一种电机转矩脉动试验测试台架和测试方法技术

本申请涉及一种电机转矩脉动试验测试台架和测试方法，设置同步带传动结构，通过大带轮，精确控制转子旋转位置的精度。通过多位置堵转，能够得出转子运动一周中转矩波动情况；通过在低频区使用转矩传感器，到高频区使用角加速度传感器，扩大齿槽转矩的测量范围；适用于电机的全频区的齿槽转矩测量。测试台架将堵转与惯性加载结合起来，在一个试验台架上既可以通过堵转的方法表征一个旋转周期内电机的转矩波动情况，也可以直接测试电机的齿槽转矩波动情况。通过大惯量飞轮可以尽可能的减小测功机本身的转矩波动影响。另外采用弹性联轴器以消除传动链中同轴度及偏心、振动对于传感器侧的影响，防止传感器因震动而产生破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种电机转矩脉动试验测试台架和测试方法
本申请涉及电机测试领域，尤其涉及一种堵转及惯量加载相结合的转矩脉动测试台架和测试方法。
技术介绍
在电驱动系统中，转矩脉动是电机振动噪声的重要来源，是提高电驱动系统品质的关键问题之一。转矩脉动还会引起扭矩振动，可能使电机发生共振，增加各种损耗，同时缩短电机寿命，降低工作可靠性与稳定性。因此准确地测试电机转矩脉动随电驱动系统的设计及电机本体及控制系统的优化十分重要。电机转矩脉动产生的原因主要有电机本身的齿槽转矩以及由于加工误差导致转子轴上产生的不平衡磁拉力。现有的一些转矩测试方法皆有不足，直接测量的方法是直接以转矩量为测量对象。该方法操作简单，但是考虑因素太少，在测量过程中容易受负载波动的影响以及机械结构共振的影响，误差较大。且受制于扭杆刚度不能大范围改变，只能在低速时使用，测试范围较窄。平衡法虽然较直接法而言，克服了传递过程的扭矩波动，然而其仍然使用了负载，无法避免负载的波动，且被测电机需要两端伸出，不适用于普通电机的测试。而定转子分离的方法，虽然在规避非测量转矩波动方面有了突破和创新，但是其依然不能广泛应用于电机转矩脉动的测量。因此，需要建立一种通用的电机转矩脉动的测试台架和方法，以期直接准确且加大范围地测试电机转矩脉动。
技术实现思路
针对上述本领域存在的技术问题，本专利技术提供了一种电机转矩脉动试验测试台架。一种电机转矩脉动试验测试台架，包括：被测电机、转矩传感器、同步带传动结构、制动器、步进电机及测功机；所述同步带传动结构包括大带轮、小带轮和同步带,同步带传动连接大带轮和小带轮；所述步进电机的输出轴与所述小带轮同轴固定连接，所述大带轮同轴固定在所述被测电机的转子轴上，在所述大带轮上设置进行圆周方向的等间隔刻度，所述刻度对应所述被测电机在一个测试周期内的测试间隔；制动器的制动力直接作用在所述大带轮上；还包括角加速度传感器，测量所述被测电机的转子的角加速度，将被测电机开路后，通过所述测功机匀速运行反拖被测电机，测试被测电机在转过一周时的齿槽转矩，在输入所述测功机的激励电流的高频区采用所述角加速度反映齿槽转矩，在输入所述测功机的激励电流的低频区使用所述转矩传感器反映齿槽转矩。优选地，①步进电机每收到一个脉冲而转过第一特定角度，通过所述同步带传动结构带动被测电机的转子转过第二特定角度，进行一次堵转测试，所堵转测试内容包括被测电机的堵转转矩输出值；②.重复步骤①至被测电机的转子转过一个周期；得到该周期下每次转动所述第二特定角度对应的堵转转矩输出值，进而得到所述被测电机一个周期的转矩波动情况。优选地，所述第一特定角度是所选步进电机的步进角，为1.8°；所述第二特定角度是1°，所述同步带结构传动比为第一角度与第二角度比值。优选地，所述一个周期为被测电机的转子轴转动一周。优选地，还包括：设置有角加速度传感器的转动圆盘，转动圆盘设置在被测电机与转矩传感器之间，所述转动圆盘与所述被测电机转子轴垂直且同轴固定，两个所述角加速度传感器设置在同一径向平面的同一圆周上且左右反向布置。优选地，还包括：弹性联轴器，所述弹性联轴器设置于所述飞轮和所述转矩传感器之间；优选地，还包括飞轮，所述飞轮安装在测功机与转矩传感器之间。优选地，还包括两个相互垂直布置的电涡流位移传感器，测量被测电机的转子轴在所述相互垂直的两个方向上的径向跳动值，进而得到所述被测电机的转子的偏心情况，两个所述电涡流位移传感器在同一个垂直于所述转子轴的径向平面内。优选地，将被测电机开路后，通过测功机匀速运行反拖被测电机，测试其在转过一周过程中的齿槽转矩。优选地，所述角加速度传感器是压电传感器，所述齿槽转矩在输入测功机的激励电流的低频区等于转矩传感器输出值，所述齿槽转矩在输入测功机的激励电流的高频区等于转子的角加速度与被测电机与飞轮转动惯量和的乘积。本专利技术具有以下优点：台架将堵转与惯性加载结合起来，在一个试验台架上既可以通过堵转的方法表征一个旋转周期内电机的转矩波动情况，也可以直接测试电机的齿槽转矩波动情况。设置同步带传动结构，通过大带轮，精确控制转子旋转位置的精度。通过多位置堵转，能够得出转子运动一周中转矩波动情况；且制动器的制动力作用在所述大带轮上；将制动器作为堵转装置可以将大带轮位置固定以实现堵转工况。通过在低频区使用转矩传感器，到高频区使用角加速度传感器，扩大齿槽转矩的测量范围；适用于电机的全频区的齿槽转矩测量，扩大测试范围，满足高频区测量。