CN108363005A - 电机可靠性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机可靠性测试方法，属于可靠性测试技术领域，通过运动平台对待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器进行对准，可以准确地将待测电机与负载电机进行连接，工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，可以模拟待测电机在实际工作时的工作环境，工控机通过可编程控制器控制负载电机和待测电机运转，并获取电机传感器的检测数据，根据检测数据获取待测电机的可靠性数据，利用工控机就可以实现在模拟实际工控下的电机可靠性自动化测试，提高电机可靠性测试的准确性。

Description

电机可靠性测试方法

技术领域

本发明涉及可靠性测试技术领域，特别是涉及一种电机可靠性测试方法。

背景技术

电机是生产、生活中应用最为广泛的驱动装置，电机的运行稳定性非常重要。随着电子技术的飞速发展，电机的性能迅速提高和完善，相应的电机运行稳定性的检测显得尤为重要。

可靠性测试是保证电机使用寿命和性能的重要方式，对于一些新的应用环境的电机，例如用于无人机的直流无刷电机，目前还是采用传统的人工操作仪器来检测，通过此方式进行可靠性测试会有较大的误差，而且在测试时的条件与实际电机环境有所差异，降低了可靠性测试的准确性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的针对电机的可靠性测试方式准确性低的问题，提供一种电机可靠性测试方法。

一种电机可靠性测试方法，包括以下步骤：

通过运动平台移动待测电机，对待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器进行对准；

工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，并控制负载电机和待测电机运转；

在温湿度测试箱达到设定温湿度测试条件时，工控机通过可编程控制器获取电机传感器的检测数据，根据检测数据获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据；

其中，运动平台承载待测电机，电机传感器连接负载电机和待测电机，温湿度测试箱设置在运动平台上，待测电机放置在温湿度测试箱中。

根据上述本发明的电机可靠性测试方法，通过运动平台对待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器进行对准，可以准确地将待测电机与负载电机进行连接，工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，可以模拟待测电机在实际工作时的工作环境，工控机通过可编程控制器控制负载电机和待测电机运转，并获取电机传感器的检测数据，根据检测数据获取待测电机的可靠性数据，利用工控机就可以实现在模拟实际工控下的电机可靠性自动化测试，提高电机可靠性测试的准确性。

在其中一个实施例中，电机可靠性测试方法还包括以下步骤：

电参数测试仪采集待测电机的电参数并通过可编程控制器传输至工控机，其中，电参数测试仪连接在可编程控制器和待测电机之间；

根据检测数据获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据的步骤包括以下步骤：

根据检测数据和电参数获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据。

在其中一个实施例中，电参数测试仪采集待测电机的电参数的步骤包括以下步骤：

电参数测试仪采集待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率。

在其中一个实施例中，通过运动平台移动待测电机的步骤包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器控制运动平台在三维空间中移动。

在其中一个实施例中，电机可靠性测试方法还包括以下步骤：

温度采集器采集待测电机各部件的温度并通过可编程控制器传输至工控机，工控机根据温度判断待测电机的工作状态；其中，温度采集器设置在运动平台上，并与可编程控制器连接。

在其中一个实施例中，温度采集器采集待测电机各部件的温度的步骤包括以下步骤：

温度采集器采集待测电机的定子、转子和外壳的相应温度。

在其中一个实施例中，控制负载电机和待测电机运转的步骤包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器对负载电机设置转矩负载，并通过可编程控制器控制待测电机在负载电机的转矩负载下运转。

在其中一个实施例中，工控机通过可编程控制器对负载电机设置转矩负载的步骤包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器对负载电机设置多次不同的转矩负载，各转矩负载在待测电机的额定负载的25％至150％之间，且其中一个转矩负载为待测电机的额定负载的100％。

在其中一个实施例中，控制负载电机和待测电机运转的步骤还包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器对负载电机设置空载，控制负载电机以预设转速带动待测电机运转。

在其中一个实施例中，工控机通过可编程控制器获取电机传感器的检测数据的步骤包括以下步骤：

工控机获取待测电机的转矩数据和转速数据，根据转矩数据和转速数据计算待测电机的机械功率；

根据检测数据和电参数获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据的步骤包括以下步骤：

工控机根据运行电压、运行电流、功率因数计算待测电机的输出功率，根据输出功率和输入功率计算待测电机的电效率，根据输出功率和机械功率计算待测电机的机械效率。

附图说明

图1为一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图2为另一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图3为又一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图4为再一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图5为一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图6为另一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图7为又一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图；

