一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于：所述的测量系统为被测电机上设置位置检测单元，实时将电机转子位置传递给上位机；被测电机上同时设有转矩传感器采集转矩信号通过示波器进行显示；转矩传感器连接位置调节与固定工装。由于采用上述的结构和方法，本发明在齿槽转矩测量过程中，排除伺服电机的转矩波动或者电机控制导致的转矩波动，造成齿槽转矩测量不准，可以实现连续精确测量。
【专利说明】一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁同步电机，特别涉及一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统。
【背景技术】
[0002]由于永磁同步电机具有体积小、效率高、运行可靠的优点，目前，在电动汽车上应用普遍，但是在永磁同步电机中，永磁转子的磁极与定子齿槽的相对位置不同时，主磁路的磁导不一样，永磁体转子与定子齿之间存在切向力，试图将转子定位在磁导最大的位置，这种力即为齿槽转矩。齿槽转矩在电机不通电流时，即存在，并且和电流大小没有关系，齿槽转矩的存在影响电机的低速输出性能，比如转矩波动、噪声和振动。
[0003]在涉及高精度运动控制领域，齿槽转矩的抑制尤为重要。对于已经生产完成或者电机本体改变不能完全解决齿槽转矩问题的情况，采用控制的方法抑制齿槽转矩对系统的影响，是可行的方法。而控制实施抑制的基础是齿槽转矩的量化分析，因此，齿槽转矩的测量尤为重要。
[0004]目前的测量方法中，主要是采用伺服电机拖动被测电机测量，或者是由变频器驱动被测电机测量，这两种测量都存在不同的缺点。伺服电机拖动测量会引入伺服电机本身的转矩波动，变频器驱动测量也会引入驱动本身的转矩波动，都不能精确量化被测电机的齿槽转矩。
[0005]针对上述问题，根据永磁同步电机齿槽转矩产生原理，提出一种永磁同步电机齿槽转矩测量系统，实现对永磁同步电机的齿槽转矩进行精确、连续的测量是现有技术需要解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，根据永磁同步电机齿槽转矩产生原理，可以达到精确、连续的测量目的。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的测量系统为被测电机上设置位置检测单元，实时将电机转子位置传递给上位机；被测电机上同时设有转矩传感器采集转矩信号通过示波器进行显示；转矩传感器连接位置调节与固定工装。
[0008]所述的位置调节与固定工装包括调节杆、花键套、法兰盘和端板，四者固定一体。
[0009]所述的位置调节与固定工装通过连接转矩传感器来固定电机输出轴的角度位置；转矩传感器和位置调节与固定工装通过花键套连接固定。
[0010]所述的转矩传感器和电机输出轴之间采用联轴器连接固定。
[0011]所述的被测电机的输出轴与转矩传感器的轴、花键套三者保证同轴。
[0012]所述的示波器含有频率模块和计算模块，可以设置频率转矩换算公式，测试时直接计算实际转矩。
[0013]所述的测量系统通过位置检测单元检测被测电机的转子位置，并发送至上位机显示；通过示波器读取转矩传感器输出的转矩信号；调节转子位置后读取上位机显示的电机转子位置和转矩传感器采集到的转矩信号；在需要测试的转子位置范围内，重复上述过程，得到齿槽转矩和电机位置关系曲线，计算出被测电机的齿槽转矩。
[0014]所述的转子位置范围是根据被测电机的参数计算出转子位置范围。
[0015]所述的被测电机齿槽转矩的计算公式为TorqUe=A*F+B ;其中，F为转矩传感器输出的频率值;A为频率扭矩的换算系数；B为转矩计算偏移量；Torque为实际转矩。
[0016]所述的测量系统采用的测试数据间隔为0.5电角度，即从零位置开始，每隔0.5电角度，测试一次。
[0017]一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，由于采用上述的结构和方法，本发明在齿槽转矩测量过程中，排除伺服电机的转矩波动或者电机控制导致的转矩波动，造成齿槽转矩测量不准，可以实现连续精确测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明；
[0019]图1为本发明一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统结构示意图；
[0020]图2为本发明一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统的测量方法流程图；
[0021]在图1中，1、被测电机；2、位置检测单元；3、转矩传感器；4、上位机；5、示波器；6、位置调节与固定工装。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，本发明为被测电机I上设置位置检测单元2，实时将电机转子位置传递给上位机4 ;被测电机I上同时设有转矩传感器3采集转矩信号通过示波器5进行显示；转矩传感器3连接位置调节与固定工装6。
[0023]本发明通过位置检测单元2检测电机的转子位置，并将电机转子位置发送至上位机4显示，通过示波器5读取转矩传感器3输出的转矩信号，根据电机参数计算需要测试的转子位置范围。调节转子位置后，读取上位机5显示的电机转子位置，读取转矩传感器3采集到的转矩信号，记录转子位置和转矩信号值。在需要测试的转子位置范围内，重复上述过程，即可以得到齿槽转矩和电机位置关系曲线。
[0024]位置调节与固定工装6包括调节杆、花键套、法兰盘和端板，四者固定一体，作用是方便连续的调节转子位置，并加以固定。位置调节与固定工装6通过连接固定转矩传感器3来固定电机输出轴的角度位置,转矩传感器3和被测电机I输出轴之间米用联轴器连接固定，转矩传感器3和位置调节与固定工装6通过花键套连接固定。被测电机I固定在端板上，转矩传感器3固定在支架上，法兰盘固定在端板上。电机的输出轴、转矩传感器3的轴、花键套三者保证同轴。
[0025]位置检测单元2包括电机位置传感器、位置检测反馈电路、通讯软件，作用是实时的将转子位置通过CAN通讯反馈至上位机。所述位置传感器采用旋转变压器，固定在电机转子轴上面，所述位置检测反馈电路采用旋变解码芯片及其外围电路，所述通讯软件基于TI DSP 320F2xxx芯片，采用CAN通讯。位置检测反馈电路通过SPI通讯将旋变解码芯片输出的电机位置测试值传输给TI芯片，TI芯片将接收到的位置信息解析后发至CAN总线。所述位置检测单元检测反馈精度达到0.1电角度。
[0026]上位机4通过CAN通讯读取所述位置检测单元传输到CAN总线上面的电机位置信号，实时显示。所述上位机采用MFC界面显示电机位置信息，显示精度等同于所述位置检测单元检测反馈精度。
[0027]如图2所示，本发明的测量方法包括:
[0028]实施步骤一:位置检测单元2上电，CAN通讯正常后，读取上位机4显示的当前转子位置，使用调节杆调节转子位置到零位。使用位置固定工装，固定转子位置。测试时，将转子固定到转子零位值不一定是必须的，也可以根据齿槽转矩的周期特性固定在其他位置，固定零位置的目的是便于数据处理，提高参考便利。
[0029]实施步骤二:从示波器5中读取转矩传感器3输出的转矩信号，通过转矩信号和实际转矩的换算关系，计算出实际转矩，记录上位机4读取的位置和实际转矩。不同的转矩传感器3输出信号不同，但是都有具体的公式换算。使用转矩传感器3输出转矩信号换算的优点是避免转矩显示器对转矩信号的处理造成失真，测量更加准确。本发明实施例采用的转矩传感器3输出转矩是频率信号，采用的示波器5含有频率模块和计算模块，可以设置频率转矩换算公式，因此，测试时可以直接得到实际转矩。
[0030]本发明实施例中，根据所用转矩传感器3的参数，实际转矩的计算按照公式:Torque=A*F+B。其中，F为转矩传感器输出的频率值；A为频率扭矩的换算系数；B为转矩计算偏移量；Torque为实际转矩。
[0031]实施步骤三:改变不同的转子位置，固定后，重复第二步。转子位置检测单元2的位置检测精度直接影响到测量数据的精确度，本发明中采用的位置检测精度可达0.1电角度。测试中，有两个数据需要注意:一是测试数据位置间隔，二是测试位置范围。测试数据位置间隔决定齿槽转矩一位置曲线精确度，测试位置范围决定测试的齿槽转矩周期数。
[0032]本发明实施例中，转子位置检测精度达到0.1电角度，采用的测试数据间隔为0.5电角度，即从零位置开始，每隔0.5电角度，测试一次。
[0033]根据电机的极数和槽数计算出一个电周期中，齿槽转矩的周期数。根据齿槽转矩的周期数，确定预设停止测试位置。比如所测电机的一个电周期中，齿槽转矩周期数为n，则电角度(360/n)度，即对应一个齿槽转矩周期。测试时，最少测试O至(360/n)度位置，为了减小测量误差的影响，可以适当测试几个齿槽转矩周期，求取平均值。
[0034]第四步，电机位置到达预设停止测试位置，停止测试。根据测试数据，得到齿槽转矩和转子位置曲线。
[0035]以上四步可以精确测出永磁同步电机齿槽转矩和转子位置的关系曲线，为控制策略上抑制提供基础数据。
[0036]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的测量系统为被测电机(I)上设置位置检测单元(2)，实时将电机转子位置传递给上位机(4);被测电机(I)上同时设有转矩传感器(3 )采集转矩信号通过示波器(5 )进行显示；转矩传感器(3 )连接位置调节与固定工装(6)。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的位置调节与固定工装(6)包括调节杆、花键套、法兰盘和端板，四者固定一体。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的位置调节与固定工装(6)通过连接转矩传感器(3)来固定被测电机(I)输出轴的角度位置；转矩传感器(3 )和位置调节与固定工装(6 )通过花键套连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的转矩传感器(3)和被测电机(I)输出轴之间采用联轴器连接固定。
5.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的被测电机(I)的输出轴与转矩传感器(3)的轴、花键套三者保证同轴。
6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的示波器(5)含有频率模块和计算模块，可以设置频率转矩换算公式，测试时直接计算实际转矩。
7.如权I所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统采用的测量方法，其特征为测量系统通过位置检测单元(2 )检测被测电机(I)的转子位置，并发送至上位机(4 )显示；通过示波器(5)读取转矩传感器(3)输出的转矩信号；调节转子位置后读取上位机(4)显示的电机转子位置和转矩传感器(3)采集到的转矩信号；在需要测试的转子位置范围内，重复上述过程，得到齿槽转矩和电机位置关系曲线，计算出被测电机(I)的齿槽转矩。
8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的转子位置范围是根据被测电机(I)的参数计算出转子位置范围。
9.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的被测电机(I)齿槽转矩的计算公式为Torque=A*F+B ;其中，F为转矩传感器输出的频率值;A为频率扭矩的换算系数；B为转矩计算偏移量；Torque为实际转矩。
10.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机齿槽转矩的测量系统，其特征在于:所述的测量系统采用的测试数据间隔为0.5电角度，即从零位置开始，每隔0.5电角度，测试一次。
【文档编号】G01L3/00GK103808444SQ201410052342
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】王金磊, 罗晓, 蔡交明, 王瑛, 陈立冲 申请人:奇瑞汽车股份有限公司