CN103185861A - 车用微电机热保护装置的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于对车用微电机的热保护装置进行测试的系统，该系统包括：开关装置，其被配置为与所述电机和所述热保护装置串联形成测试回路；作用在所述电机上的转矩调节机构；温度感测装置，其被用于分别测量所述电机和所述热保护装置的温度；电流感测装置，其被用于测量所述测试回路的电流；数据采集装置，其被用于同步采集多路信号；以及控制装置，其被用于通过设置所述开关装置来控制所述测试回路的状态以及通过设置所述转矩调节机构来控制所述电机的转矩；其中所述温度感测装置和所述电流感测装置均与所述数据采集装置耦合，并且所述数据采集装置被配置为同步采集所述温度感测装置和所述电流感测装置的输出以及所述热保护装置输出端的电压。

Description

车用微电机热保护装置的测试系统

技术领域

本发明涉及车用微电机领域，具体地涉及车用微电机热保护装置的测试系统。

背景技术

近年来，电子化信息技术给人类社会带来了一场规模浩大、影响深远的科技革命，而人们对汽车性能越来越高的追求也促进了汽车微电机产品的高速多样化发展。在汽车安全、节能、环保、舒适等方面，微电机扮演着越来越重要的角色。现在汽车工业大量采用的新设备，如空调装置、音频设备、新型电动刮水器、电动摇窗机、ABS系统、自动调节座椅、自动门锁、电动反光镜、防盗装置、动力无线及速度控制装置等都需要汽车微电机的支撑。微电机已经成为汽车上的关键零部件，随着配置的微电机增多，汽车采用电机驱动控制代替机械控制的部位也越多，由此汽车的电控自动化程度也越高，驾驶者操控汽车就更方便。

以汽车座椅为例，在其中一般至少设置三个以上直流电动机，它们受控制器控制并分别驱动某个调整方向的传动部件。为了使乘坐者可以根据自身情况调节得到最适宜的位置，通常还会布置有更加复杂的电机系统，其中可以包括高度调节电机、前高度调节电机、后高度调节电机、靠背调节电机、纵向调节电机、腰垫调节电机、头枕调节电机、腿托调节电机、肩部调节电机等等。

然而，目前所采用的大部分电机在运行过程中都会因绕组温度过高而影响其绝缘性能，为此要求设置热保护装置以及时给予跳闸保护。电机的热保护装置可以集成在电机内部，例如直接埋入电动机绕组中，或者被设置成外围保护电路的一部分。常用的热保护器例如包括双金属片以及PTC（Positive Temperature Coefficient）元件。无论采用哪种结构或部件，热保护装置都应该能够响应电机的电流或温度来自动断开电路以防止电机过热。

一般地，在车用微电机投入使用之前都需要进行包括耐久测试在内的各种测试。除了电机本身的性能之外，其热保护装置的特性参数、使用寿命及可靠性也是人们所关心的，所采用的热保护装置的性能将大大影响电机的使用安全和整车的质量。目前，对用于各种车用微电机（例如上文所提到的座椅调节电机）的热保护装置还没有完善可靠的测试系统，存在例如自动化控制程度低、电流和温度等各种相关信号无法精确同步、测试功能单一等问题。

因而，对于能够进行全方位测试、可靠易行、具有高度灵活性的车用微电机热保护装置测试系统有很大的需求。

发明内容

本发明的目的是提供用于车用微电机热保护装置的、完善可靠并且易于使用的测试系统，以对所述热保护装置的性能参数及寿命进行准确的测量和评价，从而保证车用微电机的使用安全以及整车质量。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于对车用微电机的热保护装置进行测试的系统，所述系统包括：开关装置，其被配置为与所述电机和所述热保护装置串联形成测试回路；作用在所述电机上的转矩调节机构；温度感测装置，其被用于分别测量所述电机和所述热保护装置的温度；电流感测装置，其被用于测量所述测试回路的电流；数据采集装置，其被用于同步采集多路信号；以及控制装置，其被用于通过设置所述开关装置来控制所述测试回路的状态以及通过设置所述转矩调节机构来控制所述电机的转矩；其中所述温度感测装置和所述电流感测装置均与所述数据采集装置耦合，并且所述数据采集装置被配置为同步采集所述温度感测装置和所述电流感测装置的输出以及所述热保护装置输出端的电压。

