CN115407198B - 一种轮毂电机性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮毂电机性能测试装置及方法，步进电机通过螺钉与上固定板上的第一螺孔连接，上固定板的第一台阶孔通过螺钉与导杆上端的内螺纹孔连接，连接螺栓通过滑动板中间的第二中心孔与压力传感器的下端连接，U型支架通过轴销安装有所述路面模拟转轮，下底座的中间位置通过螺栓安装有U型支座，U型支座内通过双头螺栓轴安装有轮毂电机；轮毂电机的上方与路面模拟转轮接触；控制中心通过线缆分别与步进电机、压力传感器和轮毂电机连接。本发明测试结果准确可靠，实现了轮毂电机在不同负载力、不同路面下的电性能和转矩性能的测量评价，大大提高了汽车构件的装车质量。
Description
技术领域
本发明涉及轮毂电机测试技术，具体涉及一种轮毂电机的电性能和转矩性能测试装置及方法。
背景技术
轮毂电机是传动效率最高的分布式驱动系统，通过将驱动电机设计安装在车轮内部，输出转矩直接传输到车轮，使得汽车结构大为简化，轮毂电机技术和应用通过颠覆式创新改变传统汽车传动系统，在新能源汽车行业颇具前瞻性被广泛关注，并被认作是未来新能源汽车驱动技术的主流发展趋势，其产业化发展前景巨大。
但是对于轮毂电机的性能测试以往都是需要在与汽车进行装配后才能进行，尤其不能对轮毂电机进行单独的测试，因此大大增加了测试成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种轮毂电机性能测试系统及方法，实现轮毂电机在不同负载力和不同路面下电性能和转矩性能的测量，并降低测试成本，提高汽车构件的质量控制能力。
本发明的目的是这样实现的。一种轮毂电机性能测试装置，包括步进电机、压力传感器、滑动板、路面模拟转轮、下底座和控制中心，所述步进电机连接有减速器，减速器设置有蜗杆轴；步进电机通过螺钉经底座上的通孔与上固定板上的第一螺孔连接；
所述上固定板呈三角形，且三角处设置有第一台阶孔，上固定板的中间设置有第一中心孔，第一中心孔略大于蜗杆的外径，第一中心孔外周设置与步进电机底座的通孔相对应匹配的第一螺孔；
所述上固定板的第一台阶孔通过螺钉与导杆上端的内螺纹孔连接，蜗杆轴的下端顶接于所述压力传感器上端装有的螺栓头的顶面，压力传感器的一侧设置有接线口；
所述滑动板呈三角形，且三角处均装有滑套，导杆穿于滑套的通孔内，连接螺栓通过滑动板中间的第二台阶孔与压力传感器的下端连接，滑动板的下面固定安装有U型支架，U型支架通过轴销安装有所述路面模拟转轮；
所述下底座呈三角形，且三角处均设置有第三台阶孔，下底座的中间位置通过螺栓安装有U型支座，U型支座内通过双头螺栓轴安装有轮毂电机；下底座的第三台阶孔通过螺钉与所述导杆下端的内螺纹连接；轮毂电机的上方与路面模拟转轮接触；所述控制中心通过线缆分别与步进电机、压力传感器和轮毂电机连接；
所述控制中心内设置有直流电源、电流钳、数据采集卡、控制器、称重显示器、个人电脑、交流电源和驱动器，所述交流电源通过控制器与步进电机连接；压力传感器连接有称重显示器；直流电源经驱动器分别与轮毂电机和电流钳连接，驱动器把直流电转变为三相交流电为轮毂电机提供工作电压；电流钳采集轮毂电机中的一相电流信号并经数据采集卡与个人电脑通讯连接。
进一步，所述电流钳用于测量轮毂电机的一相电流信号。
进一步，所述数据采集卡与安装有正版Labview软件的个人电脑连接，并配套装有Labview开发程序，用于数据处理。
进一步，所述称重显示器用于实时显示压力传感器测量的压力值。
进一步，所述路面模拟转轮的周向面设置有模拟路面的作用面，该作用面由粗糙度和平整度构成，用于对轮毂电机加载模拟平滑路面、颠簸路面状态。
进一步，所述步进电机用于对轮毂电机施加不同的负载力，模拟轮毂电机承受的不同载荷或模拟爬坡状态。
一种轮毂电机性能测试装置的测试方法，其步骤如下：
1)安装调试：对轮毂电机性能测试装置进行安装并调试；
2)加载测试：通过按下控制器的启动按钮给轮毂电机施加负载力，并观察称重显示器的显示值，如果达到预设值，则关闭启动按钮；
3)驱动轮毂电机：通过驱动器给轮毂电机的定子通电，通电后定子电磁驱动轮毂电机转子，进而驱动轮毂电机旋转；
