CN107703929B - 直流无刷电机控制器测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流无刷电机控制器测试装置，包括底板、单片机和第一示波器，底板上设有左支撑板和右支撑板，左右支撑板右侧面分别设有负载电机和被测电机；被测电机的轴与负载电机的轴传动连接；负载电机的三相连接线上连接有可调电阻结构；被测电机的三相连接线上分别安装有霍尔传感装置；霍尔传感装置包括两个接线柱，U型铜制件、磁环和霍尔传感器；各霍尔传感器分别与单片机相连接，单片机连接有计算机，计算机内置有虚拟示波器；被测电机的三相连接线和所述地线分别与第一示波器相连接。本发明能够提高被测电机的轴与负载电机的轴之间的同轴度，能调节负载电机的转矩，测试准确度较高。

Description

直流无刷电机控制器测试装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机控制器测试装置。

背景技术

直流无刷电机（以下简称BLDC）。BLDC被广泛地应用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表等领域。 顾名思义，BLDC不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器，因而BLDC相比有刷电机有许多优点。

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在十九世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。上世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。

与有刷直流电机不同，现有的直流无刷电机使用电子方式换向。要使BLDC转起来，必须要按照一定的顺序给定子通电，那么我们就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电。定子的位置是由嵌入到定子的霍尔传感器感知的。通常会安排3个霍尔传感器在转子的旋转路径周围。无论何时，只要转子的磁极掠过霍尔元件时，根据转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高或低电平，这样只要根据3个霍尔元件产生的电平的时序就可以判断当前转子的位置，并相应地对定子绕组进行通电。

不同的电机，由于额定功率、额定电压、负载等因素的不同需要匹配适当的控制器，控制器通常是由一个CPU芯片配合驱动放大电路实现的，驱动电路需要结合电机的电感、内阻、位置传感器等因素进行设计。控制器的匹配是否合理直接影响电机的性能。目前，缺少一种准确度高、结构简单的直流无刷电机控制器测试装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用负载电机进行测试、准确度高的直流无刷电机控制器测试装置。

为实现上述目的，本发明的直流无刷电机控制器测试装置包括底板、单片机和第一示波器，底板上设有左支撑板和右支撑板，左支撑板与右支撑板相对间隔设置；左支撑板左侧面设有被测电机，右支撑板右侧面设有负载电机，被测电机连接有被测控制器；被测电机的轴向右伸出左支撑板，负载电机的轴向左侧出右支撑板；被测电机的轴与负载电机的轴通过联轴器同轴传动连接；

负载电机的三相连接线上连接有可调电阻结构；

被测电机的三相连接线包括测试U相线、测试V相线和测试W相线；测试U相线、测试V相线和测试W相线分别与被测控制器相连接，测试U相线、测试V相线和测试W相线上分别安装有霍尔传感装置；

霍尔传感装置包括用于串联连接在被测电机的三相连接线上的两个接线柱，两个接线柱之间的导线上设有U型铜制件，U型铜制件包括底线以及连接在底线两端并垂直于底线的两条竖线；U型铜制件的一条竖线上套设有磁环，磁环具有开口，磁环的开口处装有用于采集电流大小的霍尔传感器；各霍尔传感器分别与单片机相连接，单片机连接有计算机，计算机内置有虚拟示波器；

被测控制器通过地线和24伏线路连接有直流电源，地线上设有一套霍尔传感装置，该套霍尔传感装置通过其两个接线柱串联连接在地线上；

测试U相线、测试V相线、测试W相线和所述地线分别通过线路与第一示波器相连接。

被测电机上设有用于采集电机转子位置信号的位置传感器，位置传感器与被测控制器相连接。

所述负载电机的三相连接线包括负载U相线、负载V相线和负载W相线；所述可调电阻结构包括左连接架和右连接架，左连接架与右连接架之间连接有三条电阻条，三条电阻条平行间隔设置；三条电阻条上滑动连接有导电滑块，导电滑块作为星型连接的中心点，三条电阻条的一端分别连接负载U相线、负载V相线或负载W相线。

所述左支撑板和右支撑板均为L型板，L型板包括竖板和连接在竖板底端的水平板；左支撑板和右支撑板的水平板分别通过螺栓与底板相连接；左支撑板的水平板的中部与底板之间设有竖向微调结构，右支撑板的水平板与底板之间设有水平微调结构；

竖向微调结构包括竖向调整螺杆，竖向调整螺杆与底板螺纹连接；竖向调整螺杆的顶面中部向上连接有传力杆，传力杆向上穿过左支撑板的水平板并与左支撑板的水平板滑动配合；传力杆顶端设有用于承受扭矩的受力头，受力头的水平截面呈多边形；

水平微调结构包括固定在底板右端的支撑螺母，支撑螺母螺纹连接有水平调整螺杆，水平调整螺杆一端正对右支撑板的水平板的右端，水平调整螺杆的另一端设有用于承受扭矩的大头端。