图8为一个实施例的电机可靠性测试方法所用的测试工具连接示意图；

图9为一个实施例的电机可靠性测试方法所用的测试工具实际架构主视图；

图10为一个实施例的电机可靠性测试方法所用的测试工具实际架构正视图；

图11为一个实施例的电机可靠性测试方法所用的测试工具实际架构俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

参见图1所示，为一个实施例的电机可靠性测试方法的流程示意图。该实施例中的电机可靠性测试方法，包括以下步骤：

步骤S110：通过运动平台移动待测电机，对待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器进行对准；

在本步骤中，将待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器对准后，电机传感器可以感应待测电机的转动状态，而且电机传感器连接负载电机和待测电机，可以实现负载电机与待测电机的联动，便于负载电机控制待测电机的运转参数；

步骤S120：工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，并控制负载电机和待测电机运转；

在本步骤中，工控机可以控制温湿度测试箱的测试条件，如温度值、温度变化速率、湿度值和湿度变化速率等等；

步骤S130：在温湿度测试箱达到设定温湿度测试条件时，工控机通过可编程控制器获取电机传感器的检测数据，根据检测数据获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据；其中，运动平台承载待测电机，电机传感器连接负载电机和待测电机，温湿度测试箱设置在运动平台上，待测电机放置在温湿度测试箱中。

在本实施例中，通过运动平台对待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器进行对准，可以准确地将待测电机与负载电机进行连接，工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，可以模拟待测电机在实际工作时的工作环境，工控机通过可编程控制器控制负载电机和待测电机运转，并获取电机传感器的检测数据，根据检测数据获取待测电机的可靠性数据，利用工控机就可以实现在实际工控下的电机可靠性自动化测试，提高电机可靠性测试的准确性。

可选的，温湿度测试箱设置有开孔，待测电机放置在温湿度测试箱中时，待测电机的主转轴通过开孔与电机传感器的联轴器连接。

需要说明的是，电机传感器的检测数据主要是负载电机和待测电机的运转参数，可以包括电机转矩、电机转速等；运动平台可以是三维运动平台，可以在三维空间中进行移动，调整所承载的待测电机的主转轴的空间位置，以进行待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器的对准操作。在根据检测数据获取待测电机的可靠性数据后，可以将可靠性数据与待测电机的标准数据进行比较，从而判断待测电机当前的性能。

在一个实施例中，如图2所示，电机可靠性测试方法还包括以下步骤：

步骤S140：电参数测试仪采集待测电机的电参数并通过可编程控制器传输至工控机，其中，电参数测试仪连接在可编程控制器和待测电机之间；

根据检测数据获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据的步骤包括以下步骤：

根据检测数据和电参数获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据。

在本实施例中，电参数测试仪可以采集待测电机的电参数，工控机通过可编程控制器可以获取待测电机的电参数，利用该电参数可以辅助检测待测电机的可靠性，对待测电机的可靠性进行多角度准确的检测。

在一个实施例中，电参数测试仪采集待测电机的电参数的步骤包括以下步骤：

电参数测试仪采集待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率。

在本实施例中，电参数测量仪可以测量待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率等参数，工控机通过可编程控制器可以获取待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率等参数，并可以以此计算得到待测电机的待测电机的电效率，进而便于快速检测待测电机对电能转换的有效性，用于辅助判断待测电机的可靠性。

在一个实施例中，通过运动平台移动待测电机的步骤包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器控制运动平台在三维空间中移动。

在本实施例中，工控机可以通过可编程控制器控制运动平台的移动，实现待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器的对准自动化操作，减少人工对准操作所带来的误差，提高待测电机可靠性检测的准确性。

可选的，运动平台可以设置手动操作装置，用于手动调节运动平台，在实际电机可靠性测试过程中，在工控机对运动平台的控制过程出现故障时可以确保运动平台的使用，满足实际测试的需要。

在一个实施例中，如图3所示，电机可靠性测试方法还包括以下步骤：

步骤S150：温度采集器采集待测电机各部件的温度并通过可编程控制器传输至工控机，工控机根据温度判断待测电机的工作状态；其中，温度采集器设置在运动平台上，并与可编程控制器连接。

在本实施例中，温湿度测试箱只是提供测试温湿度条件，待测电机在运转过程中，电机温度会随着运转过程而变化，利用温度采集器采集待测电机各部件的温度，可以实时地确定电机的运转状态。

具体的，若检测到电机部件的温度远大于温湿度箱的温度，则可以确定电机出现故障，在电机出现故障时可以停止进行可靠性检测。

在一个实施例中，温度采集器采集待测电机各部件的温度的步骤包括以下步骤：

温度采集器采集待测电机的定子、转子和外壳的相应温度。

在本实施例中，对待测电机的运转影响最大的是定子、转子和外壳的温度，温度采集器可以采集上述部件的温度并通过可编程控制器传输至工控机，由工控机对待测电机的状态进行准确判断，而且在待测电机的部件温度异常时，可以判断是否由定子、转子或是外界的温度异常变化导致待测电机的可靠性下降，及时确定待测电机出现故障的大致位置，以便尽快对待测电机进行维修处理。

可选的，温度采集器包括多个温度探头，各温度探头分别探测待测电机的定子、转子和外壳的温度。

在一个实施例中，如图4所示，控制负载电机和待测电机运转的步骤包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器对负载电机设置转矩负载，并通过可编程控制器控制待测电机在负载电机的转矩负载下运转。

在本实施例中，工控机可以通过可编程控制器对负载电机设置转矩负载，并使待测电机在负载电机的转矩负载下运转，此时待测电机在预置的负载下运转，此时可以通过电机传感器检测待测电机的运转数据，并与待测电机在预置负载下的额定数据进行比较，从而准确判断待测电机在转矩负载下的可靠性。

在一个实施例中，如图5所示，工控机通过可编程控制器对负载电机设置转矩负载的步骤包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器对负载电机设置多次不同的转矩负载，各转矩负载在待测电机的额定负载的25％至150％之间，且其中一个转矩负载为待测电机的额定负载的100％。

在本实施例中，工控机可以通过可编程控制器设置不同的转矩负载，范围可以在待测电机的额定负载的25％至150％之间，在不同转矩负载下对待测电机的可靠性进行检测，可以得到不同负载对待测电机运转的可靠性影响程度，将其中一个转矩负载设置为待测电机的额定负载的100％，可以模拟待测电机在正常满负荷状态下的工作状态，以此可以检测待测电机是否满足标准要求。

在一个实施例中，如图6所示，控制负载电机和待测电机运转的步骤还包括以下步骤：

工控机通过可编程控制器对负载电机设置空载，控制负载电机以预设转速带动待测电机运转。

在本实施例中，工控机可以通过可编程控制器对负载电机设置空载，并使负载电机以预设转速带动待测电机运转，此时待测电机在预置的转速下运转，此时可以通过电机传感器检测待测电机的运转数据，并与待测电机在预置转速下的额定数据进行比较，从而准确判断待测电机在预置转速下的可靠性。

在一个实施例中，如图7所示，工控机通过可编程控制器获取电机传感器的检测数据的步骤包括以下步骤：

工控机获取待测电机的转矩数据和转速数据，根据转矩数据和转速数据计算待测电机的机械功率；

根据检测数据和电参数获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据的步骤包括以下步骤：

工控机根据运行电压、运行电流、功率因数计算待测电机的输出功率，根据输出功率和输入功率计算待测电机的电效率，根据输出功率和机械功率计算待测电机的机械效率。

在本实施例中，工控机根据转矩数据和转速数据、输入功率、运行电压、运行电流、功率因数和输入功率等可以计算待测电机的电效率和机械效率，根据计算的效率参数可以直接快速地判断电力设备的可靠性。

需要说明的是，电机传感器可以是转矩转速传感器，可以同时检测待测电机的转矩和转速，在负载电机设置转矩负载时，可以检测待测电机的转矩和转速，在负载电机以预设转速带动待测电机运转时，可以检测待测电机的转矩和转速。

具体的，计算效率参数时可以采用以下公式：

P 1＝T*N/9550；

η1＝P2/P3；

η2＝P1/P2；

上式中，P1表示待测电机的机械功率，T表示待测电机的转矩，单位为Nm(牛·米)，N表示待测电机的转速，单位为转/分钟，η1表示待测电机的电效率，P2表示待测电机的输出功率，P3表示待测电机的输入功率，η2表示待测电机的机械效率。

在一个实施例中，本发明的电机可靠性测试方法可以应用在无人机直流无刷电机的可靠性测试场景中。本发明的电机可靠性测试方法在实施时采用以下测试器件，包括工控机、可编程控制器、转矩转速传感器、负载电机、运动平台、电参数测试仪、温湿度测试箱、温度采集器、电阻箱和底座，如图8所示；

工控机通过可编程控制器分别与转矩转速传感器、负载电机、待测电机、运动平台、电参数测试仪、温湿度测试箱、温度采集器连接；转矩转速传感器连接负载电机和待测电机，工控机通过可编程控制器控制负载电机和待测电机的运转，并读取转矩转速传感器的检测数据；

运动平台承载温湿度测试箱和待测电机，对待测电机的主转轴与转矩转速传感器的联轴器进行对准操作；待测电机置于温湿度测试箱中，工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱中的温湿度；

工控机通过可编程控制器与运动平台连接，控制运动平台在三维空间中的移动；另外，运动平台可以设置手动操作装置，用于手动调节运动平台；

电参数测试仪连接在可编程控制器和待测电机之间，采集待测电机的电参数并通过可编程控制器传输至工控机；电参数包括待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率等；

温度采集器设置在运动平台上，温度采集器包括多个温度探头，各温度探头分别探测待测电机的定子、转子和外壳的温度，并将探测到的温度数据通过可编程控制器传输至工控机；

电阻箱与负载电机的电能输出端连接，用于消耗负载电机提供负载转矩运转时产生的电能；底座是用于承载转矩转速传感器和负载电机，可以方便尺寸较大的电机与联轴器进行对准。

在测试过程中，工控机通过可编程控制器控制运动平台，运动平台移动待测电机，对待测电机的主转轴与转矩转速传感器的联轴器进行对准；工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，并控制负载电机和待测电机运转；

温度采集器采集待测电机的定子、转子和外壳的相应温度并通过可编程控制器传输至工控机，工控机根据温度判断待测电机的工作状态；

在温湿度测试箱达到设定温湿度测试条件时，工控机通过可编程控制器获取转矩转速传感器的检测数据；电参数测试仪采集待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率等参数并通过可编程控制器传输至工控机；根据检测数据和电参数获取待测电机在设定温湿度测试条件下的可靠性数据。

工控机通过可编程控制器控制负载电机和待测电机运转时可以采用不同的测试方式：转矩测试和转速测试。

转矩测试：用负载电机给待测电机加载，从150％待测电机额定负载逐步降低到25％额定负载，在此间至少选取6个测试点(必包含100％额定负载点)，测取待测电机的电压、电流、功率、转矩、转速等参数并进行计算。

转速测试：用负载电机控制待测电机的转速，在不同速度点测取待测电机的电压、电流、功率、转矩、转速等参数并进行计算。

上述两种测试方式可以在自动模式下进行，即：自动转速模式下由工控机事先配置需要测试的速度点，然后由负载电机控制转速，保证待测电机以设定的转速进行转动,最后依次测试每个速度点，采集测试数据进行分析；自动扭矩测试模式下同样由工控机对负载电机设置负载，保证待测电机在该负载下运行，最后采集测试数据进行分析。

两种自动测试模式为电机可靠性测试提供了一个快速而简便的测试方案，能够方便直观地了解到待测电机的大致信息，例如最大效率点，最大输出功率等。此外，还可以通过配置更加密集的测试点来实现更精确测试，以便获得更加详细的电机性能及参数。同时自动测试模式下，可以配置一些特殊的测试参数，例如转矩测试可以将转矩设置为0，即可测试待测电机在空载情况下的各项参数。

因此自动测试是一种极为方便快速的测试方案，而且测试自由度很高，完全可以通过配置测试点对电机的性能进行概要分析、详细分析，同时可以通过配置特殊测试点的方式对电机进行堵转测试、空载测试等。

另外，也可以采用手动测试，即手动转速测试和手动转矩测试，两种模式都是通过手动设定转速或扭矩，再由负载电机保证转速或负载量，同样可以实现电机可靠性测试。

本发明实施例的方案采用转矩转速传感器连接负载电机和待测电机，进行电机转矩测试和电机转速测试，结合电参数测试仪检测的待测电机的电参数，可以对待测电机进行可靠性分析，待测电机处于温湿度测试箱中，可以在不同的测试条件下分析待测电机的可靠性；另外，通过运动平台可以精确调整待测电机的主转轴的位置，满足直流无刷电机的高速运转测试的要求，提高可靠性检测的准确度。

电机可靠性测试方法所涉及的测试工具的实际架构主视图如图9所示，正视图如图10所示，俯视图如图11所示，图9、图10、图11中未示出温湿度测试箱和温度采集器。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电机可靠性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过运动平台移动待测电机，对待测电机的主转轴与电机传感器的联轴器进行对准；

工控机通过可编程控制器控制温湿度测试箱的测试条件，并控制负载电机和所述待测电机运转；

在所述温湿度测试箱达到设定温湿度测试条件时，所述工控机通过所述可编程控制器获取所述电机传感器的检测数据，根据所述检测数据获取所述待测电机在所述设定温湿度测试条件下的可靠性数据；

其中，所述运动平台承载所述待测电机，所述电机传感器连接所述负载电机和待测电机，所述温湿度测试箱设置在所述运动平台上，所述待测电机放置在所述温湿度测试箱中。

2.根据权利要求1所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：

电参数测试仪采集所述待测电机的电参数并通过可编程控制器传输至所述工控机，其中，所述电参数测试仪连接在所述可编程控制器和所述待测电机之间；

所述根据所述检测数据获取所述待测电机在所述设定温湿度测试条件下的可靠性数据的步骤包括以下步骤：

根据所述检测数据和所述电参数获取所述待测电机在所述设定温湿度测试条件下的可靠性数据。

3.根据权利要求2所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述电参数测试仪采集所述待测电机的电参数的步骤包括以下步骤：

所述电参数测试仪采集所述待测电机的运行电压、运行电流、功率因数和输入功率。

4.根据权利要求1所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述通过运动平台移动待测电机的步骤包括以下步骤：

所述工控机通过所述可编程控制器控制所述运动平台在三维空间中移动。

5.根据权利要求1所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：

温度采集器采集所述待测电机各部件的温度并通过可编程控制器传输至所述工控机，所述工控机根据所述温度判断所述待测电机的工作状态；其中，所述温度采集器设置在所述运动平台上，并与所述可编程控制器连接。

6.根据权利要求5所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述温度采集器采集所述待测电机各部件的温度的步骤包括以下步骤：

所述温度采集器采集所述待测电机的定子、转子和外壳的相应温度。

7.根据权利要求1所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述控制负载电机和所述待测电机运转的步骤包括以下步骤：

所述工控机通过所述可编程控制器对所述负载电机设置转矩负载，并通过所述可编程控制器控制所述待测电机在所述负载电机的转矩负载下运转。

8.根据权利要求7所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述工控机通过所述可编程控制器对所述负载电机设置转矩负载的步骤包括以下步骤：

所述工控机通过所述可编程控制器对所述负载电机设置多次不同的转矩负载，各所述转矩负载在所述待测电机的额定负载的25％至150％之间，且其中一个转矩负载为所述待测电机的额定负载的100％。

9.根据权利要求1所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述控制负载电机和所述待测电机运转的步骤还包括以下步骤：

所述工控机通过所述可编程控制器对所述负载电机设置空载，控制所述负载电机以预设转速带动所述待测电机运转。

10.根据权利要求3所述的电机可靠性测试方法，其特征在于，所述工控机通过所述可编程控制器获取所述电机传感器的检测数据的步骤包括以下步骤：

所述工控机获取所述待测电机的转矩数据和转速数据，根据所述转矩数据和所述转速数据计算所述待测电机的机械功率；

所述根据所述检测数据和所述电参数获取所述待测电机在所述设定温湿度测试条件下的可靠性数据的步骤包括以下步骤：

所述工控机根据所述运行电压、所述运行电流、所述功率因数计算所述待测电机的输出功率，根据所述输出功率和所述输入功率计算所述待测电机的电效率，根据所述输出功率和所述机械功率计算所述待测电机的机械效率。