优选地，所述温度感测装置包括与所述电机耦合的第一温度感测装置以及与所述热保护装置耦合的第二温度感测装置。

优选地，所述第一和第二温度感测装置为热电偶。

优选地，所述开关装置由固态继电器构成。

优选地，所述数据采集装置还被配置为同步采集所述固态继电器的信号电压。

在本发明的一些实施例中，所述电流感测装置为霍尔传感器。

在本发明的一些优选实施例中，所述霍尔传感器被构造为包括衬底，在所述衬底的一个表面上形成有霍尔传感元件和处理电路，并且在所述衬底的另一个表面上形成有铁磁层；其中所述铁磁层被分为两部分，所述两部分在相互面对的一侧的轮廓呈对称的外凸曲线的形状，所述霍尔传感元件被设置在所述外凸曲线的凸点之间的连线上。

在本发明的一些实施例中，所述电流感测装置为分流器。

优选地，所述转矩调节机构为扭力夹具，其被设置为作用在所述电机的轴芯上。

在本发明的一些实施例中，所述测试包括对所述热保护装置的断开时间、接通时间、温度漂移以及耐久性能的测试。

在本发明的一些实施例中，所述热保护装置为双金属片或者正温度系数（PTC）热敏电阻。

本发明所提供的测试系统消除了在现有技术的车用微电机热保护装置测试系统中所存在的开关抖动、灵敏度低、灵活性差、时间不同步等问题。在使用本发明的测试系统的情况下，由于加入了温度感测装置，大大方便了对于诸如PTC热敏电阻等热保护装置的温度参数及耐久特性的测试和分析。通过利用单个数据采集装置在时间上同步得到对应的温度、电压、电流等参数，可以有助于全面了解电机触发热保护装置的情况以及热保护装置的工作特点。另外，区别于以往仅在电机堵转的情况下对热保护装置进行测试，在本发明的测试系统中采用了用于调节电机扭矩的机构，从而提供符合实际工况要求的各种测试条件。由此，通过使用本发明所提供的测试系统可以对车用微电机热保护装置提供全面、可靠、灵活的性能测试。

附图说明

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

图1是根据本发明的一个实施例的测试系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性的而不是限定性的，以使本领域普通技术人员最佳地理解本发明的原理，其不一定按比例绘制。

下面将结合图1对本发明所提供的系统进行具体描述，需要指出的是在本说明书中“耦合”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形以及经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。另外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。再者，诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元或数值之用。

在图1中示出了根据本发明的一个优选实施例的、用于对车用微电机的热保护装置进行测试的系统的示意图。

一般而言，车用微电机所采用的热保护装置主要包括双金属片和正温度系数（PTC）热敏电阻。双金属片也称热双金属片，是由二种或多种具有合适性能的金属或其它材料所组成的一种复合材料。由于各组元层的热膨胀系数不同，当温度变化时，膨胀系数较高的主动层的形变要大于膨胀系数较底的被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲，从而可以把温度变化转换成机械式运动。当电机在例如堵转的情况下产生很高的温度时，双金属片的这种特性将会使得电路断开，从而起到跳闸保护的作用。

PTC热敏电阻则是一种具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定温度时，它的电阻值将随着温度的升高而阶跃性地增高。PTC热敏电阻可由高分子材料添加导电粒子制成，其基本原理是一种能量的平衡,在工作电流下，产生的热量和散发的热量达到平衡，则电流可以正常通过，而当过大电流通过时，元件所产生的大量热量不能及时散发，从而导致高分子材料温度上升。当温度达到材料结晶融化温度时，高分子材料集聚膨胀，阻断由导电粒子组成的导电通路，导致电阻迅速上升，由此限制了大电流通过，从而起到过流保护作用。不同于双金属片在温度降低时会自动恢复，PTC热敏材料通常需要断电后等待一段冷却时间，才能使电路重新接通恢复工作。