本发明具有如下的优点：

本发明利用负载电机进行测试，测试过程中可以利用负载电机进行发电，从而减少能量浪费。当被测电机的三相连接线上有电流通过时，磁场中的霍尔传感器就会采集出电流大小，采集到的电流通过电压值的形式发送给21单片机，单片机将信号处理后，电流的波形通过18计算机上的虚拟示波器显示出来。电压信号电压值一般较高，通过虚拟示波器需要额外增加转换电路，从而降低测试的准确度。本发明通过霍尔传感装置，将霍尔传感器采用的信号（该信号较弱，无须增加转换电路）直接通过虚拟示波器显示，因而提高了测试的准确度。

沿三条电阻条滑动导电滑块，可以改变电路中的电阻值，从而调节负载电机的转矩（负载）大小。需要增大负载时，将电阻调大，需要减小负载时，将电阻调小，这使得本发明具有很强的适应性，可以根据被测电机的不同而调节负载电机的转矩大小。

竖向微调结构和水平微调结构的设置，方便对左支撑板和右支撑板进行微调，能够提高被测电机的轴与负载电机的轴之间的同轴度，保障测试工作准确并顺利地进行。

圆形杆不容易承受扭矩，受力头的水平截面呈多边形，从而便于外力在受力头上施加扭矩，带动竖向调整螺杆旋转，从而使竖向调整螺杆上升或下降，进而微调左支撑板的竖向高度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是可调电阻结构的结构示意图；

图3是底板、左支撑板和右支撑板组装状态下的俯视示意图；

图4是本发明的电路原理图；

图5是霍尔传感装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的直流无刷电机控制器测试装置包括底板1、单片机2和第一示波器3，底板1上设有左支撑板4和右支撑板5，左支撑板4与右支撑板5相对间隔设置；左支撑板4左侧面设有被测电机6，右支撑板5右侧面设有负载电机7，被测电机6连接有被测控制器8；被测电机6的轴向右伸出左支撑板4，负载电机7的轴向左侧出右支撑板5；被测电机6的轴与负载电机7的轴通过联轴器9同轴传动连接；

负载电机7的三相连接线上连接有可调电阻结构；被测电机的三相连接线包括测试U相线10、测试V相线11和测试W相线12；测试U相线10、测试V相线11和测试W相线12分别与被测控制器8相连接，测试U相线10、测试V相线11和测试W相线12上分别安装有霍尔传感装置；

霍尔传感装置包括用于串联连接在被测电机6的三相连接线上的两个接线柱14，两个接线柱14之间的导线37上设有U型铜制件15（优选采用U型的铜丝），U型铜制件15包括底线以及连接在底线两端并垂直于底线的两条竖线；U型铜制件15的一条竖线上套设有磁环16，磁环16具有开口，磁环16的开口处装有用于采集电流大小的霍尔传感器17；接线柱14固定在电路板上。各霍尔传感器17分别与单片机2相连接，单片机2连接有计算机18，计算机18内置有虚拟示波器；单片机2优选采用52单片机。

被测控制器8通过地线19和24伏线路20连接有直流电源21，地线19上设有一套霍尔传感装置，该套霍尔传感装置通过其两个接线柱14串联连接在地线19上；

测试U相线10、测试V相线11、测试W相线12和所述地线19分别通过线路与第一示波器3相连接。

被测电机6上设有用于采集电机转子位置信号的位置传感器22，位置传感器22与被测控制器8相连接；

所述负载电机7的三相连接线包括负载U相线23、负载V相线24和负载W相线25；所述可调电阻结构包括左连接架26和右连接架27，左连接架26与右连接架27之间连接有三条电阻条28，三条电阻条28平行间隔设置；三条电阻条28上滑动连接有导电滑块29，导电滑块29作为星型连接的中心点，三条电阻条28的一端分别连接负载U相线23、负载V相线24或负载W相线25。

沿三条电阻条28滑动导电滑块29，可以改变电路中的电阻值，从而调节负载电机7的转矩（负载）大小。需要增大负载时，将电阻调大，需要减小负载时，将电阻调小。

所述左支撑板4和右支撑板5均为L型板，L型板包括竖板和连接在竖板底端的水平板；左支撑板4和右支撑板5的水平板分别通过螺栓30与底板1相连接；左支撑板4的水平板的中部与底板1之间设有竖向微调结构，右支撑板5的水平板与底板1之间设有水平微调结构；

竖向微调结构包括竖向调整螺杆31，竖向调整螺杆31与底板1螺纹连接；竖向调整螺杆31的顶面中部向上连接有传力杆32，传力杆32向上穿过左支撑板4的水平板并与左支撑板4的水平板滑动配合；传力杆32顶端设有用于承受扭矩的受力头33，受力头33的水平截面呈多边形；

水平微调结构包括固定在底板1右端的支撑螺母34，支撑螺母34螺纹连接有水平调整螺杆35，水平调整螺杆35一端正对右支撑板5的水平板的右端并与右支撑板5的水平板的右端相压接，水平调整螺杆35的另一端设有用于承受扭矩的大头端36。

