CN210513004U - 一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为解决电机转子偏移角测量时测量误差大和测量操作复杂的问题，提出一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，包括电源（12）、采样电路和CPU处理单元（10），设有转动机构（1），转动机构（1）输入端与电源（12）输出端连接，转动机构（1）与被测电机（2）同轴连接，被测电机（2）信号输出端与采样电路接收端连接，采样电路输出端与CPU处理单元（10）连接。本实用新型能够自动测量并计算出双绕组电机的两路转子偏移角，既可测量和计算单绕组电机，又可测量计算双绕组电机。

Description

一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置

技术领域

本实用新型涉及电机转子偏移角的测量装置，尤其是涉及一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置。

背景技术

随着社会的发展，汽车智能驾驶也在快速发展，人们对汽车的安全性日益重视，对汽车转向系统的安全要求也越来越高。电机作为电动助力转向的动力源，它的安全关系着转向系统能否正常工作的关键，为了满足更高等级的安全要求，就出现了双路冗余设计的双绕组线圈电机，同时对应的编码器信号也按照双路冗余设计。想要矢量控制直流无刷/永磁同步双绕组电机，必须要分别对两路绕组线圈的转子偏移角度进行测量计算，并在计算后进行校正补偿，这样才能得到正确的转子角度。

目前，电动转向器上双绕组电机应用比较少，现有的电机转子偏移角的测量方法多用示波器进行手动测量计算，但测量操作繁杂，计算结果可靠性差，误差大。双绕组电机有双路UVW和双路的Hall、encode信号，通常使用示波器测量需要进行多次测量，才能计算出两路转子偏移角，分别手动测量计算得到的两个偏移角也必然会有误差，大大降低了产品的精度。

EPS生产厂家在产品生产时应当用统一的、可靠的测量仪器来测量每台电机的转子偏移角，保证产品的一致性，避免标定偏差。但是在批量生产中，手动测量的方法明显需要一定的人力和时间，使得产品生产成本过高且误差大，有些厂家就采用抽样测量，这样就存在很大不确定性，也必然不符合汽车安全要求。

实用新型内容

针对上述现有的电机转子偏移角的测量方法用示波器进行手动测量计算测量操作繁杂、计算结果可靠性差和误差大的问题，本实用新型提出了一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，把双绕组电机及编码器信号和该装置通过电连接，通过该装置能够自动测量并计算出双绕组电机的两路转子偏移角，既可测量和计算单绕组电机，又可测量计算双绕组电机。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：

一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，包括电源、采样电路和CPU处理单元，其特征是，设有转动机构，转动机构输入端与电源输出端连接，转动机构与被测电机同轴连接，被测电机信号输出端与采样电路接收端连接，采样电路输出端与CPU处理单元连接。电源启动，从电源获取电能，将电能转化为机械能，进行转动，被测电机与转动机构的转动端通过联轴器同轴连接，带动被测电机进行顺时针或者逆时针匀速旋转，采样电路对电机旋转时的信号进行采样，再将采样信号输送到CPU处理单元进行处理，实现对双绕组电机转子偏移角的自动测量，自动计算，所有操作一键执行，无需繁杂的人工手动测量，避免了手动测量误差，提高了测量准确度和测量效率，从而降低了产品生产成本。

作为优选，所述采样电路包括Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路，反电动势采样电路与被测电机的UVW三相连接；被测电机的编码器的encoder信号输出端与Encode采样电路连接；被测电机的编码器的hall信号输出端与Hall采样电路连接。多路采样电路采集多路信号，所以一次测量可以计算转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快。

作为优选，所述Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路有2路，对称分布于CPU处理单元两侧。双绕组电机有双路绕组，这样双路冗余，当一路坏掉后，另外一路电机绕组可以继续提供助力。同时电机的编码器也进行了双路设计，2路hall和2路encoder信号，当一路hall信号和encoder信号失效后，另外一路的信号可以继续提供角度信息，实现冗余功能。基于双绕组电机的设计，对双绕组电机的转子偏移角度进行检测也需要设有2路采样电路，若被测电机是单绕组电机，只是用其中1路也可实现测量，从而既可测量和计算单绕组电机，又可测量计算双绕组电机。

作为优选，所述Hall采样电路包括，Hall信号输入端、电阻R1的一端和电阻R2的一端接于一点，电阻R1的另一端接有5V电压，电阻R2的另一端接于CPU处理单元。