对上述热保护装置的测试主要包括断开时间、接通时间、温度漂移以及耐久性能测试。测量热保护装置的断开时间可以例如在23±5°C的温度条件下提供电源电压，使电机处于堵转状态，测量并记录电机开始堵转到电机电路断路的时间，而从该断路情况恢复到电路接通之间的时间则可以被认为是接通时间。在车用领域中，除了需要对电机进行耐久测试以外，也需要对所采用的热保护装置进行耐久测试，以确定该装置的热保护耐受性。对于热保护装置的耐久测试可以例如包括在65±2°C的温度条件以及13.5±0.2V的试验电压下，使电机处于堵转状态15小时，然后降温至18±2°C，使电机继续处于堵转状态15小时，在这个过程中记录热保护装置的工作状态参数。在长时间的使用中，热保护装置的温度特性还会发生变化，即存在温度漂移情况。例如，当经历了数百次通断之后，其断开时间大体上仍能够保持一致，然而其断开温度可能已经发生了较大的变化，这样的温度漂移也是我们所关心的。利用本发明所提供的测试系统可以对诸如双金属片或PTC的热保护装置全面可靠地执行上述测试。

如图1所示，所述系统首先包括开关装置103，这在图1中被示出为固态继电器。在实践中，开关装置103将与电机101、热保护装置102以及电源串联形成测试回路，其中电源可以采用与一般的车载电源相类似的电源。开关装置103优选地可以用固态继电器来实现，作为测试回路的控制信号源。固态继电器（Solid State Relay，缩写SSR）是具有隔离功能的无触点电子开关，在其中用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。隔离电路采用光-电耦合或高频变压器耦合（磁电耦合），从而实现控制侧与负载侧的隔离控制。与传统地用手动开关来控制测试回路的接通相比，采用固态继电器可以显著地消除开关抖动的影响。如本领域的技术人员所熟知的那样，当一般的开关，尤其是手动开关改变开合状态时，都要经历几个不稳定周期，即“接触抖动”才能进入稳态。在对热保护装置的通断反应进行测试时，对所测量的时间精度要求很高，而与原先的手动开关相比，采用类似固态继电器的开关装置将有效地消除由于开关抖动所引起的时间误差。

从图1中可以看到，开关装置103与控制装置110耦合。在实践中，可以通过控制装置110来设置开关装置103的通断时间以例如控制测试的开始和结束，或者在采用PTC热敏电阻的情况下，控制测试回路的断开以及重新接通。

如上文所提到的那样，在对电机的热保护装置进行测试时，一般需要构造电机堵转的测试环境。因而，在本发明的测试系统中也设置了起类似作用的装置，即转矩调节机构109。然而，不同于现有技术，本发明所采用的转矩调节结构109可以被用于将电机的转矩调节为各种所要求的大小，而不一定仅是堵转这一种工况。在图1所示的实施例中，该转矩调节机构用可调节的扭力夹具来实现，其被设置为直接作用在电机的轴芯上并且与控制装置110耦合。在实践中，可以通过控制装置110来设置该扭力夹具施加在电机上的作用力。由此，可以实现在不同的电流情况下测试热保护装置的工作情况，检查是否会出现异常。事实上，诸如座椅电机的车用微电机在实际使用中发生堵转的情况并不多见，更需要关注的是座椅电机的重力过大而使得电机在大转矩条件下工作的情况。采用上述转矩调节机构可以有助于提供更符合实际工况的测试。

控制装置110可以例如用诸如微处理器、可编程门阵列的器件来实现，也可以直接利用诸如PC等设备来实现。在使用中，可以根据需要通过该控制装置110来实时地对测试系统进行调节或者预先设定各种测试条件参数。

在本发明的测试系统中设置了温度感测装置(106，107)以同时监控电机及其热保护装置的温度，在图1中被示出为热电偶106和107。热电偶通常由两种不同成分的导体作为两端接入回路，当两接合点的热电偶温度不同时，就会产生热电流。当热电偶的工作端与参比端存有温差时，可通过该热电势得到所对应的温度值。在目前所采用的测试系统中，往往仅关注热保护装置的通断时间，而没有同时对其温度状态进行记录，忽略了温度漂移等问题的影响。通过采用诸如热电偶的温度感测装置可以有助于全面了解温度效应对热保护装置的影响。在图1中示出了采用分立的两个温度感测装置，但这只是示意性的，还可以采用集成的温度感测装置来同时测量电机及其热保护装置的温度。

在本发明的测试系统中还设置了电流感测装置104以对测试回路中的电流进行监控。在电机的热保护过程中，电流与温度应该是完全对应的两个参数，也就是说在例如堵转的情况下，电流与温度均应该大体上达到峰值。如果实际情况中这些关联参数的状态没有完全对应，则说明系统中可能存在问题隐患，需要在设计上进行调整。该电流感测装置可以例如采用分流器来实现，以尽量缩小电流感测结果与温度感测结果之间的时延。