4)采集测试数据：轮毂电机通电后，用控制中心的电流钳采集轮毂电机实时的电信号数据，并经数据采集卡进行分析，得出轮毂电机的电流和转矩特性；
5)评价结果：改变对轮毂电机施加的负载力或更换模拟各种不同路面的路面模拟转轮，重复步骤1)-4)，得到测试和评价结果。
本发明通过控制器给轮毂电机施加负载力，通过路面模拟转轮来模拟行驶路面，以模拟轮毂电机的行驶状态；通过电流钳和数据采集卡采集轮毂电机的电流信号，经Labview软件内置程序进行快速傅里叶变换提取电流基波幅值和基波频率，进而得出电机的电流和转矩特性，测试结果准确可靠，实现了轮毂电机在不同负载力、不同路面下的电性能和转矩性能的测量评价，大大提高了汽车构件的装车质量。
附图说明
图1是本发明的整体轴测结构示意图；
图2是本发明中步进电机1的立体结构示意图；
图3是本发明中上固定板2的立体结构示意图；
图4是本发明中压力传感器3的立体结构示意图；
图5是本发明中滑动板4和路面模拟转轮6连接结构的立体示意图；
图6是本发明中轮毂电机7的安装结构示意图；
图7是本发明的控制中心11示意图；
图8是本发明的控制中心11内部结构连接示意图。
图中：1.步进电机，1-1.减速器，1-2.蜗杆轴；2.上固定板，2-1.第一螺孔，2-2.第一台阶孔，2-3.第一中心孔；3.压力传感器，3-1.螺栓头，3-2.接线口；4.滑动板，4-1.连接螺栓，4-2.滑套；5.U型支架，5-1.轴销；6.路面模拟转轮；7.轮毂电机；8.U型支座，8-1.双头螺杆轴；9.下底座，9-1.第三台阶孔；10.导杆；11.控制中心，11-1.直流电源，11-2.电流钳，11-3.数据采集卡，11-4.控制器，11-5.称重显示器，11-6.个人电脑，11-7.交流电源，11-8.驱动器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1至图8，一种轮毂电机电性能和转矩性能测试装置，上固定板2、滑动板4、和下底座9均呈外形对应的三角形，并且在上固定板2和下底座9的三角处均设有台阶孔，在滑动板4的三角处安装有滑套4-2，三根导杆10分别穿过滑套4-2，导杆10上端的内螺纹孔通过螺钉与上固定板2的台阶孔2-2连接，导杆10下端的内螺纹通过螺钉与下底座9的台阶孔9-1连接(如图1所示)。
步进电机1的型号是130步进电机，与步进电机1连接的是型号为SWL5T的蜗轮蜗杆减速器1-1(如图2所示)，步进电机1与减速器1-1用螺钉连接为一个整体，并可以为轮毂电机7提供1吨的负载。减速器1-1的机座与上固定板2通过螺钉连接，步进电机1与控制器11-4(型号为KH-01)电连接，控制器11-4通过22V交流电源11-7供电，其中控制器11-4通过自带的控制面板上的启停按钮来控制步进电机1的通断电，步进电机1通电以后会驱动蜗杆轴1-2把力加载到压力传感器3上。
上固定板2的中间设置有一个中心孔2-3(如图3所示)，该中心孔2-3略大于蜗杆1-2的外径，中心孔2-3的外周设置与步进电机1底座的通孔相对应匹配的螺孔2-1。上固定板2的台阶孔2-2通过螺钉与导杆10上端的内螺纹孔连接，蜗杆轴1-2穿过中心孔2-3，且蜗杆轴1-2下端顶于压力传感器3上面的螺栓头3-1，通过螺栓头3-1将蜗杆轴1-2施加的力传递给压力传感器3(如图4所示)，压力传感器3的接线口3-2与称重显示器11-5电连接，并实时显示通过步进电机1加载的力，同时可以根据负载力的大小作为步进电机1通断电的开环控制信号，其中压力传感器3可以承受2吨的负载。连接螺栓4-1从滑动板4底部的台阶孔穿过并与压力传感器3下端的螺孔配合连接，把压力传感器3固定在滑动板4上。
滑动板4呈三角形，且三角处均安装有滑套4-2，滑套4通过螺钉固定在滑动板4上，导杆10穿于滑套4-2的通孔内，滑动板4的下面固定安装有一个U型支架5，U型支架5通过轴销5-1安装有一个路面模拟转轮6，其周向面设置为模拟路面的作用面，该作用面由粗糙度和平整度构成，用于对轮毂电机7加载模拟平滑路面或颠簸路面的状态，也可对轮毂电机7加载模拟为爬坡状态，以便用来模拟不同路面的情况和不同载荷或模拟爬坡状态(如图5所示)。