作为优选，所述Encode采样电路包括，Encode信号输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端接于一点，电阻R5的另一端接有5V电压，电阻R6的另一端接于CPU处理单元。

作为优选，所述反电动势采样电路包括与被测电机（2）的UVW三相连接的接线端和电阻R4，被测电机（2）的UVW三相与接线端连接，接线端设有3条接线，分别与被测电机（2）的UVW三相连接，3条接线分别接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，3条接线进行Y形连接，Y形连接所产生的接点作为反电动势采样电路输出端接于CPU处理单元（10）。所述Y形连接为电机的UVW三相首端连接电机转子，末端通过接线端连接在一起，各相负载平衡，则任何时刻流经三相的电流矢量和等于零。

作为优选，所述反电动势采样电路为反电动势电压采样电路，3条接线各接有一个电阻R3后再接电阻R4的一端。接电阻R3的作用是测量反电动势电压，输出电阻两端的反电动势电压波形输入到CPU处理单元中。

作为优选，所述反电动势采样电路为反电动势电流采样电路，3条接线各接有一个电流传感器后再接电阻R4的一端。接电流传感器的作用是测量反电动势电流，输出反电动势电流波形输入到CPU处理单元中。

作为优选，设有显示屏，所述显示屏与CPU处理单元控制端连接。CPU处理单元处理获得的信号数据，获得计算结果，再通过显示屏显示出来，直观方便。

因此本实用新型的有益效果如下：

（1）智能化，一键操作，方便快捷。本测量装置能够实现对双绕组电机转子偏移角的自动测量，自动计算，所有操作一键执行，无需繁杂的人工手动测量。

（2）高精度，测量计算误差低。本测量装置通过传感器测量转子的偏移角度，经过两次测量，并经过处理器进行计算处理，保证了测量结果的有效性和准确性，相对现有的利用测量仪器手动测量计算偏移角，能够提高测量精度。

（3）测量时间短，便于产线的批量测量。本测量装置可以采集多路传感器信号，所以一次测量可以计算出两路转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快，两路偏移角同时测量计算，相比较手动测量和计算大大节约的测量时间。

（4）使用范围广，既可以测量双绕组电机，也可以测量单绕组电机。本测量装置在设计的时候也考虑了单绕组电机的测量情况，具备自动检测连接的是单绕组电机还是双绕组电机的功能，单绕组电机就只进行单路的测量和计算，双绕组电机就进行双路测量和计算。

附图说明

图1是本实用新型的一种测试装置结构图

图2是本实用新型的另一种测试装置结构图

图3是Hall采样电路示意图

图4是Encode采样电路示意图

图5是反电动势电流采样电路示意图

图6是反电动势电压采样电路示意图

其中：1、转动机构 2、被测电机 3、测量装置主体 4、Encode1采样电路 5、Hall1采样电路 6、反电动势电流采用电路1采样电路 7、Encode2采样电路 8、Hall2采样电路 9、反电动势电流采用电路2采样电路 10、CPU处理单元 11、显示器 12、电源 13、反电动势电压1采样电路 14、反电动势电压2采样电路

具体实施方式

实施例：

实施例1：

一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，结合图1是本实用新型的一种测试装置结构图，包括电源11、采样电路和CPU处理单元10，设有转动机构1，转动机构1输入端与电源12输出端连接，转动机构1与被测电机2同轴连接，被测电机2信号输出端与采样电路接收端连接，采样电路输出端与CPU处理单元10连接。电源启动，从电源获取电能，将电能转化为机械能，进行转动，被测电机与转动机构的转动端通过联轴器同轴连接，带动被测电机进行顺时针或者逆时针匀速旋转，采样电路对电机旋转时的信号进行采样，再将采样信号输送到CPU处理单元进行处理，实现对双绕组电机转子偏移角的自动测量，自动计算，所有操作一键执行，无需繁杂的人工手动测量，避免了手动测量误差，提高了测量准确度和测量效率，从而降低了产品生产成本。

所述采样电路包括Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路，反电动势采样电路与被测电机2的UVW三相连接；被测电机的编码器的encoder信号输出端与Encode采样电路连接；被测电机的编码器的hall信号输出端与Hall采样电路连接。多路采样电路采集多路信号，所以一次测量可以计算转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快。