然而，特定结构的霍尔传感器也可以具有足够的灵敏度而被用在该测试系统中。例如，该霍尔传感器可以被构造为包括衬底，在该衬底的一个表面上形成有霍尔传感元件和处理电路，并且在该衬底的另一个表面上形成有铁磁层，衬底和铁磁层被封装在同一壳体内。该铁磁层可以被分为两部分，这两部分在相互面对的一侧的轮廓呈对称的外凸曲线的形状，而霍尔传感元件则被设置在所述外凸曲线的凸点之间的连线上。该外凸曲线例如可以用方程                                               

表示，其中(x,y)为所述外凸曲线上的任一点的坐标，而a、b和c均大于0。具有类似构造的传感器也可以满足本发明的测试系统的要求。

从图1中可以看到，温度感测装置以及电压感测装置的输出端均被耦合至数据采集装置105。本发明的测试系统所采用的数据采集装置105可以提供多个数据通路，并且可以通过这些数据通路同步接收数据，由此使得通过各个感测装置所得到的结果能够在同一时间轴上对应地被呈现，从而全面完整地展示电机及其热保护装置在整个测试过程中的工作状态。除了接收外部的感测装置所提供的数据以外，数据采集装置105还可以被设置为直接提供电压通路108以采集热保护装置输出端的电压，即图1中A点的电压。在图1所示的实施例中，数据采集装置105还被设置为提供另一电压通路与固态继电器103的信号电压输入端相连以采集开关装置的信号电压。在这种设置下，例如当电机大量发热而热保护装置动作使测试回路断开时，正常情况下应测得A点电压从例如12V下降至0V，温度从正常工作温度逐步上升达到热保护电机的温度触发阈值，而电流相应地从例如正常状态下的5A逐步上升至15A的峰值并且继而在测试回路断开后下降至0V，从测试结果中可以看到这些变化在时间上的对应。

电机及其热保护装置在测试过程中的温度信息、测试电路的电压、电流及控制信息均在同一台机器上被同步采集，由此能够在同一时间轴上相互对应地被显示，从而不仅可以准确地计算热保护装置地断开时间及接通时间，而且可以清楚地看到相应的回路状态及温度效应，对电机热保护机制的设计提供了很有意义的指导。

应理解的是，在图1中示出的各个具体部件均是示意性的而非限制性的，任何等效的装置均可以替代地被使用。

以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (11)

1.一种用于对车用微电机的热保护装置进行测试的系统，其特征在于，所述系统包括：

开关装置，其被配置为与所述电机和所述热保护装置串联形成测试回路；

作用在所述电机上的转矩调节机构；

温度感测装置，其被用于分别测量所述电机和所述热保护装置的温度；

电流感测装置，其被用于测量所述测试回路的电流；

数据采集装置，其被用于同步采集多路信号；以及

控制装置，其被用于通过设置所述开关装置来控制所述测试回路的状态以及通过设置所述转矩调节机构来控制所述电机的转矩；其中

所述温度感测装置和所述电流感测装置均与所述数据采集装置耦合，并且所述数据采集装置被配置为同步采集所述温度感测装置和所述电流感测装置的输出以及所述热保护装置输出端的电压。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述温度感测装置包括与所述电机耦合的第一温度感测装置以及与所述热保护装置耦合的第二温度感测装置。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，其中所述第一和第二温度感测装置为热电偶。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述开关装置由固态继电器构成。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，其中所述数据采集装置还被配置为同步采集所述固态继电器的信号电压。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述电流感测装置为霍尔传感器。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，其中所述霍尔传感器被构造为包括衬底，在所述衬底的一个表面上形成有霍尔传感元件和处理电路，并且在所述衬底的另一个表面上形成有铁磁层；

其中所述铁磁层被分为两部分，所述两部分在相互面对的一侧的轮廓呈对称的外凸曲线的形状，所述霍尔传感元件被设置在所述外凸曲线的凸点之间的连线上。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述电流感测装置为分流器。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述转矩调节机构为扭力夹具，其被设置为作用在所述电机的轴芯上。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述测试包括对所述热保护装置的断开时间、接通时间、温度漂移以及耐久性能的测试。

11.如权利要求1-10中任意一项所述的系统，其特征在于，其中所述热保护装置为双金属片或者正温度系数（PTC）热敏电阻。

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