下底座9也呈三角形，且三角处均设置有台阶孔9-1，下底座9的中间位置通过螺钉安装有一个U型支座8，U型支座8内通过双头螺栓轴8-1安装有一个轮毂电机7，该轮毂电机7为被测试电机，直流电源11-1为轮毂电机7携带的驱动器11-8提供工作电压，通过驱动器来控制轮毂电机7的启停；下底座9三角处的三个台阶孔9-1通过螺钉与导杆10下端的内螺纹连接；轮毂电机7的上方与路面模拟转轮6接触(如图6所示)。
轮毂电机7在初始情况下空载运行，当控制中心11控制步进电机1对轮毂电机7进行加载时，会使步进电机1的电流增大、转矩增大。在转速产生一定的波动后，再经过轮毂电机7携带的驱动器11-8内的速度环调节后再次达到稳定状态。控制中心11(如图7和图8所示)内部的直流电源11-1与轮毂电机7携带的驱动器11-8连接供电，经驱动器11-8内部的逆变器把直流电转变为三相交流电，为轮毂电机7提供工作电压，用电流钳11-2测量轮毂电机7其中的一相电流信号，经数据采集卡11-3与Labview通讯连接，并经过与数据采集卡11-3配套的Labview程序个人电脑11-6进行数据处理，电流信号通过Labview快速傅里叶变换提取基波频率，从而得到被测轮毂电机7的转速ω，基频的振幅为电机电流I，由公式(1)电机外加电压U已知，电机电阻R可通过万用表测得，电机的反电动势E就可得到；由公式(2)可以得到Ke，由于永磁电机KT＝Ke所以由公式(3)就能得到Te，其中公式(1)(2)(3)用Labview编程实现对Te的求取。
由电动势电压公式：
U＝E+IR (1)
E＝Keω (2)
Te＝KTI (3)
其中，U为电动势，E为内电压，I为电流，R为电阻，Ke，KT为待求系数(且Ke＝KT)，ω为电机的转速，轮毂电机转矩Te。已知电机的电压给定输入电压，电流I，电阻R，可以求得内电压E的大小。再根据控制中心11所给定的转速ω，可以得到Ke的大小，由上述公式可得转矩Te的大小。
本发明中：直流电源的型号为DQ-10000S-310。
电流钳的型号为CC-650，用于测量轮毂电机中一相电流的信号。
数据采集卡的型号为DAM-3502，并与安装有正版Labview软件的个人电脑11-6连接，且配套有Labview开发程序，用于数据处理。
控制器的型号为KH-01。
称重显示器的型号为PSD500，用于实时显示压力值。
驱动器的型号为YL310WB15A。
压力传感器的型号为PSD-S1/20000KG。
一种轮毂电机性能测试装置的测试步骤如下：
1)安装调试：对轮毂电机7性能测试装置进行安装和调试；
2)加载测试：通过按下步进电机控制器11-4的启动按钮给轮毂电机7施加负载力，并观察称重显示器11-5的显示值，如果达到预设值，则关闭启动按钮；
3)驱动轮毂电机7：通过驱动器11-8给轮毂电机7定子通电，通电后轮毂电机7定子电磁驱动轮毂电机7的转子，进而驱动轮毂电机7旋转；
4)采集测试数据：轮毂电机7通电后，控制中心11的电流钳11-2采集轮毂电机7实时的电信号数据，并将采集到的测试数据经数据采集卡11-3传输到Labview，并经过与采集卡相配套的Labview程序进行分析，得出轮毂电机7的电流和转矩特性；
5)评价结果：更换模拟各种不同路面的路面模拟转轮6，在测试过程中，可根据路面模拟转轮6的周向面形成模拟路面的作用面粗糙度和平整度，选择或替换不同的路面模拟转轮6以模拟平滑路面、颠簸路面，还可以通过步进电机1对轮毂电机7加载以模拟不同负载或爬坡状态。重复步骤1)-5)，得到测试和评价结果。得到结果如下：1.平滑路面下不同负载下的电流和转矩特性图；2.颠簸路面下不同负载下的电流和转矩特性图。其中所得到的所有电流和转矩特性图在一个图形界面下显示进行对比评价。
本发明的测试装置可以通过更换不同类型的轮毂电机7的方式来单独进行测试，测试方式非常方便。对采集的测试数据通过Labview编程的方式进行分析，并实时输出测量的电流信号和转矩信号，测试原理简单，并可以快速得到测试结果。
Claims (7)
1.一种轮毂电机性能测试装置，包括步进电机（1）、压力传感器（3）、滑动板（4）、路面模拟转轮（6）、下底座（9）和控制中心（11），其特征在于：
