用于电机的齿槽转矩测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种齿槽转矩测量装置，其包括驱动机构，该驱动机构转动地驱动所述电机的输出轴、同时电机未通电；转动角检测器，该转动角检测器检测所述电机的转动角；角加速度计算单元，该角加速度计算单元用于从所述转动角计算角加速度；转矩计算单元，该转矩计算单元将角加速度转换为扭矩；以及信号处理单元，该信号处理单元用于根据由所述转动角检测器检测的所述转动角和由所述转矩计算单元计算的所述转矩，计算用于所述转动角的齿槽转矩的波形。

【技术实现步骤摘要】
优先权信息本申请要求于2014年12月9日提交的申请号为2014-249309的日本专利申请的优先权，其公开的全部内容通过参考引入此处。
本专利技术涉及用于测量电机的齿槽转矩的装置。
技术介绍
循环转矩脉冲是在电机未通电的情况下转子转动时，由铁芯和永磁体之间的相互作用产生，称为齿槽转矩。当使用具有高齿槽转矩的电机驱动机器工具的进给轴时，将产生如创建摩尔（moiré）的缺点。为此，需要一种较低齿槽转矩的电机。但是，齿槽转矩的振幅通常具有非常小的值，例如，仅为机器工具内的电机的连续额定转矩的1%或更少，使齿槽转矩的测量很困难。以往已经提出很多关于测量电机的齿槽转矩的方法的建议。例如，JP2006-220497A公开了通过转矩计测量齿槽转矩的方法。参考附图5，具体描述了该齿槽转矩测量方法。图5展示了齿槽转矩测量装置的示意结构。齿槽转矩测量装置41包括驱动电机50，其作为用于转动待测量的电机42的驱动装置；转矩计51，其作为转矩测量装置；以及编码器52，其作为转动角测量装置。待测量的电机42的输出轴42a通过第一连接件43以整体转动的方式连接至转矩计51的转动轴51a，转矩计51的转动轴51a进一步通过第二连接件44以整体转动的方式连接至驱动电机50的输出轴50a。驱动电机50根据来自控制器54的命令启动，从而通过第二连接件44转动转矩计51，并通过第一连接件43转动处于非通电状态下的待测量的电机42。然后，转矩计51检测在待测量的电机42内产生的转矩，并输出与该测量的转矩对应的转矩测量信号。安装至驱动电机50上的编码器52测量驱动电机50的未示出的驱动轴的转动角，以检测待测量的电机42的转动角，并将与检测的角度对应的角度检测信号输出至控制器54。控制器54根据从转矩计51通过滤波器53输入的转矩检测信号以及从编码器52输入的角度检测信号，确定待测量的电机42的齿槽转矩。同时，JP2010-158123A公开了一种用于测量齿槽转矩的方法，其中电机转动时转子的转动角的二级微分乘以转子的转动惯量获得一个值。参考附图6，详细地描述了用于测量齿槽转矩的方法。图6为齿槽转矩检测装置的方框图。该齿槽转矩检测装置61包括逆变器71、待测量的电机72、作为转动角检测单元的编码器73和作为电机72的控制装置的专用控制器64。在该方法中，在角加速度计算单元81对转动角进行二阶微分，以得到转动角加速度，并且在倍频器93中，用待测量的电机72的转子的转动惯量92乘以转动角加速度，从而计算齿槽转矩，其中当通过逆变器71在恒转矩下驱动电机72时，由编码器73检测转动角。在JP2006-220497中（其中驱动电机50通过转矩计51连接至待测量的电机42）所示的前述测量方法中，为了准确地测量齿槽转矩，要求驱动电机50的转动惯量远高于待测量的电机42的转动惯量。下面利用数学表达式来描述这样做的原因。用于由待测量的电机42的齿槽转矩产生的速度的改变的加速度记做α，驱动电机50的转动轴的转动惯量记做Jd，和驱动电机50的输出转矩记做Td。由如下等式（1）（在如下等式中，未考虑转动轴的摩擦转矩和转矩计的转动惯量）表达从转矩计51输出的转矩检测信号St，其表示通过转矩计51从待测量的电机42传输至驱动电机50的齿槽转矩和驱动电机50的输出转矩Td的和。考虑加速度α，其通过α=（施加在转动轴上的转矩）/（转动轴的转动惯量）而获得，按照如下等式（2）获得加速度α：α=(Tcog-Td)/(Jm+Jd)???(2)其中，Jm表示待测量的电机42的转动惯量，Tcog表示待测量的电机42的齿槽转矩。在此，假设条件Td=Tcog，那么等式（2）中的加速度α为零。替代等式（1）中的α的值，得到St=Td=Tcog。在这种情况下，可通过测量从转矩计51中输出的转矩检测信号准确地测量齿槽转矩。但是，条件Td=Tcog为通过控制驱动电机50的速度而完全抵消由待测量的电机42的齿槽转矩产生的速度变化的一种条件。