圆形杆不容易承受扭矩，受力头33的水平截面呈多边形，从而便于外力在受力头33上施加扭矩，带动竖向调整螺杆31旋转，从而使竖向调整螺杆31上升或下降，进而微调左支撑板4的竖向高度。

使用时，启动被测电机6，被测电机6通过联轴器9带动负载电机7转动，负载电机7处于发电状态；沿三条电阻条28滑动导电滑块29，可以改变电路中的电阻值，从而调节负载电机7的转矩（负载）大小。需要增大负载时，将电阻调大，需要减小负载时，将电阻调小。如果被测电机6的轴与负载电机7的轴的同轴度不够精确，可以通过竖向微调结构和水平微调结构对左支撑板4与右支撑板5进行微调，提高被测电机6的轴与负载电机7的轴之间的同轴度。

进行竖向微调时，先调松左支撑板4的水平板与底板1之间的螺栓30，然后通过受力头33旋转竖向调整螺杆31，从而微调竖向调整螺杆31的高度，（竖向调整螺杆31向上凸出底板1时，将右支撑板5的水平板顶高）进而微调左支撑板4的高度。

进行水平微调时，先调松右支撑板5的水平板与底板1之间的螺栓30，然后通过水平调整螺杆35的大头端36转动水平调整螺杆35，使水平调整螺杆35进一步顶紧右支撑板5或放松右支撑板5，从而微调右支撑板5在左右方向上的位置。

对左支撑板4和右支撑板5进行微调后，能够提高被测电机6的轴与负载电机7的轴之间的同轴度。

测试时，各霍尔传感器17采集的信号通过单片机2传递给计算机18，计算机18的虚拟示波器分析电流值；测试U相线10、测试V相线11和测试W相线12与第一示波器3相连接，第一示波器3显示被测电机的三相连接线的相线波形。通过虚拟示波器和第一示波器3（相线波形）分析判断控制器工作状况的好坏。本发明中能够同时显示出各相线的波形，便于观察各个相线波形的相位关系。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.直流无刷电机控制器测试装置，其特征在于：包括底板、单片机和第一示波器，底板上设有左支撑板和右支撑板，左支撑板与右支撑板相对间隔设置；左支撑板左侧面设有被测电机，右支撑板右侧面设有负载电机，被测电机连接有被测控制器；被测电机的轴向右伸出左支撑板，负载电机的轴向左侧出右支撑板；被测电机的轴与负载电机的轴通过联轴器同轴传动连接；

负载电机的三相连接线上连接有可调电阻结构；所述负载电机的三相连接线包括负载U相线、负载V相线和负载W相线；所述可调电阻结构包括左连接架和右连接架，左连接架与右连接架之间连接有三条电阻条，三条电阻条平行间隔设置；三条电阻条上滑动连接有导电滑块；

被测电机的三相连接线包括测试U相线、测试V相线和测试W相线；测试U相线、测试V相线和测试W相线分别与被测控制器相连接，测试U相线、测试V相线和测试W相线上分别安装有霍尔传感装置；

霍尔传感装置包括用于串联连接在被测电机的三相连接线上的两个接线柱，两个接线柱之间的导线上设有U型铜制件，U型铜制件包括底线以及连接在底线两端并垂直于底线的两条竖线；U型铜制件的一条竖线上套设有磁环，磁环具有开口，磁环的开口处装有用于采集电流大小的霍尔传感器；各霍尔传感器分别与单片机相连接，单片机连接有计算机，计算机内置有虚拟示波器；

被测控制器通过地线和24伏线路连接有直流电源，地线上设有一套霍尔传感装置，该套霍尔传感装置通过其两个接线柱串联连接在地线上；

测试U相线、测试V相线、测试W相线和所述地线分别通过线路与第一示波器相连接；

被测电机上设有用于采集电机转子位置信号的位置传感器，位置传感器与被测控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制器测试装置，其特征在于：所述左支撑板和右支撑板均为L型板，L型板包括竖板和连接在竖板底端的水平板；左支撑板和右支撑板的水平板分别通过螺栓与底板相连接；左支撑板的水平板的中部与底板之间设有竖向微调结构，右支撑板的水平板与底板之间设有水平微调结构；

竖向微调结构包括竖向调整螺杆，竖向调整螺杆与底板螺纹连接；竖向调整螺杆的顶面中部向上连接有传力杆，传力杆向上穿过左支撑板的水平板并与左支撑板的水平板滑动配合；传力杆顶端设有用于承受扭矩的受力头，受力头的水平截面呈多边形；

水平微调结构包括固定在底板右端的支撑螺母，支撑螺母螺纹连接有水平调整螺杆，水平调整螺杆一端正对右支撑板的水平板的右端，水平调整螺杆的另一端设有用于承受扭矩的大头端。