所述步进电机（1）连接有减速器（1-1），减速器（1-1）设置有蜗杆轴（1-2）；步进电机（1）通过螺钉经底座上的通孔与上固定板（2）上的第一螺孔（2-1）连接；
所述上固定板（2）呈三角形，且三角处设置有第一台阶孔（2-2），上固定板（2）的中间设置有第一中心孔（2-3），第一中心孔（2-3）略大于蜗杆轴（1-2）的外径，第一中心孔（2-3）外周设置与步进电机（1）底座的通孔相对应匹配的第一螺孔（2-1）；
所述上固定板（2）的第一台阶孔（2-2）通过螺钉与导杆（10）上端的内螺纹孔连接，蜗杆轴（1-2）的下端顶接于所述压力传感器（3）上端装有的螺栓头（3-1）的顶面，压力传感器（3）的一侧设置有接线口（3-2）；
所述滑动板（4）呈三角形，且三角处均装有滑套（4-2），导杆（10）穿于滑套（4-2）的通孔内，连接螺栓（4-1）通过滑动板（4）中间的第二中心孔与压力传感器（3）的下端连接，滑动板（4）的下面通过螺钉固定安装有U型支架（5），U型支架（5）通过轴销（5-1）安装有所述路面模拟转轮（6）；
所述下底座（9）呈三角形，且三角处均设置有第三台阶孔（9-1），下底座（9）的中间位置通过螺栓安装有U型支座（8），U型支座（8）内通过双头螺栓轴（8-1）安装有轮毂电机（7）；下底座（9）的第三台阶孔（9-1）通过螺钉与所述导杆（10）下端的内螺纹连接；轮毂电机（7）的上方与路面模拟转轮（6）接触；所述控制中心（11）通过线缆分别与步进电机（1）、压力传感器（3）和轮毂电机（7）连接；
所述控制中心（11）内设置有直流电源（11-1）、电流钳（11-2）、数据采集卡（11-3）、控制器（11-4）、称重显示器（11-5）、个人电脑（11-6）、交流电源（11-7）和驱动器（11-8），所述交流电源（11-7）通过控制器（11-4）与步进电机（1）连接；压力传感器（3）连接有称重显示器（11-5）；直流电源（11-1）经驱动器（11-8）分别与轮毂电机（7）和电流钳（11-2）连接，驱动器（11-8）把直流电转变为三相交流电为轮毂电机（7）提供工作电压；电流钳（11-2）采集轮毂电机（7）中的一相电流信号并经数据采集卡（11-3）与个人电脑（11-6）通讯连接。
2.根据权利要求1所述的轮毂电机性能测试装置，其特征在于，所述电流钳（11-2）用于测量轮毂电机（7）的一相电流信号。
3. 根据权利要求1所述的轮毂电机性能测试装置，其特征在于，所述数据采集卡（11-3）与安装有正版Labview 软件的个人电脑（11-6）连接，并配套装有Labview开发程序，用于数据处理。
4.根据权利要求1所述的轮毂电机性能测试装置，其特征在于，所述称重显示器（11-5）用于实时显示压力传感器（3）测量的压力值。
5.根据权利要求1所述的轮毂电机性能测试装置，其特征在于，所述路面模拟转轮（6）的周向面设置有模拟路面的作用面，该作用面由粗糙度和平整度构成，用于对轮毂电机（7）加载模拟平滑路面、颠簸路面状态。
6.根据权利要求1所述的轮毂电机性能测试装置，其特征在于，所述步进电机（1）用于对轮毂电机（7）施加不同的负载力，模拟轮毂电机（7）承受的不同载荷或模拟爬坡状态。
7.一种按照权利要求1所述的轮毂电机性能测试装置的方法，其特征在于，其步骤如下：
1）安装调试：对轮毂电机（7）性能测试装置进行安装并调试；
2）加载测试：通过按下控制器（11-4）的启动按钮给轮毂电机（7）施加负载力，并观察称重显示器（11-5）的显示值，如果达到自己的预设值，则关闭启动按钮；
3）驱动轮毂电机（7）：通过驱动器（11-8）给轮毂电机（7）的定子通电，通电后定子电磁驱动轮毂电机（7）转子，进而驱动轮毂电机（7）旋转；
4）采集测试数据：轮毂电机（7）通电后，用控制中心（11）的电流钳（11-2）采集轮毂电机（7）实时的电信号数据，并经数据采集卡（11-3）传递给Labview进行分析，得出轮毂电机（7）的电流和转矩特性；
5）评价结果：改变对轮毂电机（7）施加的负载力或更换模拟各种不同路面的路面模拟转轮（6），重复步骤1）-4），得到测试和评价结果。
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