为其提供工作电源。

本发明属于精密测量仪器技术领域，可用于评价力矩电机性能的转矩波动系数。

Claims (3)

1.一种力矩电机转矩波动系数检测仪，它包括测功机（1），其特征在于：它还包括标定组件、第一联轴器（4）、被测力矩电机（5）、卡盘机械手（6）、承重轴承（7）、第二联轴器（8）、位置调整基座（9）、步进电机（10）、稳定基座（11）、单片机（12）和计算机（13），

测功机（1）固定在稳定基座（11）上，测功机（1）的输出轴穿过标定组件后通过第一联轴器（4）与被测力矩电机（5）转子的转轴连接，

步进电机（10）的动力输出轴通过第二联轴器（8）连接卡盘机械手（6）的中轴，卡盘机械手（6）用于卡牢被测力矩电机（5）的定子，

卡盘机械手（6）的中轴与测功机（1）的输出轴同轴线，

卡盘机械手（6）与第二联轴器（8）之间的转轴上设置承重轴承（7），

承重轴承（7）和步进电机（10）固定在位置调整基座（9）上；

位置调整基座（9）通过双向滑槽与稳定基座（11）滑动连接，双向滑槽的滑动方向平行于测功机（1）的轴向；

被测力矩电机（5）的转矩信号输出端连接测功机（1）的采样信号输入端，测功机（1）的采样信号输出端连接单片机（12）的模拟信号输入端，单片机（12）的控制信号输出端连接被测力矩电机（5）的控制信号输入端，单片机（12）的数字信号输出端连接计算机（13）的数字信号输入端。

2.根据权利要求1所述的力矩电机转矩波动系数检测仪，其特征在于：所述标定组件由标定杠杆（2）和砝码（3）组成，标定杠杆（2）设置在测功机（1）的输出轴上，并且该输出轴穿过标定杠杆（2）的中心，砝码（3）悬挂在标定杠杆（2）的一端。

3.一种基于权利要求1所述力矩电机转矩波动系数检测仪的检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：采用由标定杠杆（2）和砝码（3）组成的标定组件对测功机（1）进行初始标定；

步骤二：调节卡盘机械手（6），使其将被测力矩电机（5）的定子卡牢；

步骤三：给被测力矩电机（5）加电使其产生转矩，并使被测力矩电机（5）的工作电压在不高于电机额定电压情况下连续可调；同时测功机（1）根据被测力矩电机（5）的当前转矩给其加相应的反向转矩，使被测力矩电机（5）停止转动；被测力矩电机（5）的连续峰值堵转时间不超过一分钟；

步骤四：由单片机（12）控制步进电机（10）带动被测力矩电机（5）的定子旋转一周，该定子旋转方向与步骤三中被测力矩电机（5）加电产生转矩的转动方向相反，在定子旋转一周的过程中，采用测功机（1）同步采集被测力矩电机（5）的转矩信号，并对该转矩信号进行滤波和放大，然后经单片机（12）进行A/D转换处理后，输出给计算机（13）；

步骤五：计算机（13）对采样获得的数字信号进行计算，获得被测力矩电机（5）转矩的最大值、最小值以及定子旋转一周在0°、90°、180°和270°四个点位的转矩值，进而获得被测力矩电机（5）的转矩波动系数。