CN108827655A - 永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，包括底座、主轴、编码器、扭矩测量器及转榖，所述主轴通过第一轴承固定安装所述底座上；呈中空结构的所述转榖外套于所述主轴上，通过第二轴承固定安装所述主轴或底座上，所述转榖由永磁同步电机提供阻力，所述编码器用于测量所述转榖相对与所述主轴的转速及转角；与所述主轴连接的所述扭矩测量器固定安装在所述底座上。本发明的目的是提供一种加工制作难度低，控制精度高、检测数据可靠，且特别适合大功率、大转矩的底盘测功机。
Description
技术领域
本发明涉及汽车检测设备技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机。
背景技术
目前的电机型底盘测功机有两种基本结构：一种是由测功器、转鼓、可变组合飞轮组三大部件同轴连接组成，其中测功器通过转鼓向车辆驱动轮提供阻力，吸收车轮运转产生的机械功，同时测量出转鼓转速和作用在转鼓上转矩。检测工作中，包括电机和转鼓惯量在内的飞轮组惯性提供变速运行时的惯性力，用不同的飞轮组合来适应不同惯量的车型。另一种结构是去除飞轮组，利用测功机产生的等量电气模拟惯量来代替机械飞轮组的惯性力，取代了飞轮组的机械惯量。上述两种结构的底盘测功机都存在结构庞大，机坑占地面积大，现场安装麻烦，生产制造成本高，同时均需要外置风机来满足电机冷却通风的缺点
中国专利(申请号：CN00226144.8；公开日：2000.12.27)公开了一种底盘测功机，包括具有计算、存贮功能的匀速阻力、补偿惯性力、机械损失设定器，其实质在于把电机和转鼓合为一体。作为测功机的异步电机的转子固定在转鼓里，定子固定在主轴上，主轴上的力臂与机座之间装力传感器，电机向转鼓提供的阻力通过力传感器测出。转鼓两侧端盖上设引风板，利用转鼓的旋转引入冷却风，不另设冷却风机。该底盘测功机具有结构紧凑，制造安装成本低、占地面积小的优点，特别适用于单个驱动轮或多驱动轮同轴且轮距小的车辆，但无法适应大载荷、大功率特种车辆的检测，其原因在于：1、异步电机属于感应电机，精度很难控制；2、检测大载荷、大功率特种车辆需要较大的转矩载荷，需要大半径的电机定子，而大半径的电机定子加工难度大，且成本较高；3、冷却系统只适应单方向的转动，当转榖反转时，冷却系统将失去冷却效果，影响设备性能，更或者使设备由于热量无法散发，进而引起零部件的损坏；4、转榖通过轴承安装主轴上，在转榖旋转过程中会对主轴的扭矩测量产生影响，影响测试数据的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工制作难度低，控制精度高、检测数据可靠，且特别适合大功率、大转矩的底盘测功机。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，包括底座、主轴、编码器、扭矩测量器及转榖，所述主轴通过第一轴承固定安装所述底座上；呈中空结构的所述转榖外套于所述主轴上，通过第二轴承固定安装所述主轴或底座上，所述转榖由永磁同步电机提供阻力，所述永磁同步电机包括有定子组件及转子组件；所述定子组件固定安装在所述主轴上，为所述转子组件提供旋转的阻力磁场；具有永磁特性的所述转子组件固定安装于所述转榖内壁，与所述定子组件相对应；所述编码器包括码盘及感应所述码盘的感应元件，所述码盘安装在所述转榖上，所述感应元件安装在所述主轴或定子组件上，与所述码盘相对应，用于测量所述转榖相对与所述主轴的转速及转角；与所述主轴连接的所述扭矩测量器固定安装在所述底座上。
优选地，所述转榖通过第二轴承固定安装所述底座上，所述底座包括有底板、轴套及安装在所述底板上相对布置的两个支撑柱；所述轴套穿过所述支撑柱上部设有的安装孔并凸出所述支撑柱，形成凸台；所述第一轴承固定安装所述轴套内孔中，所述第二轴承外套于凸台上；其有益在于：相较与转榖安装在所述主轴上，将转榖安装于底座，消除了转榖旋转时，轴承摩擦对主轴扭矩测试数据的影响，提高了检测精度；且轴套的双轴承定位安装，将局部特殊作用的结构进行模块设计制作，相比此结构基座一体化的加工，极大降低了加工难度。
优选地，所述定子组件包括有定子基座及定子单元，所述定子基座固定安装在所述主轴上，所述定子单元固定安装在所述定子基座上；其有益效果在于：所述定子基座为所述定子单元提供定位安装平台，所述定子单元上可设有适配所述定子单元的凹槽，方便定子单元的定位，使是设备的装配过程更加简便，还能很好地保证安装质量。