通过大惯量飞轮可以尽可能的减小测功机本身的转矩波动影响。采用弹性联轴器以消除传动链中同轴度及偏心、振动对于传感器侧的影响，防止传感器因震动而产生破坏。附图说明附图1为转矩脉动测试系统结构框图附图2为测试系统三维模型附图3为测试系统俯视图附图4为大带轮刻度圆盘示意图附图5为电涡流位移传感器安装位置图附图6为压电传感器安装位置图具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实例以一台3.6kW永磁同步电机为例具体说明转矩脉动测试系统的建立与测试过程。结合图1-3所示，本专利技术的一种电机转矩脉动试验测试台架，包括：电机控制器、电源、功率分析仪、上位机、信号采集系统、被测电机1、电涡流位移传感器2、角加速度传感器3、转矩传感器4、同步带传动结构5、步进电机6、弹性联轴器、飞轮7、测功机8、制动器9及弹性联轴器10。被测电机1包括转子轴A；所述同步带传动结构包括大带轮、小带轮和同步带,同步带传动连接大带轮和小带轮；所述步进电机的输出轴与所述小带轮同轴固定连接，所述大带轮同轴固定在所述被测电机的转子轴上；优选地大带轮和小带轮是齿形轮，同步带是齿形带；根据试验需要结合步进电机的步进角确定大带轮和小带轮的传动比，在堵转测试过程中，步进电机每收到一个脉冲而转过第一特定角度，通过所述同步带传动结构带动被测电机的转子转过第二特定角度，进行一次堵转测试；优选地，为保证一定的精度，选择第一特定角度为1.8°，步进电机通过传动比为i＝1.8的同步带传动结构带动转子轴在一个脉冲下转过1°，即实现第二特定角度是1°。为简化试验台架的整体结构并方便制动器的安装，设计半径较大的大带轮，使得大带轮既可作为同步带传动的组成部分也可作为台架中的制动盘，鉴于此查机械设计手册可选择槽型为H型，节距pb＝12.7mm,通过试数确定小带轮齿数z1＝20,大带轮齿数z2＝36。同时如图4所示在所述大带轮上设置进行圆周方向的等间隔刻度，进一步保证转子旋转位置的精度；制动器的制动力作用在所述大带轮上；将制动器作为堵转装置可以将大带轮位置固定以实现堵转工况。所述弹性联轴器设置于所述飞轮和所述转矩传感器之间；由于测试台架轴系较长，必然存在装配过程引起的转子偏心问题，为补偿所述转子偏心、台架振动的问题，本专利技术将飞轮和转矩传感器之间采用膜片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机转矩脉动试验测试台架，包括：被测电机、转矩传感器、同步带传动结构、制动器、步进电机及测功机；/n其特征在于：/n所述同步带传动结构包括大带轮、小带轮和同步带,同步带传动连接大带轮和小带轮；所述步进电机的输出轴与所述小带轮同轴固定连接，所述大带轮同轴固定在所述被测电机的转子轴上，在所述大带轮上设置进行圆周方向的等间隔刻度，所述刻度对应所述被测电机在一个测试周期内的测试间隔；/n制动器的制动力直接作用在所述大带轮上；/n还包括角加速度传感器，测量所述被测电机的转子的角加速度，/n将被测电机开路后，通过所述测功机匀速运行反拖被测电机，测试被测电机在转过一周时的齿槽转矩，在输入所述测功机的激励电流的高频区采用所述角加速度反映齿槽转矩，在输入所述测功机的激励电流的低频区使用所述转矩传感器反映齿槽转矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机转矩脉动试验测试台架，包括：被测电机、转矩传感器、同步带传动结构、制动器、步进电机及测功机；
其特征在于：
所述同步带传动结构包括大带轮、小带轮和同步带,同步带传动连接大带轮和小带轮；所述步进电机的输出轴与所述小带轮同轴固定连接，所述大带轮同轴固定在所述被测电机的转子轴上，在所述大带轮上设置进行圆周方向的等间隔刻度，所述刻度对应所述被测电机在一个测试周期内的测试间隔；
制动器的制动力直接作用在所述大带轮上；
还包括角加速度传感器，测量所述被测电机的转子的角加速度，
将被测电机开路后，通过所述测功机匀速运行反拖被测电机，测试被测电机在转过一周时的齿槽转矩，在输入所述测功机的激励电流的高频区采用所述角加速度反映齿槽转矩，在输入所述测功机的激励电流的低频区使用所述转矩传感器反映齿槽转矩。


2.如权利要求1所述的台架，其特征在于还包括：
①步进电机每收到一个脉冲而转过第一特定角度，通过所述同步带传动结构带动被测电机的转子转过第二特定角度，进行一次堵转测试，所堵转测试内容包括被测电机的堵转转矩输出值；
②.重复步骤①至被测电机的转子转过一个周期；得到该周期下每次转动所述第二特定角度对应的堵转转矩输出值，进而得到所述被测电机一个周期的转矩波动情况。


3.如权利要求2所述的台架，其特征在于：所述第一特定角度是所选步进电机的步进角，为1.8°；所述第二特定角度是1°，所述同步带结构传动比为第一角度与第二角度比值。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张承宁，赵越，杨永喜，杨国辉，滕继晖，张硕，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11