CN110501170A - 一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，涉及汽车及工程车辆检测设备技术领域，解决了现有技术中测功机占地面积大，机械传动环节多，效率低，故障发生率高的技术问题。该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、扭矩测量器及转毂，主轴通过轴承单元固定安装在底座上。转毂通过第一轴承安装在主轴上，转毂由永磁同步电机提供阻力。永磁同步电机包括定子组件及转子组件；定子组件固定安装在主轴上，转子组件固定安装于转毂上。本发明转子组件与转毂集成，直接带动转毂转动，定子组件设置在电机内部且固定不动，结构紧凑，减少占地面积，减少了机械传动环节，提高了效率，同时也降低了故障发生率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车及工程车辆检测设备技术领域，具体来说，是指一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机。
背景技术
底盘测功机是一种用来测试汽车及工程车辆动力性、多工况排放指标、燃油指标、纯电续航里程等性能的室内台架试验设备，底盘测功机通过滚筒模拟路面，计算出道路模拟方程，并用加载装置进行模拟，实现对汽车及工程车辆各工况的准确模拟，它可用于汽车及工程车辆的加载调试，诊断车辆在负载条件下出现的故障；底盘测功机使用方便，性能可靠，不受外界条件的影响。在不解体汽车的前提下，能够准确快速地检测出汽车各个系统、部件的使用性能。底盘测功机既可以用于汽车科学试验，也可以用于维修检测。
现有的测功机如图5所示，包括设置在滚筒轴承座4'中部的滚筒5'，在滚筒轴承座4'外部设置有电机1'。电机1'包括电机定子111'和电机转子112'，电机定子111'固定，电机转子112'旋转。电机转子112'通过减速机2'、联轴器3'同轴带动滚筒5'旋转。现有技术中的测功机，占地面积大，通过减速机和联轴器带动滚筒转动，机械传动环节多，效率低，故障发生率高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，以解决现有技术中测功机占地面积大，机械传动环节多，效率低，故障发生率高的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供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、扭矩测量器及转毂，所述主轴通过轴承单元固定安装在所述底座上；所述转毂通过第一轴承安装在所述主轴上，所述转毂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毂上，与所述定子组件相对应；所述扭矩测量器用于测量所述转子组件在受到定子组件产生的电磁力时对所述定子组件产生的反作用力，所述编码器用于测量所述转毂的转速及转角。
与现有技术相比，本发明有益效果是：本发明通过将电机设置成外转子和内定子结构，转子组件与转毂集成，直接带动转毂转动，定子组件设置在电机内部且固定不动，结构紧凑，减少占地面积，减少了机械传动环节，提高了效率，同时也降低了故障发生率。由于没有机械传动所以提高了动态响应能力。并且永磁电机相对异步电机控制精度高，由永磁同步电机直接对转毂提供电磁阻力，减少了中间传动零部件，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。
优选的，所述永磁同步电机为多片式盘式永磁同步电机。
多片式盘式电机可以提高系统的可靠性，少量片电机故障时不会对整个系统的使用造成致命的影响。
优选的，所述扭矩测量器包括旋转部、静止部及压力传感器；所述旋转部可旋转地连接在所述静止部上；所述压力传感器置于所述旋转部与静止部之间，用于感应所述旋转部转动时相对于静止部的扭力；所述旋转部中心设有用于所述主轴穿过的通孔，所述旋转部固定安装所述转毂上；所述静止部固定安装在所述底座上。
扭矩测量器结构可与转毂直接通过螺栓连接，减小设备的体积，且减少了扭矩传动机构，使得数据测量的响应速度更快，更加精准。
优选的，所述转子组件包括若干转子辅轴及若干沿主轴轴心线均布在所述转子辅轴上的磁钢基板，所述转子辅轴固定安装在所述转毂上。
所述转子辅轴为所述磁钢基板提供一个可以精准定位的模板，方便磁钢基板的安装，且使得电机转子组件与转毂可进行分开加工，降低了加工难度，方便采用可拆式的连接方式设计，方便后期的更换、维护。
优选的，所述定子组件包括有若干定子基座及定子单元，所述定子基座沿主轴轴心线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。
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。
优选的，所述永磁同步电机安装在转毂内，转毂内壁设有隔热层，所述主轴为空心轴并设有水口，水口包括进水口和出水口。
引入外部水冷系统，调高散热效率，加快了电机的散热速度，可使得电机长时间处于最佳的工作温度中，增强了设备的可靠性，解决了本发明在大功率应用时的散热问题。带走的热量直接排出至环境仓外，也避免了对环境仓温度的影响。隔热层有效将电机的温度与所在环境仓隔绝，防止电机运行过程中产生的温度对环境仓试验的温度产生影响。
优选的，所述定子基座内部设置有水路，水路分别与进水口和出水口连通。
优选的，所述定子单元包括若干呈圆盘结构的定子模块；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。
模块化的设计打破了传统定子铁心整体制作的工艺，降低了定子铁心半径，原理是将定子铁心分成若干可独立控制的定子单元，在编码器精准读取转子与定子的相对位置情况下，每个单一的定子单元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，进而为转毂提供模拟阻力或惯性量，若单一的定子模块损坏，使用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。
优选的，所述定子基座呈圆盘结构，所述定子模块分布在所述各自定子基座上。
优选的，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扭矩测量器或定子组件上，所述感应元件安装在所述转毂上，与所述码盘相对应。
有效地利用了永磁同步电机自身的编码器对主轴的转速、转角进行读取，提高了元器件的利用率，节省成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1中本发明示意图；
图2是实施例2中本发明示意图；
图3是实施例3中本发明示意图；
图4是实施例3中本发明侧视图；
图5是现有技术中测功机示意图。
图中：1-底座，111-底板，112-支撑柱，2-轴承单元，21-轴承座，22-第二轴承，3-主轴，4-编码器，41-感应元件，42-码盘，5-第一轴承，6-转毂，7-转子组件，71，转子辅轴，72-磁钢基板，73-磁钢，8-定子组件，81-定子单元，82-定子基座，9-隔热层，10-引接线口，11-键，12-水口，121-进水口，122-出水口，13-扭矩测量器，131-旋转部，132-压力传感器，133-静止部，411-测量轮，422-编码器单元，433-编码器安装座，1311-关节轴承，1322-拉压力传感器，1333-安装座，1344-扭矩支架，14-支架键，1'-电机，111'-电机定子，112'-电机转子，2'-减速机，3'联轴器，4'-滚筒轴承座，5'-滚筒。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1：
如图1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、轴承单元2、主轴3、编码器4、第一轴承5、转毂6及扭矩测量器13。底座1包括底板111及设置在底板111两侧的支撑柱112。主轴3通过轴承单元2固定安装在支撑柱112之间。轴承单元2包括轴承座21和第二轴承22。转毂6通过第一轴承5安装在主轴3上，转毂6由永磁同步电机提供电磁阻力来模拟机械惯量。永磁同步电机包括转子组件7及定子组件8。定子组件8固定安装在主轴3上，为转子组件7提供旋转的阻力磁场。具有永磁特性的转子组件7固定安装于转毂6上，与定子组件8相对应。扭矩测量器13用于测量转毂6及转子组件7在受到定子组件8产生的电磁力时对定子组件8产生的反作用力，编码器4用于测量转毂6的转速及转角。主轴3上设置有引接线口10，电机的引接线通过轴孔，穿过引接线口10连接到定子组件8上。每片电机的引接线分别引出，一起并联接在变频器上，同时在安装时调整好各片电机的电角度，满足多片电机并联运行的要求，从而提高电机的可靠性。
优选地，扭矩测量器13包括旋转部131、静止部133及压力传感器132。旋转部131通过压力传感器132可旋转地连接在静止部133上。压力传感器132置于旋转部131与静止部133之间，用于感应旋转部131转动时相对与静止部133的扭力。旋转部131固定安装在转毂6上，静止部133固定安装在轴承单元2上。转子组件7包括磁钢基板72、磁钢73及若干绕主轴3轴心线均布在磁钢基板上的转子辅轴71。转子辅轴71绕主轴3轴心线均匀固定安装在转毂6上，磁钢基板通过键11固定安装主轴3上。定子组件8包括有定子基座82及定子单元81，定子基座82固定安装在主轴3上，定子单元81固定安装在定子基座82上。进一步地，定子单元81包括若干呈圆盘结构的定子模块，定子模块包括有定子铁心及缠绕在定子铁心上的定子绕组。定子基座82呈圆盘状，定子组件8沿主轴3轴心线与转子组件7相互交叉间隔均布。永磁同步电机安装在转毂6内，转毂6内壁设有隔热层9，主轴3上开设有水口12，水口12包括进水口121及出水口122，进水口121与外部的冷水系统连接。定子基座82作为水冷盘，在保证强度的同时，在定子基座82内部设置有水路，水路分别与进水口121和出水口122连通。编码器4包括码盘42及感应码盘42的感应元件41，码盘42安装在转毂6上，感应元件41安装在轴承单元2上，与码盘42相对应。
工作时，车辆轮胎与转毂6接触，启动后车辆的轮胎带动转毂6旋转，而此时，转毂6在永磁同步电机的定子组件8及转子组件7的电磁力作用下，采用全电惯量模拟技术自动模拟车辆在道路行驶过程中的阻力，进而实现对车辆行驶过程各个参数的测量。编码器4用于检测转毂6的转速及转角，定子组件8对固定在转毂6上的转子组件7产生力的同时，由于力是相互的，所以转子组件7也会对定子组件8产生一个反作用力，此反作用力传递给扭矩测量器13测得数据。
实施例2：
如图2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、轴承单元2、主轴3、编码器4、第一轴承5、转毂6及扭矩测量器13。底座1包括底板111及设置在底板111两侧的支撑柱112。主轴3通过轴承单元2固定安装在支撑柱112之间。轴承单元2包括轴承座21和第二轴承22。转毂6通过第一轴承5安装在主轴3上，转毂6由永磁同步电机提供电磁阻力来模拟机械惯量。永磁同步电机包括转子组件7及定子组件8。定子组件8固定安装在主轴3上，为转子组件7提供旋转的阻力磁场。具有永磁特性的转子组件7固定安装于转毂6上，与定子组件8相对应。扭矩测量器13用于测量转毂6及转子组件7在受到定子组件8产生的电磁力时对定子组件8产生的反作用力。编码器4用于测量转毂6的转速及转角。主轴3上设置有引接线口10，电机的引接线通过轴孔，穿过引接线口10连接到定子组件8上。每片电机的引接线分别引出，一起并联接在变频器上，同时在安装时调整好各片电机的电角度，满足多片电机并联运行的要求，从而提高电机的可靠性。
优选地，扭矩测量器13包括旋转部131、静止部133及压力传感器132。旋转部131通过压力传感器132可旋转地连接在静止部133上，压力传感器132置于旋转部131与静止部133之间，用于感应旋转部131转动时相对与静止部133的扭力。旋转部131固定安装在转毂6上；静止部133固定安装在轴承单元2上。转子组件7包括磁钢基板72、磁钢73及若干绕主轴3轴心线均布在磁钢基板上的转子辅轴71，转子辅轴71绕主轴3轴心线均匀固定安装在转毂6上，磁钢基板通过键11固定安装主轴3上。定子组件8包括有定子基座82及定子单元81，定子基座82固定安装在主轴3上，定子单元81固定安装在定子基座82上。进一步地，定子单元81包括若干呈圆盘结构的定子模块，定子模块包括有定子铁心及缠绕在定子铁心上的定子绕组。定子基座82呈圆盘状，定子组件8沿主轴3轴心线与转子组件7相互交叉间隔均布。永磁同步电机安装在转毂6内，转毂6内壁设有隔热层9。主轴3上开设有水口12，水口12包括进水口121及出水口122，进水口121与外部的冷水系统连接。定子基座82作为水冷盘，在保证强度的同时，在定子基座82内部设置有水路，水路分别与进水口121和出水口122连通。编码器4包括测量轮411、编码器单元422及安装在轴承单元2上的编码器安装座433，测量轮411与转毂6摩擦接触，编码器单元422安装在编码器安装做43上。
工作时，车辆轮胎与转毂6接触，启动后车辆的轮胎带动转毂6旋转，而此时，转毂6在永磁同步电机的定子组件8及转子组件7的电磁力作用下，采用全电惯量模拟技术自动模拟车辆在道路行驶过程中的阻力，进而实现对车辆行驶过程各个参数的测量，编码器4用于检测转毂6的转速及转角，定子组件8对固定在转毂6上的转子组件7产生力的同时，由于力是相互的，所以转子组件7也会对定子组件8产生一个反作用力，此反作用力传递给扭矩测量器13测得数据。
实施例3：
如图3、图4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、轴承单元2、主轴3、编码器4、第一轴承5、转毂6及扭矩测量器13。底座1包括底板111及设置在底板111两侧的支撑柱112。主轴3通过轴承单元2固定安装在支撑柱112之间。轴承单元2包括轴承座21和第二轴承22。转毂6通过第一轴承5安装在主轴3上，转毂6由永磁同步电机提供电磁阻力来模拟机械惯量。永磁同步电机包括转子组件7及定子组件8。定子组件8固定安装在主轴3上，为转子组件7提供旋转的阻力磁场。具有永磁特性的转子组件7固定安装于转毂6上，与定子组件8相对应。扭矩测量器13用于测量转毂6及转子组件7在受到定子组件8产生的电磁力时对定子组件8产生的反作用力。编码器4用于测量转毂6的转速及转角。主轴3上设置有引接线口10，电机的引接线通过轴孔，穿过引接线口10连接到定子组件8上。每片电机的引接线分别引出，一起并联接在变频器上，同时在安装时调整好各片电机的电角度，满足多片电机并联运行的要求，从而提高电机的可靠性。
优选地，扭矩测量器13包括关节轴承1311、拉压力传感器1322、安装座1333及扭矩支架1344。拉压力传感器1322两端分别通过关节轴承1311与安装座1333和扭矩支架1344连接，用于感应扭矩支架1344转动时相对与安装座1333的拉压力。扭矩支架1344通过扭矩键14固定安装在转毂6上；安装座1333固定安装在支撑柱112上。转子组件7包括磁钢基板72、磁钢73及若干绕主轴3轴心线均布在磁钢基板上的转子辅轴71。转子辅轴71绕主轴3轴心线均匀固定安装在转毂6上，磁钢基板通过键11固定安装主轴3上。定子组件8包括有定子基座82及定子单元81，定子基座82固定安装在主轴3上，定子单元81固定安装在定子基座82上。进一步地，定子单元包括若干呈圆盘结构的定子模块，定子模块包括有定子铁心及缠绕在定子铁心上的定子绕组。定子基座82呈圆盘状，定子组件沿主轴3轴心线与转子组件7相互交叉间隔均布。永磁同步电机安装在转毂6内，转毂6内壁设有隔热层9，主轴3上开设有水口12，水口12包括进水口121及出水口122，进水口121与外部的冷水系统连接。定子基座82作为水冷盘，在保证强度的同时，在定子基座82内部设置有水路，水路分别与进水口121和出水口122连通。编码器4包括码盘42及感应码盘42的感应元件41，码盘42安装在转毂6上，感应元件41安装在轴承单元2上，与码盘42相对应。
工作时，车辆轮胎与转毂6接触，启动后车辆的轮胎带动转毂6旋转，而此时，转毂6在永磁同步电机的定子组件8及转子组件7的电磁力作用下，采用全电惯量模拟技术自动模拟车辆在道路行驶过程中的阻力，进而实现对车辆行驶过程各个参数的测量，编码器4用于检测转毂6的转速及转角，定子组件8对固定在转毂6上的转子组件7产生力的同时，由于力是相互的，所以转子组件7也会对定子组件8产生一个反作用力，此反作用力传递给扭矩测量器13测得数据。
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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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(1)、主轴(3)、编码器(4)、扭矩测量器(13)及转毂(6)，所述主轴(3)通过轴承单元(2)固定安装在所述底座(1)上；所述转毂(6)通过第一轴承(5)安装在所述主轴(3)上，所述转毂(6)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(8)及转子组件(7)；所述定子组件(8)固定安装在所述主轴(3)上，为所述转子组件(7)提供旋转的阻力磁场；具有永磁特性的所述转子组件(7)固定安装于所述转毂(6)上，与所述定子组件(8)相对应；所述扭矩测量器(13)用于测量所述转子组件(7)在受到定子组件(8)产生的电磁力时对所述定子组件(8)产生的反作用力，所述编码器(4)用于测量所述转毂(6)的转速及转角。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述永磁同步电机为多片式盘式永磁同步电机。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述扭矩测量器(13)包括旋转部(131)、静止部(133)及压力传感器(132)；所述旋转部(131)可旋转地连接在所述静止部(133)上；所述压力传感器(132)置于所述旋转部(131)与静止部(133)之间，用于感应所述旋转部(131)转动时相对于静止部(133)的扭力；所述旋转部(131)中心设有用于所述主轴(3)穿过的通孔，所述旋转部(131)固定安装所述转毂(6)上；所述静止部(133)固定安装在所述底座(1)上。
4.根据权利要求2所述的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(7)包括若干转子辅轴(71)及若干沿主轴(3)轴心线均布在所述转子辅轴(71)上的磁钢(73)基板(72)，所述转子辅轴(71)固定安装在所述转毂(6)上。
5.根据权利要求4所述的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(8)包括有若干定子基座(82)及定子单元(81)，所述定子基座(82)沿主轴(3)轴心线固定安装在所述主轴(3)上，所述定子单元(81)固定安装在所述定子基座(82)上。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述永磁同步电机安装在转毂(6)内，转毂(6)内壁设有隔热层(9)，所述主轴(3)为空心轴并设有水口(12)，水口(12)包括进水口(121)和出水口(122)。
7.根据权利要求6所述的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(82)内部设置有水路，水路分别与进水口(121)和出水口(122)连通。
8.根据权利要求5所述的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(81)包括若干呈圆盘结构的定子模块；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。
9.根据权利要求8所述的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(82)呈圆盘结构，所述定子模块分布在所述各自定子基座(82)上。
10.根据权利要求1所述的永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机，其特征在于，所述编码器(4)包括码盘(42)及感应所述码盘(42)的感应元件(41)，所述码盘(42)安装在所述扭矩测量器(13)或定子组件(8)上，所述感应元件(41)安装在所述转毂(6)上，与所述码盘(42)相对应。
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