优选地，所述定子单元由若干呈扇形结构的定子模块组成；单个所述定子模块包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组；其有益效果在于：模块化的设计打破了传统定子铁心整体制作的工艺，降低了大半径定子铁心的加工难度，原理是将定子铁心分成若干可独立控制的定子模块，在编码器精准读取转子与定子的相对位置情况下，每个单一的定子模块在控制器的作用下产生特定的磁场，对经过其磁场的单一磁钢基板产生同旋转方向的电磁力，共同组合形成一个旋转的电磁力，进而为转榖提供模拟阻力或惯性量，若单一的定子模块损坏，更具控制器对单一定子模块的调配，设备仍然会运转；修复时，只需更换单个的定子模块，相比传统的电机定子，一旦损坏，设备立即停止运转，无法正常工作，且修复时需要对整个定子进行更换。
优选地，所述定子基座呈环形盘状结构，所述定子模块绕所述定子基座的轴心线均布在所述定子基座的两侧端面上；其有益效果在于：增加受力面积，增大转动力矩。
优选地，所述转子组件为若干绕主轴轴心均布在所述转榖端面内侧呈扇形结构磁钢基板。
优选地，所述转榖两端面设有透气孔，所述透气孔中设有叶片，所述透气孔边缘设有引导空气与叶片接触的导流道，其有益效果在于：充分利用转毂的旋转动能，在转毂旋转的过程中，所述叶片也跟随着同步旋转，进而产生冷却风；两端的叶片呈反向布置，在旋转过程中，一端的叶片将外界的冷空气吹进转毂内腔，另一端的叶片将转毂内腔的热空气排出，有效地将设备电机定子通电产生的热量带走；所述导流道避免了转毂旋转过程中在叶片附近产生空气涡流的现象，提高了能量转化效率，提高了进风量。
优选地，所述定子基座上设有通风孔，所述通风孔置于相邻的两个定子模块之间；其有益效果在于：增加空气的流通性及定子组件的接触面积，提高设备的散热效率，增强设备的可靠性。
优选地，所述底盘测功机还包括用于防止杂质通过所述透气孔进入转榖内腔的防护罩；其有益效果在于：防止外界杂质进入转毂内腔，影响零部件的工作效率或对零部件产生损坏。
优选地，所述扭矩传感器为盘式静态扭矩传感器；其有益效果在于：结构简单，便于安装，特别适用于轴类零部件的扭矩测量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:1、转榖在对车辆进行测试工作时，由永磁同步电机提供电磁阻力，提高了设备的可控性，且控制精度高，增强了检测数据的准确定；2、电机采用模块化的设计，降低了电机定子的加工难度，节约了产生成本，尤其是在生产大半径定子组件时；3、转榖端面设有的叶片可以在转榖旋转时，增强空气的流通性能，加快外界新鲜空气进入转榖内腔，与转榖内腔中的热空气进行替换；4、转榖可通过轴承安装在设备基座上，相对于将转榖通过轴承安装在主轴上，极大提高了设备的测试精度。
附图说明
图1为实施例一中所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机的结构示意图；
图2为实施例一中所述的底座的结构示意图；
图3为实施例一中所述的定子组件的结构示意图；
图4为所述转榖端面的结构示意图；
图5为所述透气孔的结构示意图；
图6为实施例二中所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机的结构示意图；
图7为实施例三中所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机的结构示意图；
图8为实施例三中所述的定子组件的结构示意图；
图中：1、底座；2、主轴；3、转榖；4、第一轴承；5、第二轴承；6、扭矩测量器；7、叶片；8、编码器；81、感应元件；82、码盘；9、定子组件；91、定子单元；91-1、定子模块；92、定子基座；10、转子组件；11、键；12、导流道；13、通风孔；14、防护罩；15、透气孔；16、支撑柱；17、底板；18、轴套；18-1、凸台。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-5所示，一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，包括底座1、主轴2、编码器8、扭矩测量器6及转榖3，所述主轴2通过第一轴承4固定安装所述底座1上，呈中空结构的所述转榖3外套与所述主轴2上，通过第二轴承5固定安装所述底座1上，所述转榖3由永磁同步电机提供阻力，所述永磁同步电机包括定子组件9及转子组件10；所述定子组件9通过键11固定安装在所述主轴2上，为所述转子组件10提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件10固定安装于所述转榖3内壁，与所述定子组件9相对应，所述转子组件10为若干磁钢基板组成；所述编码器8包括码盘82及感应所述码盘的感应元件81，所述感应元件81为光敏元件；所述码盘82固定安装所述转榖3上，感应元件81固定在所述主轴2上；所述扭矩测量器6为盘式静态扭矩测量器，旋转部分设有轴孔，所述扭矩测量器6通过所述轴孔与主轴连接，并固定安装在所述底座1上。