实际上，几乎不可能准确地建立这种条件，且建立这种条件的失败不可避免地导致测量的错误。下面描述了使转矩检测信号St尽可能接近齿槽转矩Tcog的方法。将等式（2）代入等式（1）得到以下等式（3）。从等式（3）中，可以理解当同时满足Jd/(Jm+Jd)≈1和Jm/(Jm+Jd)≈0时，可以得到St≈Tcog。为此，Jd应该远远大于Jm。以上证明了驱动电机50的转动惯量Jd需要远大于待测量的电机42的转动惯量Jm，以准确地测量齿槽转矩。为此，当测量大电机的齿槽转矩时，安装的驱动电机50必须远远大于待测量的电机42。这导致测量装置尺寸的增加。另一方面，在JP2010-158123公开的测量方法中，因为电流通过待测量的电机72，在测量齿槽转矩时，同时测量了电流的通过引起的转矩脉冲分量。这产生一个问题，即不能提供单独测量齿槽转矩的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的齿槽转矩测量装置为用于测量电机的齿槽转矩的装置，其包括驱动机构，用于转动地驱动电机的输出轴、同时电机未通电；转动角检测器，用于检测电机的转动角；角加速度计算单元，用于对转动角进行二阶微分，以计算转子的角加速度；转矩计算单元，用于通过电机中的转子的转动惯量乘以角加速度，以计算转矩；以及信号处理单元，用于根据由转动角检测器检测的转动角和由转矩计算单元计算的转矩确定用于转动角的齿槽转矩的波形。根据本专利技术的一方面，驱动机构为这样一种机构，其中通过牵拉缠绕在电机的输出轴上的线转动待转动的电机的输出轴。该驱动机构可以是用于手动转动电机的输出轴的机构。或者，该驱动机构可以是一种机构，其中通过连接至电机的输出轴的直接驱动电机转动电机的输出轴。根据本专利技术，即使当测量大电机的齿槽转矩时，也可以利用小的测量装置准确地测量齿槽转矩。此外，因为没有电流通过待测量的电机，可防止由电流引起的转矩脉冲的产生，这使得测量装置可单独测量齿槽转矩。附图说明参考附图，将进一步描述本专利技术，其中相似的附图标记代表相似的部件，其中：图1展示了根据本专利技术第一实施例的齿槽转矩测量装置的示意结构；图2为根据本专利技术的齿槽转矩测量方法的流程图；图3展示了根据本专利技术第二实施例的齿槽转矩测量装置的示意结构；图4展示了根据本专利技术第三实施例的齿槽转矩测量装置的示意结构；图5展示了传统齿槽转矩测量装置的示意结构；和图6展示了另一个传统齿槽转矩测量装置的示意结构。具体实施方式实施例1图1展示了根据本专利技术的第一实施例的齿槽转矩测量装置1的示意结构。如图1所示，齿槽转矩测量装置1包括滑轮3，其安装在待测量的电机2的输出轴上，作为用于转动待测量的电机2的驱动装置；线4，当线4可缠绕滑轮3时，其一端连接至滑轮，另一端沿着竖直方向悬挂；悬挂重物5，其悬挂在线4的另一端；编码器6，其作为转动角检测装置；齿槽转矩计算单元7；以及信号处理单元10。齿槽转矩计算单元7由角加速度计算单元8和转矩计算单元9构成。角加速度计算单元8对由编码器6检测的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量电机的齿槽转矩的齿槽转矩测量装置，其包括：驱动机构，其转动地驱动所述电机的输出轴、同时电机未通电；转动角检测器，该转动角检测器检测所述电机的转动角；角加速度计算单元，该角加速度计算单元对所述转动角进行二阶微分，以计算角加速度；转矩计算单元，该转矩计算单元用所述电机中的转子的转动惯量乘以所述角加速度，以计算转矩；以及信号处理单元，该信号处理单元根据由所述转动角检测器检测的所述转动角和由所述转矩计算单元计算的所述转矩，计算用于所述转动角的齿槽转矩的波形。

【技术特征摘要】
2014.12.09 JP 2014-2493091.用于测量电机的齿槽转矩的齿槽转矩测量装置，其包括：
驱动机构，其转动地驱动所述电机的输出轴、同时电机未通电；
转动角检测器，该转动角检测器检测所述电机的转动角；
角加速度计算单元，该角加速度计算单元对所述转动角进行二阶微分，以计算角加速度；
转矩计算单元，该转矩计算单元用所述电机中的转子的转动惯量乘以所述角加速度，以计算转矩；以及
信号处理单元，该信号处理单元根据由所述转动角检测器检测的所述转动角和由...

【专利技术属性】
技术研发人员：志津达哉，
申请(专利权)人：大隈株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP