CN112254853A - 一种电机齿槽转矩测试方法、装置、电子设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机齿槽转矩测试方法和系统。该电机齿槽转矩测试方法包括：获取横置的被测电机的总转矩；基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩；根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。本发明采用通用电机测试系统对横置的电机进行齿槽转矩测试，根据被测电机的受力组成，计算并从总转矩波形中分离出外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩；本发明采用的通用电机测试系统相对于专业的齿槽转矩测试台成本较低，经测试得到的齿槽转矩相对精确，能满足普通电机测试对精度的要求。

Description

一种电机齿槽转矩测试方法、装置、电子设备和介质

技术领域

本发明实施例涉及永磁电机测试技术，尤其涉及一种电机齿槽转矩测试方法、装置、电子设备和介质。

背景技术

齿槽转矩是永磁电机核心参数指标之一，是高性能永磁电机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题。因其导致电机震动、噪声，所以齿槽转矩的精准测量，一直是电机行业的必须测试项。

行业常见的电机通用指标测试系统仅测试电机通用指标，比如转速，转矩波动等。齿槽转矩测试方法繁多，普遍存在以下几个问题：1、市场对齿槽测试需求很大，但因齿槽转矩系数本身极小，对测试设备要求高，导致真正能测试齿槽的设备少，价格不菲。2、齿槽转矩测试设备多为相对独立、单一的测试设备，测试台均价10-20万，每台电机每测试单次收费4000-6000RMB，市场价格居高不下。

发明内容

本发明提供一种电机齿槽转矩测试方法、装置、电子设备和介质，无需专业的齿槽转矩测试设备，采用通用电机测试系统就能实现齿槽转矩的测试，精度高，成本低。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机齿槽转矩测试方法，包括：

获取横置的被测电机的总转矩；

基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩；

根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。

其中，在获取横置的被测电机的总转矩之前，所述方法还包括：

构建预设的力学模型，所述力学模型中电机横置时转轴的总受力包括静摩擦力、齿槽阻力以及干扰外力，转轴的总转矩包括所述静摩擦力产生的静摩擦力转矩、所述齿槽阻力产生的齿槽转矩以及所述干扰外力的水平分量产生的外力转矩。

其中，所述以第一处理方式确定外力扭矩包括：

对所述总转矩进行拟合算法处理，得到所述外力转矩。

其中，所述总转矩包括波形数据，所述对所述总转矩进行曲线拟合算法处理，得到所述外力转矩包括：

对所述总转矩的波形数据采用高斯曲线拟合法处理，得到所述外力转矩的波形数据。

其中，所述以第二处理方式确定静摩擦力转矩，包括：

对所述总转矩求均值，得到所述静摩擦力转矩。

其中，所述总转矩包括波形数据，所述从所述总转矩中去除外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩，包括：

在所述总转矩的波形数据中去除所述外力转矩的波形数据和所述静摩擦力转矩的波形数据，获得所述齿槽转矩的波形数据。

其中，在获得所述齿槽转矩的波形数据之后，所述方法还包括：基于所述齿槽转矩的波形数据计算出有效齿槽转矩值。

其中，所述基于所述齿槽转矩的波形数据计算出有效齿槽转矩值包括：

将所述齿槽转矩的波形函数代入齿槽转矩有效值计算公式中求得有效齿槽转矩值，所述齿槽转矩有效值计算公式为

其中，Pt为齿槽转矩有效值，U(x)为波形函数，k为求导阶数。

其中，获取横置的被测电机的总转矩之前，所述方法还包括：

将所述被测电机横置安装于测试台，将所述测试台上的拖动电机通过连接轴与所述被测电机连接，所述连接轴上设置扭矩传感器。

第二方面，本发明实施例提供一种电机齿槽转矩测试装置，包括：

获取模块，用于获取横置的被测电机的总转矩；

处理模块，用于基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩；

去除模块，用于根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除出外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的电机齿槽转矩测试方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的电机齿槽转矩测试方法。

本发明采用通用电机测试系统对横置的电机进行齿槽转矩测试，通过拖动电机拖拽被测电机转动，测得总转矩，根据被测电机转轴的受力组成，计算并从总转矩中分离出静摩擦力和干扰的外力，从而得到齿槽转矩的波形函数，进一步的能够计算出被测电机的齿槽转矩；本发明采用的通用电机测试系统相对于专用齿槽转矩测试台成本较低，经测试得到的齿槽转矩相对精确，能满足普通电机测试对精度的要求。

附图说明

图1是本发明实施例一的电机齿槽转矩测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一的电机齿槽转矩测试系统获取的总转矩波形；

图3是本发明实施例一中的电机齿槽转矩测试方法的流程图；

图4是本发明实施例一中被测电机的力学模型；

图5是本发明实施例一中外力转矩的曲线Tx；

图6是本发明实施例一中齿槽转矩的波形；

图7是对比例中专用齿槽测试台获得的总转矩波形；

图8是对比例中外力转矩的曲线Tx；

图9是对比例中齿槽转矩的波形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本实施例提供了一种电机齿槽转矩测试方法，通过测量电机的总转矩并进行分析计算，得到电机的齿槽转矩。

齿槽转矩是永磁电机特有的问题之一，是高性能永磁电机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题。它是在电枢绕组不通电的状态下，因为齿槽间存在间隙，气体磁化后导磁性和永磁铁有差异，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向上产生的转矩。它其实是永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩就是齿槽转矩。齿槽转矩会使电机产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。

如图1所示，所述电机齿槽转矩测试方法由一种电机齿槽转矩测试装置来执行，所述电机齿槽转矩测试装置由软件和/或硬件组成，一般集成于通用电机测试系统中，该通用电机测试系统包括：拖动电机、扭矩传感器、上位机和连接轴。

所述拖动电机与被测电机横置安装于测试台上，即电机的转轴平行于水平面，所述拖动电机通过所述连接轴与所述被测电机刚性连接，所述连接轴上安装有所述扭矩传感器。

所述扭矩传感器与所述上位机通信连接，用于检测所述拖动电机拖拽所述被测电机转动时的总转矩并发送到所述上位机。上位机将接收到的总转矩信息生成总转矩波形如图2所示。

如图3所示，所述电机齿槽转矩测试方法包括如下步骤：

S11，获取横置的被测电机的总转矩。

将拖动电机与所述被测电机横置安装于测试台，拖动电机通过连接轴与被测电机刚性连接，所述连接轴上设置扭矩传感器。

通过扭矩传感器获取所述被测电机的总转矩T，所述总转矩在本方案中既包括由传感器所获得的转矩数值也包括基于该转矩数值得到的波形数据，该波形数据可以是经上位机分析后得到，并通过显示装置进行展示，波形如图2所示。

在此步骤之前，构建电机的预设的力学模型，如图4所示，所述力学模型中电机横置时转轴的总受力包括静摩擦力F1、齿槽阻力F2以及干扰外力F3，所述外力F3至少包括重力、偏心力和对中力等干扰力的一个或多个。转轴的总转矩T包括所述静摩擦力产生的静摩擦力转矩T1、所述齿槽阻力产生的齿槽转矩T2以及所述干扰外力的水平分量产生的外力转矩T3。

S12，基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩。

外力F3为所有干扰力的总和，由于电机横置，外力F3作用到转轴上，转轴为圆柱体，因此外力F3的受力点与竖直方向之间存在夹角β。由于夹角β的存在而测量得到的总转矩T的波形类似正弦波，由此，所述第一处理方式为对所述总转矩波形T进行曲线拟合，如图5所示，得到类似正弦波的曲线为外力转矩曲线Tx，可表示外力转矩T3。

本实施例优选采用高丝最优曲线拟合法，在其他实施例中，也可根据需要选择其他拟合算法。

在其他实施例中，还可以通过分别计算重力、偏心力和对中力等干扰力的一个或多个，再对这些干扰力求矢量和得到外力F3的大小；相应的，所述第一处理方式为计算外力F3在水平方向的分量产生的外力转矩T3＝F3*sin(β)，得到的也是类似正弦波的曲线。

因电机转轴和连接轴均为刚体，属于刚性连接，所以转动过程中静摩擦力F1几乎不变，所述第二处理方式为对所述总转矩T求均值，得到静摩擦力转矩T1＝average(T)。由于总转矩T包括波形数据，因此对总转矩T的波形数据求均值后自然也能够得到静摩擦力转矩T1的波形数据。

在其他实施例中，所述第二处理方式可以为对所述总转矩T的最大值和最小值求均值，即静摩擦力转矩

S13，根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。

根据电机测试行业经验，齿槽转矩F2在转动过程中做功为零，波形通常为小幅摆动简谐波。

根据上述步骤构建的力学模型，电机总转矩T＝静摩擦力转矩T1+齿槽转矩T2+外力转矩T3，根据步骤S12的计算结果，齿槽转矩T2＝T-T1-T3＝T-average(T)-Tx。

在所述总转矩的波形数据中去除所述外力转矩的波形数据和所述静摩擦力转矩的波形数据，获得所述齿槽转矩的波形数据如图6所示。

在获得所述齿槽转矩的波形数据之后，基于所述齿槽转矩的波形数据计算出有效齿槽转矩值，具体为：将所述齿槽转矩的波形函数代入齿槽转矩有效值计算公式中求得有效齿槽转矩值，所述齿槽转矩有效值计算公式为

其中，Pt为齿槽转矩有效值，U(x)为齿槽转矩的波形函数，可通过齿槽转矩的波形数据求得，k为求导阶数，k的含义为沿X轴将波形曲线切割为k-1段。

若将图2所示的总转矩T的波形函数代入所述齿槽转矩有效值计算公式中，计算得到的有效齿槽转矩Pt＝0.008118365778036254N.m，与专业的齿槽转矩测试台测得的结果相差甚远。而将步骤S13计算得到的齿槽转矩T2的波形函数代入所述齿槽转矩有效值计算公式中，最终计算得到的有效齿槽转矩Pt＝0.0003886466423648365N.m，与专业的齿槽转矩测试台测得的结果相近。

本实施例提出了电机转矩简化的力学模型，借助通用电机测试系统采集电机低速转动时的总转矩；应用拟合算法计算总转矩中的外力转矩，根据静摩擦力恒定的原理，通过对总转矩求均值得到静摩擦转矩。根据力学模型，在总转矩中出去外力转矩和静摩擦力转矩，可准确得到齿槽转矩。相对行业现有昂贵的专用齿槽转矩测试系统，本实施例依赖的测试设备简单，成本低，同时借助算法保证齿槽转矩的计算精度，测试方法通用性良好。

对比例

图7所示是采用专用齿槽测试台将被测电机直立测试时获得的总转矩波形，对所述总转矩波形函数进行齿槽转矩有效值计算，得到的有效齿槽转矩Pt＝0.0003100510012015514N.m。

采用上述实施例一同样的方法分别计算外力转矩和静摩擦力转矩，由于电机为直立测试，夹角β很小，如图8所示，对总转矩波形进去曲线拟合的结果为一条幅值极小的曲线，该曲线趋近于直线；采用步骤S13同样方法进行计算，如图9所示为齿槽转矩的波形，进一步通过齿槽转矩有效值计算公式计算得到的有效齿槽转矩Pt＝0.0003120710317165013N.m。

如下表1所示，本发明实施例一所述的电机齿槽转矩测试方法测得的齿槽转矩，与专业齿槽转矩测试台测得的齿槽转矩相比，测试结果近似。

实施例二

本实施例提供一种电机齿槽转矩测试装置，用于执行上述实施例一的电机齿槽转矩测试方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果，可由软件和/或硬件组成，集成于所述通用电机测试系统的上位机中。

所述电机齿槽转矩测试装置包括：

获取模块，用于获取横置的被测电机的总转矩；

处理模块，用于基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩；

去除模块，用于根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除出外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。

实施例三

本实施例提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的电机齿槽转矩测试方法。

该电子设备中处理器的数量可以是一个或多个，设备中的处理器、存储器可以通过总线或其他方式连接，存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电机齿槽转矩测试方法对应的程序指令/模块。

处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行该电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的电机齿槽转矩测试方法。

存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

实施例四

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上实施例所述的电机齿槽转矩测试方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，包括：

获取横置的被测电机的总转矩；

基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩；

根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。

2.根据权利要求1所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，在获取横置的被测电机的总转矩之前，所述方法还包括：

构建预设的力学模型，所述力学模型中电机横置时转轴的总受力包括静摩擦力、齿槽阻力以及干扰外力，转轴的总转矩包括所述静摩擦力产生的静摩擦力转矩、所述齿槽阻力产生的齿槽转矩以及所述干扰外力的水平分量产生的外力转矩。

3.根据权利要求1所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，所述以第一处理方式确定外力扭矩包括：

对所述总转矩进行拟合算法处理，得到所述外力转矩。

4.根据权利要求3所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，所述总转矩包括波形数据，所述对所述总转矩进行曲线拟合算法处理，得到所述外力转矩包括：

对所述总转矩的波形数据采用高斯曲线拟合法处理，得到所述外力转矩的波形数据。

5.根据权利要求1所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，所述以第二处理方式确定静摩擦力转矩，包括：

对所述总转矩求均值，得到所述静摩擦力转矩。

6.根据权利要求1所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，所述总转矩包括波形数据，所述从所述总转矩中去除外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩，包括：

在所述总转矩的波形数据中去除所述外力转矩的波形数据和所述静摩擦力转矩的波形数据，获得所述齿槽转矩的波形数据。

7.根据权利要求6所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，在获得所述齿槽转矩的波形数据之后，所述方法还包括：基于所述齿槽转矩的波形数据计算出有效齿槽转矩值。

8.根据权利要求7所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，所述基于所述齿槽转矩的波形数据计算出有效齿槽转矩值包括：

将所述齿槽转矩的波形函数代入齿槽转矩有效值计算公式中求得有效齿槽转矩值，所述齿槽转矩有效值计算公式为

其中，Pt为齿槽转矩有效值，U(x)为波形函数，k为求导阶数。

9.根据权利要求1所述的电机齿槽转矩测试方法，其特征在于，获取横置的被测电机的总转矩之前，所述方法还包括：

将所述被测电机横置安装于测试台，将所述测试台上的拖动电机通过连接轴与所述被测电机连接，所述连接轴上设置扭矩传感器。

10.一种电机齿槽转矩测试装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取横置的被测电机的总转矩；

处理模块，用于基于所述总转矩，以第一处理方式确定外力转矩，以第二处理方式确定静摩擦力转矩；

去除模块，用于根据预设的力学模型，从所述总转矩中去除出外力转矩和静摩擦力转矩，获得齿槽转矩。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的电机齿槽转矩测试方法。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述的电机齿槽转矩测试方法。

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