优选地，所述转榖3由轮环及两侧板通过螺栓组合安装而成；所述转榖3通过第二轴承5固定安装所述底座1上，所述底座1包括有底板17、安装在所述底板上相对布置的两个支撑柱16及轴套18；所述轴套18穿过所述支撑柱16上部设有的安装孔，凸出所述支撑柱16，形成凸台18-1；所述第一轴承4固定安装所述轴套18内孔，所述第二轴承5外套于凸台18-1上；所述定子组件9包括有定子基座92及定子单元91，所述定子基座92固定安装在所述主轴2上，所述定子单元91固定安装在所述定子基座92上，进一步优选地，所述定子单元91由若干呈扇形结构的定子模块91-1组成；单个所述定子模块91-1包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组；所述定子基座92呈环形盘状结构，所述定子模块91-1绕所述定子基座92的轴心线均布在所述定子基座92的端面上；所述定子基座92上设有通风孔13，所述通风孔13置于相邻的两个定子模块91-1之间；所述转榖3两侧板设有透气孔15，所述透气孔15中设有叶片7，所述透气孔15边缘设有引导空气与叶片接触的导流道12；所述底盘测功机还包括用于防止杂质通过所述透气孔15进入转榖内腔的防护罩14。
工作时，车辆轮胎与转榖3接触，启动后车辆的轮胎带动转榖3旋转，而此时，转榖在永磁同步电机的定子组件9及转子组件10的电磁力作用下产生阻力，用以模拟车辆在道路行驶时路面产生的摩擦力，所述编码器8用于检测转榖3的转速，所述定子组件9及转子组件10在对转榖3产生力的同时，由于力是相互的，所以转榖3也会对定子组件9产生一个反作用力，此反作用力传递给主轴2，由与主轴连接的扭矩测量器6测得数据。
实施例二
如图6所示，一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，包括底座1、主轴2、编码器8、扭矩测量器6及转榖3，所述主轴2通过第一轴承4固定安装所述底座1上，呈中空结构的所述转榖3通过第二轴承5固定安装所述主轴2上，所述转榖3由永磁同步电机提供阻力，所述永磁同步电机包括定子组件9及转子组件10；所述定子组件9通过键11固定安装在所述主轴2上，为所述转子组件10提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件10固定安装于所述转榖3内壁，与所述定子组件9相对应，所述转子组件10为若干磁钢基板组成；所述编码器8包括码盘82及感应所述码盘的感应元件81，所述感应元件81为光敏元件；所述码盘82固定安装所述转榖3上，感应元件81固定在所述主轴2上；所述扭矩测量器6为盘式静态扭矩测量器，旋转部分设有轴孔，所述扭矩测量器6通过所述轴孔与主轴连接，并固定安装在所述底座1上。
优选地，所述转榖3由轮环及两侧板通过螺栓组合安装而成；所述定子组件9包括有定子基座92及定子单元91，所述定子基座92固定安装在所述主轴2上，所述定子单元91固定安装在所述定子基座92上，进一步优选地，所述定子单元91由若干呈扇形结构的定子模块91-1组成；单个所述定子模块91-1包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组；所述定子基座92呈环形盘状结构，所述定子模块91-1绕所述定子基座92的轴心线均布在所述定子基座92的端面上；所述定子基座92上设有通风孔13，所述通风孔13置于相邻的两个定子模块91-1之间；所述转榖3两侧板设有透气孔15，所述透气孔15中设有叶片7，所述透气孔15边缘设有引导空气与叶片接触的导流道12；所述底盘测功机还包括用于防止杂质通过所述透气孔15进入转榖内腔的防护罩14。
工作时，车辆轮胎与转榖3接触，启动后车辆的轮胎带动转榖3旋转，而此时，转榖在永磁同步电机的定子组件9及转子组件10的电磁力作用下产生阻力，用以模拟车辆在道路行驶时路面产生的摩擦力，所述编码器8用于检测转榖3的转速，所述定子组件9及转子组件10在对转榖3产生力的同时，由于力是相互的，所以转榖3也会对定子组件9产生一个反作用力，此反作用力传递给主轴2，由与主轴连接的扭矩测量器6测得数据。
实施例三
如图7-8所示，一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，包括底座1、主轴2、编码器8、扭矩测量器6及转榖3，所述主轴2通过第一轴承4固定安装所述底座1上，呈中空结构的所述转榖3通过第二轴承5固定安装所述主轴2上，所述转榖3由永磁同步电机提供阻力，所述永磁同步电机包括定子组件9及转子组件10；所述定子组件9通过键11固定安装在所述主轴2上，为所述转子组件10提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件10固定安装于所述转榖3内壁，与所述定子组件9相对应，所述转子组件10为若干磁钢基板组成；所述编码器8包括码盘82及感应所述码盘的感应元件81，所述感应元件81为光敏元件；所述码盘82固定安装所述转榖3上，感应元件81固定在所述主轴2上；所述扭矩测量器6为盘式静态扭矩测量器，旋转部分设有轴孔，所述扭矩测量器6通过所述轴孔与主轴连接，并固定安装在所述底座1上。
