CN110274716B - 一种电机齿槽转矩的测试方法 - Google Patents

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    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general

Abstract

本发明涉及一种电机齿槽转矩的测试方法，包括以下步骤：1)电机通过驱动器上电，运行在一个恒定的转速N；2)驱动器断电，电机自由运行直至停止；3)记录电机从转速N到停止时电机的反电势波形，分析电机继续运行时反电势波形的畸变量或者畸变率，通过畸变量或者畸变率定性衡量出电机齿槽转矩的大小。与现有技术相比，本发明具有测试方便、省时省力等优点。

Description

一种电机齿槽转矩的测试方法
技术领域
本发明涉及一种电机测试方法，尤其是涉及一种电机齿槽转矩的测试方法。
背景技术
电机的齿槽转矩是电机定子铁芯齿部开槽后，磁导变化不一致引起的，齿槽转矩理论设计值很小。在设计确定的情况下，电机的齿槽转矩增大的主要原因是电机定转子同心度、圆度等工艺偏差。
电机的齿槽转矩一般采用有限元软件计算的方法得到理论值。目前实测的方法得到的是电机的定位力矩，即齿槽转矩和摩擦转矩之和。
摩擦转矩主要来源于轴承，轴承安装的偏差和弹性波垫预压力都会引起较大的摩擦转矩，是电机工艺水平的综合体现。
电机的定位力矩越大，电机运行时的损耗越大，电机温升越高；同时电机定位力矩的增大会降低电机的运行精度，增大电机的振动和噪音。
采用高精度的转矩传感器，原动机和被测电机同轴连接，保证电机连接的同轴度和原动机拖动速度的稳定性，通过转矩传感器的采样，就能得到定位力矩的波形。
图1中，定位力矩的峰峰值即为电机的齿槽转矩，摩擦转矩即为定位力矩FFT变换后的零次分量，和定位力矩的平均值近似相等。
由定位力矩FFT变换后各次谐波分量幅值图可以看出，0次分量为电机摩擦转矩，其他各次分量为电机的齿槽转矩分量，除了理论的齿槽转矩频率外(图2中齿槽转矩理论频率为200次)，其他各次分量主要由定转子同心度等工艺偏差造成。
现有的测试分析方法虽然具有较高的精度，但需要成本较高的高精度的转矩传感器，同时对电机的连轴安装精度要求也非常高，同时安装测试的时间较长，不适合大批量电机生产时产线的生产流程节奏的控制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试方便、省时省力的电机齿槽转矩的测试方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电机齿槽转矩的测试方法，包括以下步骤：
1)电机通过驱动器上电，运行在一个恒定的转速N；
2)驱动器断电，电机自由运行直至停止；
3)记录电机从转速N到停止时电机的反电势波形，分析电机继续运行时反电势波形的畸变量或者畸变率，通过畸变量或者畸变率定性衡量出电机齿槽转矩的大小。
优选为，所述的畸变量为电机断电运行反电势E4相对于E2的畸变量，其中E2为随着电机的自由转动，逐渐减小电机的反电势。
优选为，所述的电机断电运行反电势E4＝E2+E3，其中齿槽转矩周期由于是反电势周期的1/4，其引起反电势的变化量为E3。
优选为，所述的畸变量为电机断电运行反电势E4相对于E1的畸变量，其中E1为恒定转速电机反电势。
所述的畸变量为电机断电运行反电势E4曲线与E2曲线相交点形成的封闭面积之和。
优选地，所述的畸变量电机断电运行反电势E4曲线与E1曲线相交点形成的封闭面积之和。
优选地，所述的畸变率计算如下：
Figure BDA0001596749640000021
其中V1为反电势的基波分量，V2、V3、V4…Vn为电机反电势的谐波分量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)无需联轴器同轴连接，不需要高精度的转矩传感器，省时省力。
(2)测试方便，测试结果是电信号数据，便于数据记录储存及分析。
附图说明
图1为电机定位力矩测试波形图；
图2为定位力矩FFT变换后各次谐波分量幅值示意图；
图3为本发明的流程图；
图4为断电运行一个电周期的电机反电势波形的对比分析图；
图5为反电势E4相对于反电势E2畸变量示意图；
图6为归一下反电动势与谐波次数的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
有些场合，特别是电机生产产线对电机齿槽转矩的检测，主要考虑的是电机齿槽转矩的一致性，而不是为了精确测试出电机齿槽转矩的的大小。
