CN104697685A - 一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置及方法，属于电机转矩测试领域。以解决采用现有手工操作方法测量永磁同步电机齿槽转矩，存在操作繁琐，精度不易保证问题。静态转矩传感器通过联轴器与被测永磁同步电机转子轴连接，直流拖动电机固定在支架二上，直流拖动电机输出轴上安装有与大齿轮啮合的小齿轮，大齿轮与被测永磁同步电机转子轴间隙配合，大齿轮与被测永磁同步电机壳体固接，被测永磁同步电机壳体与定子固接。直流拖动电机以4rpm/min~6rpm/min的速度拖动被测永磁同步电机壳体旋转，对静态转矩传感器的输出值测量，记录被测结果，并经过LabVIEW软件数据处理，得到齿槽转矩值。本发明用于测量永磁同步电机齿槽转矩。

Description

一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量电机齿槽转矩的装置及方法，属于电机转矩测试领域。

背景技术

齿槽转矩(Cogging torque)，是永磁同步电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。它的产生来自于永磁体与电枢齿槽之间的切向力，使永磁同步电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩。

齿槽转矩会使永磁同步电机（以下简称电机）转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。同时使电机产生不希望的振动和噪声。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。

目前通常是参考中华人民共和国国家标准《GB/T 7345-2008 控制电机基本技术要求》中关于静摩擦力矩的测量方法测量被测电机的齿槽转矩，即使用标准的规格圆盘和试验重物测量电机的齿槽转矩。具体的说，即在转轴上安装支杆用来悬挂祛码，在定子上安装带有刻度角的圆盘，可以方便的测量转子转过的角度以及测出悬挂祛码的力臂。测量时，将加工的支杆安装在电机轴伸端，同时用水平仪调节圆盘的零刻度线水平。在砝码上绕上一定强度较轻的绳索，再将支杆转动到被测点刻度，于支杆上轻轻加挂祛码，并记录下支杆开始转动时砝码的质量。此时测得的力矩是电机的齿槽力矩和摩擦力矩合，对于样机来说不同位置的摩擦力矩变化很小，齿槽转矩根据前述分析呈周期性变化，可通过测得的转矩最大值和最小值的平均值来求出摩擦转矩。用测得的转矩减去求出的摩擦转矩即得到齿槽转矩。但是使用标准规格圆盘和试验重物测量永磁同步电机的齿槽转矩,需要用手工操作，操作较繁琐，精度不易保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置及方法，以解决采用现有手工操作方法测量永磁同步电机齿槽转矩存在操作繁琐，精度不易保证的问题。

本发明解决上述问题采取的技术方案分别是：

一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置，所述的装置包括联轴器、静态转矩传感器、直流拖动电机、小齿轮、大齿轮、支架一、支架二、支架三、轴承一、轴承二及两个轴承三；所述的静态转矩传感器固定在支架一上，静态转矩传感器通过联轴器与被测永磁同步电机的转子轴一端连接，所述的被测永磁同步电机的壳体通过轴承二与支架三连接，所述的支架二位于支架一和支架三之间，所述的直流拖动电机固定在支架二上，直流拖动电机的输出轴上安装有小齿轮，所述的小齿轮与大齿轮啮合，所述的大齿轮5套装在被测永磁同步电机的转子轴上且二者间隙配合，大齿轮通过轴承一与支架二连接，大齿轮与被测永磁同步电机的壳体固接，被测永磁同步电机的壳体与被测永磁同步电机的定子固接，被测永磁同步电机的壳体通过两个轴承三与被测永磁同步电机的转子轴连接。

一种测量永磁同步电机齿槽转矩的方法，所述的方法包括如下步骤：

第一步，启动直流拖动电机，使所述的直流拖动电机以4 rpm/min~6 rpm/min的速度拖动被测永磁同步电机的壳体旋转，由此，带动所述的被测永磁同步电机的定子同步旋转，当被测永磁同步电机的转子轴不再随被测永磁同步电机的定子旋转时，此时，静态转矩传感器所测得到的反力矩与被测永磁同步电机的齿槽力矩波动相等；

第二步，在被测永磁同步电机的定子旋转一周内，对静态转矩传感器一个圆周的电压输出值进行测量，记录被测结果，经过LabVIEW软件数据处理后，所得转矩值即是被测永磁同步电机的齿槽转矩值。 

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明的装置结构简单，容易装配，测量齿槽转矩准确性好。本发明的方法无需手工操作，而采用电动操作方式，测量误差小，测量精度高。齿槽转矩测量精度是所选静态转矩传感器额定的扭矩值与所选传感器精度值的乘积。譬如，静态转矩传感器额定扭矩值为0.37Nm。该静态转矩传感器的精度为0.2%，故齿槽转矩测量精度可达0.2%×0.37 Nm =0.74 mNm（毫牛米）。

附图说明

图1是本发明的测量永磁同步电机齿槽转矩的装置的主剖视图。

图1中涉及到的部件名称及标号分别为：

联轴器1、静态转矩传感器2、直流拖动电机3、小齿轮4、大齿轮5、支架一6、支架二7、支架三8、被测永磁同步电机9、转子轴10、轴承一11、轴承二12、直流拖动电机的输出轴13、壳体14、定子15、轴承三16。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置，所述的装置包括联轴器1、静态转矩传感器2、直流拖动电机3、小齿轮4、大齿轮5、支架一6、支架二7、支架三8、轴承一11、轴承二12及两个轴承三16；所述的静态转矩传感器2固定在支架一6上，静态转矩传感器2通过联轴器1与被测永磁同步电机9的转子轴10一端连接，所述的被测永磁同步电机9的壳体14通过轴承二12与支架三8连接，所述的支架二7位于支架一6和支架三8之间，所述的直流拖动电机3固定在支架二7上，直流拖动电机3的输出轴13上安装有小齿轮4，所述的小齿轮4与大齿轮5啮合，所述的大齿轮5套装在被测永磁同步电机9的转子轴10上且二者间隙配合，大齿轮5通过轴承一11与支架二7连接，大齿轮5与被测永磁同步电机9的壳体14固接，被测永磁同步电机9的壳体14与被测永磁同步电机9的定子15固接，被测永磁同步电机9的壳体14通过两个轴承三16与被测永磁同步电机9的转子轴10连接。

具体实施方式二：如图1所示，一种利用具体实施方式一所述的装置测量永磁同步电机齿槽转矩的方法，所述的方法包括如下步骤：

第一步，启动直流拖动电机3，使所述的直流拖动电机3以4 rpm/min~6 rpm/min的速度拖动被测永磁同步电机9的壳体14旋转，由此，带动所述的被测永磁同步电机9的定子15同步旋转，当被测永磁同步电机9的转子轴10不再随被测永磁同步电机9的定子15旋转时，此时，静态转矩传感器2所测得到的反力矩与被测永磁同步电机9的齿槽力矩波动相等；

第二步，在被测永磁同步电机9的定子15旋转一周内，对静态转矩传感器2一个圆周的电压输出值进行测量，记录被测结果，经过LabVIEW软件数据处理后，所得转矩值即是被测永磁同步电机9的齿槽转矩值。

    静态转矩传感器的选型决定了齿槽转矩的测量精度。本发明中，所采用的静态转矩传感器选用FUTEK公司的TFF425系列扭矩传感器，采用铝型材制造，内建的过载保护最大可达400 in-oz。

以上所述及图中所示的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种测量永磁同步电机齿槽转矩的装置，其特征是：所述的装置包括联轴器（1）、静态转矩传感器（2）、直流拖动电机（3）、小齿轮（4）、大齿轮（5）、支架一（6）、支架二（7）、支架三（8）、轴承一（11）、轴承二（12）及两个轴承三（16）；所述的静态转矩传感器（2）固定在支架一（6）上，静态转矩传感器（2）通过联轴器（1）与被测永磁同步电机（9）的转子轴（10）一端连接，所述的被测永磁同步电机（9）的壳体（14）通过轴承二（12）与支架三（8）连接，所述的支架二（7）位于支架一（6）和支架三（8）之间，所述的直流拖动电机（3）固定在支架二（7）上，直流拖动电机（3）的输出轴（13）上安装有小齿轮（4），所述的小齿轮（4）与大齿轮（5）啮合，所述的大齿轮（5）套装在被测永磁同步电机（9）的转子轴（10）上且二者间隙配合，大齿轮（5）通过轴承一（11）与支架二（7）连接，大齿轮（5）与被测永磁同步电机（9）的壳体（14）固接，被测永磁同步电机（9）的壳体（14）与被测永磁同步电机（9）的定子（15）固接，被测永磁同步电机（9）的壳体（14）通过两个轴承三（16）与被测永磁同步电机（9）的转子轴（10）连接。

2.一种利用权利要求1所述的装置测量永磁同步电机齿槽转矩的方法，所述的方法包括如下步骤：

第一步，启动直流拖动电机（3），使所述的直流拖动电机（3）以4 rpm/min~6 rpm/min的速度拖动被测永磁同步电机（9）的壳体（14）旋转，由此，带动所述的被测永磁同步电机（9）的定子（15）同步旋转，当被测永磁同步电机（9）的转子轴（10）不再随被测永磁同步电机（9）的定子（15）旋转时，此时，静态转矩传感器（2）所测得到的反力矩与被测永磁同步电机（9）的齿槽力矩波动相等；

第二步，在被测永磁同步电机（9）的定子（15）旋转一周内，对静态转矩传感器（2）一个圆周的电压输出值进行测量，记录被测结果，经过LabVIEW软件数据处理后，所得转矩值即是被测永磁同步电机（9）的齿槽转矩值。