优选地，所述转榖3由轮环及两侧板通过螺栓组合安装而成；所述定子组件9包括有定子基座92及定子单元91，所述定子基座92固定安装在所述主轴2上，所述定子单元91固定安装在所述定子基座92上，进一步优选地，所述定子单元91由若干呈扇形结构的定子模块91-1组成；单个所述定子模块91-1包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组；所述定子基座92呈圆环状结构，所述定子模块91-1绕所述定子基座92的轴心线均布在所述定子基座92的环形面上；所述定子基座92的轴向上设有通风孔13；所述转榖3两侧板设有透气孔15，所述透气孔15中设有叶片7，所述透气孔15边缘设有引导空气与叶片接触的导流道12；所述底盘测功机还包括用于防止杂质通过所述透气孔15进入转榖内腔的防护罩14。
工作时，车辆轮胎与转榖3接触，启动后车辆的轮胎带动转榖3旋转，而此时，转榖在永磁同步电机的定子组件9及转子组件10的电磁力作用下产生阻力，用以模拟车辆在道路行驶时路面产生的摩擦力，所述编码器8用于检测转榖3的转速，所述定子组件9及转子组件10在对转榖3产生力的同时，由于力是相互的，所以转榖3也会对定子组件9产生一个反作用力，此反作用力传递给主轴2，由与主轴连接的扭矩测量器6测得数据。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，包括底座、主轴、编码器、扭矩测量器及转榖，所述主轴通过第一轴承固定安装所述底座上；呈中空结构的所述转榖外套于所述主轴上，通过第二轴承固定安装所述主轴或底座上，所述转榖由永磁同步电机提供阻力，所述永磁同步电机包括有定子组件及转子组件；所述定子组件固定安装在所述主轴上，为所述转子组件提供旋转的阻力磁场；具有永磁特性的所述转子组件固定安装于所述转榖内壁，与所述定子组件相对应；所述编码器包括码盘及感应所述码盘的感应元件，所述码盘安装在所述转榖上，所述感应元件安装在所述主轴或定子组件上，与所述码盘相对应，用于测量所述转榖相对与所述主轴的转速及转角；与所述主轴连接的所述扭矩测量器固定安装在所述底座上。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述转榖通过第二轴承固定安装在所述底座上，所述底座包括有底板、轴套及安装在所述底板上相对布置的两个支撑柱；所述轴套穿过所述支撑柱上部设有的安装孔并凸出所述支撑柱，形成凸台；所述第一轴承固定安装所述轴套内孔中，所述第二轴承外套于凸台上。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述定子组件包括有定子基座及定子单元，所述定子基座固定安装在所述主轴上，所述定子单元固定安装在所述定子基座上。
4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述定子单元由若干呈扇形结构的定子模块组成；单个所述定子模块包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述定子基座呈环形盘状结构，所述定子模块绕所述定子基座的轴心线均布在所述定子基座的两侧端面上。
6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述转子组件为若干绕主轴轴心均布在所述转榖端面内侧呈扇形结构磁钢基板。
7.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述转榖两端面设有透气孔，所述透气孔中设有叶片，所述透气孔边缘设有引导空气与叶片接触的导流道。
8.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述定子基座上设有通风孔，所述通风孔置于相邻的两个定子模块之间。
9.根据权利要求8所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述底盘测功机还包括用于防止杂质通过所述透气孔进入转榖内腔的防护罩。
10.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述扭矩传感器为盘式静态扭矩传感器。
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2018
- 2018-07-06 CN CN201810735511.6A patent/CN108827655B/zh active Active
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