为了解决测试设备昂贵且测试时间长不适合产线对于电机齿槽转矩评价的上述问题，方便电机产线快捷地定性评价出电机齿槽转矩的大小，具体方法如下：
1)电机通电运行在一个恒定的转速N，
2)电机断电，记录电机从转速N到停止时，电机的反电势波形，分析电机继续运行时反电势波形的畸变率
产线检测电机定位力矩的流程如图3所示。
具体原理如下：
根据电机公式：
Figure BDA0001596749640000031
Tem——电机电磁转矩
TL——电机阻力矩
J——电机转动惯量
ω——电机角速度
由上述电机公式可知，电机在空载运行时，Tem为维持电机运行的动力来源，当电机断电以后，Tem＝0，电机由于惯量，会保持同一个方向继续旋转，但是由于阻力矩TL的存在，电机的转速会逐渐降低，直至电机的转速为0。
电机运行在转速N断电以后，电机阻力矩TL即为电机的定位力矩。维持电机转速N的能量Jω2完全会变成热量散发到空气中。除了阻力矩TL的摩擦外，电机还会产生部分的铁耗，因为这个铁耗值较小，或者认为同型号的不同电机具有同样的铁耗值，对电机减速运行直至停止产生的影响相同。
在电机由于惯量减速自运行的过程中，齿槽转矩和摩擦转矩一直在起作用，摩擦转矩一直在阻碍电机的继续旋转，齿槽转矩则是阻碍和促进电机旋转之间不断变化，从能量的观点来说，齿槽转矩在电机自由选择直至转速为零的时间内，做功为零。
在通用的1.8°步距角的两相步进电机中，一个反电势周期内，齿槽转矩有4个周期数，齿槽转矩频率为反电势频率的4倍。
图4是断电运行一个电周期，电机反电势波形的对比分析图。恒定转速电机反电势为E1。由于摩擦转矩是一个恒定的量，随着电机的自由转动，电机的反电势逐渐减小为E2。齿槽转矩周期由于是反电势周期的1/4，它引起反电势的变化量为E3，那么电机断电运行反电势为E4＝E2+E3，如图4所示。
这样我们就能通过观察E4相对于E2/E1的畸变量或者E4的畸变率就能定性衡量出电机齿槽转矩的大小。
图5为反电势E4相对于反电势E2畸变量的示意图，图中的阴影部分即为反电势的畸变量S，S＝S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8。
也可以采用反电势E1取代E2，用反电势E4相对于E1的畸变量来定性评价齿槽转矩的大小。
如图6所示，V1为反电势的基波分量，V2、V3、V4…Vn为电机反电势的谐波分量，电机反电势的畸变率
Figure BDA0001596749640000041
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)电机通过驱动器上电，运行在一个恒定的转速N；
2)驱动器断电，电机自由运行直至停止；
3)记录电机从转速N到停止时电机的反电势波形，分析电机继续运行时反电势波形的畸变量或者畸变率，通过畸变量或者畸变率定性衡量出电机齿槽转矩的大小。
2.根据权利要求1所述的一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，所述的畸变量为电机断电运行反电势E4相对于E2的畸变量，其中E2为由于恒定的摩擦转矩，随着电机的自由转动，逐渐减小的电机反电势。
3.根据权利要求2所述的一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，所述的电机断电运行反电势E4＝E2+E3，其中齿槽转矩周期由于是反电势周期的1/4，其引起反电势的变化量为E3。
4.根据权利要求1所述的一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，所述的畸变量为电机断电运行反电势E4相对于E1的畸变量，其中E1为恒定转速电机反电势。
5.根据权利要求2所述的一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，所述的畸变量为电机断电运行反电势E4曲线与E2曲线相交点形成的封闭面积之和。
6.根据权利要求4所述的一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，所述的畸变量电机断电运行反电势E4曲线与E1曲线相交点形成的封闭面积之和。
7.根据权利要求1所述的一种电机齿槽转矩的测试方法，其特征在于，所述的畸变率计算如下：
Figure FDA0002770676100000011
其中V1为反电势的基波分量，V2、V3、V4…Vn为电机反电势的谐波分量。
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