所述Hall采样电路包括，Hall信号输入端、电阻R1的一端和电阻R2的一端接于一点，电阻R1的另一端接有5V电压，电阻R2的另一端接于CPU处理单元10。

所述Encode采样电路包括，Encode信号输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端接于一点，电阻R5的另一端接有5V电压，电阻R6的另一端接于CPU处理单元10。

所述Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路有2路，对称分布于CPU处理单元10两侧。双绕组电机有双路绕组，这样双路冗余，当一路坏掉后，另外一路电机绕组可以继续提供助力。同时电机的编码器也进行了双路设计，2路hall和2路encoder信号，当一路hall信号和encoder信号失效后，另外一路的信号可以继续提供角度信息，实现冗余功能。基于双绕组电机的设计，对双绕组电机的转子偏移角度进行检测也需要设有2路采样电路，若被测电机是单绕组电机，只是用其中1路也可实现测量，从而既可测量和计算单绕组电机，又可测量计算双绕组电机。

所述反电动势采样电路包括与被测电机（2）的UVW三相连接的接线端和电阻R4，被测电机（2）的UVW三相与接线端连接，接线端设有3条接线，分别与被测电机（2）的UVW三相连接，3条接线分别接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，3条接线进行Y形连接，Y形连接所产生的接点作为反电动势采样电路输出端接于CPU处理单元（10）。

本实施例反电动势采样电路采用反电动势电流采样电路，即反电动势电流采样电路设有电流传感器，被测电机2的UVW三相通过接线端的3条接线各接有一个电流传感器后进行Y形连接。

所述Encode采样电路包括Encode1采样电路4和Encode2采样电路7；

所述Hall采样电路包括Hall1采样电路5和Hall2采样电路8；

所述反电动势电流采样电路包括反电动势电流采用电路1采样电路6和反电动势电流采用电路2采样电路9。

设有显示屏11，所述显示屏11与CPU处理单元10控制端连接。CPU处理单元10处理获得的信号数据，获得计算结果，再通过显示屏显示出来，直观方便。

其中Encode1采样电路4、Hall1采样电路5、反电动势电流采用电路1采样电路6分别与Encode2采样电路7、Hall2采样电路8、反电动势电流采用电路2采样电路9对称分布在CPU处理单元10两侧，转动机构1输入端与电源12输出端连接。电源10启动，转动机构1从电源10获取电能，将电能转化为机械能，进行转动，被测电机2与转动机构1的转动端通过联轴器同轴连接，带动被测电机2进行顺时针或者逆时针匀速旋转。

被测电机2的UVW三相连接有电流传感器，然后进行Y形连接，Y形连接形成的星点接入CPU处理单元10。Y形连接为电机的UVW三相首端连接电机转子，末端连接在一起，各相负载平衡，则任何时刻流经三相的电流矢量和等于零。参考图5是反电动势电压采样电路示意图，电机的UVW三相通过接线端的3条接线分别接有电流传感器，并联有电阻R4，电阻R4接地，电阻R4阻值为4.7KΩ，然后进行Y形连接，星点连接处连接CPU处理单元10。被测电机2进行顺时针或者逆时针匀速旋转时，接电流传感器的作用是测量反电动势电流，输出反电动势电流波形输入到CPU处理单元10中。

被测电机的编码器的encoder1信号输出端与Encode1采样电路4连接，被测电机的编码器的hall 1信号输出端与Hall1采样电路5连接；被测电机的编码器的encoder 2信号输出端与Encode2采样电路7连接，被测电机的编码器的hall 2信号输出端与Hall2采样电路8连接，多路采样电路采集多路信号，所以一次测量可以计算转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快。参考图3是Hall采样电路示意图和图4是Encode采样电路示意图，hall信号输入端与电阻R2串联，电阻R2另一端接入CPU处理单元10， hall信号输入端并联有电阻R1，电阻另一端接有5V电源，其中电阻R1阻值为4.7KΩ，电阻R2阻值为1KΩ。Encode信号输入端与电阻R6串联，电阻R6另一端接入CPU处理单元10， Encode信号输入端并联有电阻R5，电阻R5另一端接有5V电源，其中电阻R5阻值为4.7KΩ，电阻R6阻值为1KΩ。在实际操作时，本装置经过两次测量，两次测量结果经过处理器进行计算处理和处理，保证了最终测量结果的有效性和准确性，相对现有的利用测量仪器手动测量计算偏移角，能够提高测量精度。

实施例2：

本实施例提供另一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，不采用实施例1中反电动势电流采样电路，采用反电动势电压采样电路，获得的采样信号为反电动势电压，结合图2是本实用新型的另一种测试装置结构图，包括电源11、采样电路和CPU处理单元10，设有转动机构1，转动机构1输入端与电源12输出端连接，转动机构1与被测电机2同轴连接，被测电机2信号输出端与采样电路接收端连接，采样电路输出端与CPU处理单元10连接。电源启动，从电源获取电能，将电能转化为机械能，进行转动，被测电机与转动机构的转动端通过联轴器同轴连接，带动被测电机进行顺时针或者逆时针匀速旋转，采样电路对电机旋转时的信号进行采样，再将采样信号输送到CPU处理单元进行处理，实现对双绕组电机转子偏移角的自动测量，自动计算，所有操作一键执行，无需繁杂的人工手动测量，避免了手动测量误差，提高了测量准确度和测量效率，从而降低了产品生产成本。

所述采样电路包括Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路，反电动势采样电路与被测电机2的UVW三相连接；被测电机的编码器的encoder信号输出端与Encode采样电路连接；被测电机的编码器的hall信号输出端与Hall采样电路连接。多路采样电路采集多路信号，所以一次测量可以计算转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快。

所述Hall采样电路包括，Hall信号输入端、电阻R1的一端和电阻R2的一端接于一点，电阻R1的另一端接有5V电压，电阻R2的另一端接于CPU处理单元10。

所述Encode采样电路包括，Encode信号输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端接于一点，电阻R5的另一端接有5V电压，电阻R6的另一端接于CPU处理单元10。

所述Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路有2路，对称分布于CPU处理单元10两侧。双绕组电机有双路绕组，这样双路冗余，当一路坏掉后，另外一路电机绕组可以继续提供助力。同时电机的编码器也进行了双路设计，2路hall和2路encoder信号，当一路hall信号和encoder信号失效后，另外一路的信号可以继续提供角度信息，实现冗余功能。基于双绕组电机的设计，对双绕组电机的转子偏移角度进行检测也需要设有2路采样电路，若被测电机是单绕组电机，只是用其中1路也可实现测量，从而既可测量和计算单绕组电机，又可测量计算双绕组电机。

所述反电动势采样电路包括与被测电机（2）的UVW三相连接的接线端和电阻R4，被测电机（2）的UVW三相与接线端连接，接线端设有3条接线，分别与被测电机（2）的UVW三相连接，3条接线分别接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，3条接线进行Y形连接，Y形连接所产生的接点作为反电动势采样电路输出端接于CPU处理单元（10）。

本实施例反电动势采样电路采用反电动势电压采样电路，即反电动势电压采样电路设有电阻R3，被测电机2的UVW三相各接有一个电阻R3后进行Y形连接。

所述Encode采样电路包括Encode1采样电路4和Encode2采样电路7；

所述Hall采样电路包括Hall1采样电路5和Hall2采样电路8；

所述反电动势电压采样电路包括反电动势电压1采样电路13和反电动势电压2采样电路14。

设有显示屏11，所述显示屏11与CPU处理单元10控制端连接。CPU处理单元10处理获得的信号数据，获得计算结果，再通过显示屏显示出来，直观方便。

其中Encode1采样电路4、Hall1采样电路5、反电动势电压1采样电路13分别与Encode2采样电路7、Hall2采样电路8、反电动势电压2采样电路14对称分布在CPU处理单元10两侧，转动机构1输入端与电源12输出端连接。电源10启动，转动机构1从电源10获取电能，将电能转化为机械能，进行转动，被测电机2与转动机构1的转动端通过联轴器同轴连接，带动被测电机2进行顺时针或者逆时针匀速旋转。

被测电机2的UVW三相连接接线端，接线端3条接线分别接有电阻R3，然后进行Y形连接，Y形连接形成的星点接入CPU处理单元10。Y形连接为电机的UVW三相首端连接电机转子，末端连接在一起，各相负载平衡，则任何时刻流经三相的电流矢量和等于零。参考图6是反电动势电流采样电路示意图，电机的UVW三相通过3条接线分别接有电阻R3，并联有电阻R4，电阻R4接地，电阻R4阻值为4.7KΩ，再进行Y形连接，星点连接处接于CPU处理单元10。被测电机2进行顺时针或者逆时针匀速旋转时，接电阻R3的作用是测量反电动势电压，输出反电动势电压波形输入到CPU处理单元中。

被测电机的编码器的encoder1信号输出端与Encode1采样电路4连接，被测电机的编码器的hall 1信号输出端与Hall1采样电路5连接；被测电机的编码器的encoder 2信号输出端与Encode2采样电路7连接，被测电机的编码器的hall 2信号输出端与Hall2采样电路8连接，多路采样电路采集多路信号，所以一次测量可以计算转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快。参考图3是Hall采样电路示意图和图4是Encode采样电路示意图，hall信号输入端与电阻R2串联，电阻R2另一端接入CPU处理单元10， hall信号输入端并联有电阻R1，电阻另一端接有5V电源，其中电阻R1阻值为4.7KΩ，电阻R2阻值为1KΩ。Encode信号输入端与电阻R6串联，电阻R6另一端接入CPU处理单元10， Encode信号输入端并联有电阻R5，电阻R5另一端接有5V电源，其中电阻R5阻值为4.7KΩ，电阻R6阻值为1KΩ。在实际操作时，本装置经过两次测量，两次测量结果经过处理器进行计算处理和处理，保证了最终测量结果的有效性和准确性，相对现有的利用测量仪器手动测量计算偏移角，能够提高测量精度。

因此本实用新型具有以下优势：（1）智能化，一键操作，方便快捷。本测量装置能够实现对双绕组电机转子偏移角的自动测量，自动计算，所有操作一键执行，无需繁杂的人工手动测量。（2）高精度，测量计算误差低。本测量装置通过传感器测量转子的偏移角度，经过两次测量，并经过处理器进行计算处理和处理，保证了测量结果的有效性和准确性，相对现有的利用测量仪器手动测量计算偏移角，能够提高测量精度。（3）测量时间短，便于产线的批量测量。本测量装置可以采集多路传感器信号，所以一次测量可以计算出两路转子偏移角，处理器处理能力比较强，计算比较快，两路偏移角同时测量计算，相比较手动测量和计算大大节约的测量时间。（4）使用范围广，既可以测量双绕组电机，也可以测量单绕组电机。本测量装置在设计的时候也考虑了单绕组电机的测量情况，具备自动检测连接的是单绕组电机还是双绕组电机的功能，单绕组电机就只进行单路的测量和计算，双绕组电机就进行双路测量和计算。

Claims (9)

1.一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，包括电源（12）、采样电路和CPU处理单元（10），其特征是，设有转动机构（1），转动机构（1）输入端与电源（12）输出端连接，转动机构（1）与被测电机（2）同轴连接，被测电机（2）信号输出端与采样电路接收端连接，采样电路输出端与CPU处理单元（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述采样电路包括Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路，反电动势采样电路输入端与被测电机（2）的UVW三相连接；反电动势采样电路输出端与CPU处理单元（10）连接；被测电机的编码器的encoder信号输出端与Encode采样电路输入端连接；被测电机的编码器的hall信号输出端与Hall采样电路输入端连接；Encode采样电路输出端和Hall采样电路输出端分别连接于CPU处理单元（10）。

3.根据权利要求2所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述Encode采样电路、Hall采样电路和反电动势采样电路有2路，对称分布于CPU处理单元（10）两侧。

4.根据权利要求2或3所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述Hall采样电路包括，Hall信号输入端、电阻R1的一端和电阻R2的一端接于一点，电阻R1的另一端接有5V电压，电阻R2的另一端接于CPU处理单元（10）。

5.根据权利要求2或3所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述Encode采样电路包括，Encode信号输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端接于一点，电阻R5的另一端接有5V电压，电阻R6的另一端接于CPU处理单元（10）。

6.根据权利要求2或3所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述反电动势采样电路包括与被测电机（2）的UVW三相连接的接线端和电阻R4，被测电机（2）的UVW三相与接线端连接，接线端设有3条接线，分别与被测电机（2）的UVW三相连接，3条接线分别接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，3条接线进行Y形连接，Y形连接所产生的接点作为反电动势采样电路输出端接于CPU处理单元（10）。

7.根据权利要求6所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述反电动势采样电路为反电动势电压采样电路，3条接线各接有一个电阻R3后再接电阻R4的一端。

8.根据权利要求6所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，所述反电动势采样电路为反电动势电流采样电路，3条接线各接有一个电流传感器后再接电阻R4的一端。

9.根据权利要求1所述的一种直流无刷双绕组电机转子偏移角的测量装置，其特征是，设有显示屏（11），所述显示屏（11）与CPU处理单元（10）控制端连接。

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