本发明专利技术涉及一种具有无接触转矩测量功能的高速永磁同步电动机，属于永磁同步电动机技术领域。本发明专利技术通过改进电动机本体，在电动机端盖上增加轴承，在电动机端盖上增加压力/拉力传感器，形成一种具备转矩测量功能的新型高速永磁同步电动机，可实现电动机转矩的自我测量，无需额外的转矩测量装置，节省成本；相比于传统的接触式转矩传感器，本发明专利技术电动机转矩测量的实现与转轴无接触，不需要增加轴系长度，不会引起电动机高速旋转时的动平衡问题，安全可靠，可适应于高速电机；相比于非接触式转矩测量装置，本发明专利技术的电机的转矩测量和电机本体是一体化的设计，没有测量装置的安装问题，且在电动机高速旋转时使转矩检测精度精确。在电动机高速旋转时使转矩检测精度精确。在电动机高速旋转时使转矩检测精度精确。
【技术实现步骤摘要】
具有无接触转矩测量功能的高速永磁同步电动机
[0001]本专利技术属于永磁同步电动机
，具体涉及一种具有无接触转矩测量功能的高速永磁同步电动机。
技术介绍
[0002]在永磁同步电动机中，合理范围内输出转矩的使用保障了电机系统的安全性，同时在转速和输入功率不变时，输出转矩数值可直接反应出电机本体的工作效率，因此转子轴伸端输出转矩是其重要参数之一。在电动机转子高速旋转时，转子的轴系长度和某些测量需要的附加装置都会影响转轴的稳定性，所以如何稳定测量高速转子轴伸端输出转矩就显得尤为重要。
[0003]目前机械转矩的测量根据测量方式分为接触式和非接触式两大种。接触式的转矩测量有应变式和卡环式。但接触式转矩传感器安装在转轴上，增加了轴系的长度，不利于电动机的高速旋转。例如，传统的应变式转矩传感器安装在转子轴伸端和机械负载之间，利用应变片检测转轴的应变力大小来判断电动机转子的输出转矩。但由于其安装在转轴上，增加了轴系的长度，引起电机高速旋转时的轴系的扰动问题，同时降低了电动机的临界转速。非接触式的转矩测量有光电式、磁电式、光纤式。但现有的非接触式转矩传感器无法保证安装时的同轴度，无法进行移动调整，且在电动机高速旋转时使得转矩检测不准确。例如，光电式转矩测量装置利用光的折射特性将光源和开关式传感器结合在一起。不同转速下光源发出的光的强度也会发生改变，通过光电感应元器件将不同强度的光信号转化为电流信号，最后通过测量装置的处理得到转轴上的机械输出转矩。但光电式转矩测量装置的读取方式受周围环境的影响，当周围环境存在粉尘会引起测量的误操作，另外在接受光信号的读取部件有油、污垢会导致测量装置无法测量。磁电式转矩测量装置利用磁电转换原理，通过转子和负载两侧的齿轮圆盘将转速信号变为磁通信号由磁电传感器接收，进而得到转子和负载两侧电动势的相位差，这个相位差与转轴的转矩成正比，从而得到转子轴伸端的机械转矩。但电磁式转矩测量装置对安装时的同轴度以及测量环境的要求较高，并且在轴系上安装的齿轮圆盘在转子高度旋转时比较危险，因此需要将装置密封。
技术实现思路
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本专利技术要解决的技术问题是：如何设计一种具有无接触转矩测量功能的高速永磁同步电动机。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有无接触转矩测量功能的高速永磁同步电动机，包括：定子组件、转子组件、机座8、转子轴承9、端盖轴承10、第一应力传感器11、第二应力传感器12、端盖支架13和传感器支架14；
[0008]其中，所述定子组件包括定子铁心3、定子绕组4、机壳6及端盖7；所述转子组件包
括转子铁心1、永磁体2及转轴5；所述定子铁心3位于机壳6内部，定子铁心3和机壳6与转轴5同轴心；定子铁心3上绕着定子绕组4；永磁体2贴在转子铁心1上，转子铁心1和永磁体2与转轴5同轴心，中间部分是转轴5，转子铁心1套在转轴5上，机座8位于端盖支架13的下方，是电动机的最下部；转子轴承9安装在转轴5和端盖7之间，端盖轴承10安装在端盖7和定子轴承外圈支撑部件，即端盖支架13之间；转子组件通过转子轴承9的支撑作用来实现转子组件的旋转，定子组件用端盖轴承10的支撑来实现定子组件的旋转；第一应力传感器11、第二应力传感器12安装在机壳6与传感器支架14之间，传感器支架14与机座8连接。
[0009]优选地，所述第一应力传感器11采用螺栓固定的方式安装在机壳6与传感器支架14之间。
[0010]优选地，所述第二应力传感器12采用螺栓固定的方式安装在机壳6与传感器支架14之间。
[0011]优选地，所述传感器支架14与机座8采用刚性连接。
[0012]优选地，所述端盖轴承10为滑动轴承。
[0013]优选地，所述转子轴承9为滑动轴承。
[0014]本专利技术还提供了一种所述的电动机中定子组件转矩及转子组件转矩的测量方法，包括以下步骤：
[0015]在转轴5顺时针旋转时，给定子绕组4通电，交流电在气隙中产生旋转磁场，转子组件受到切力F1使转子组件顺时针方向旋转，根据牛顿第三定律，定子组件上必然会受到反作用力F2使定子组件逆时针方向旋转，通过改变机壳6的形状，利用第一应力传感器11、第二应力传感器12测得作用力F2，第一应力传感器11、第二应力传感器12与机壳6接触但没有力的作用，一旦作用力F2要使定子组件及机壳6旋转，第一应力传感器11、第二应力传感器12便与机壳6产生力的作用，第一应力11测得压力F
21
，第二应力传感器12测得拉力F
22
，再测量第一应力传感器11的测量点与转轴5轴心的距离L1、第二应力传感器12测量点与转轴5轴心的距离L2，根据公式(2)计算出定子组件转矩T2，再由转矩平衡公式得到转子组件转矩T1；
[0016]T2＝L1F
21
+L2F
22
ꢀꢀ
(2)。
[0017]优选地，转矩平衡公式为T1＝rF1＝LF2＝T2ꢀꢀ
(1)。
[0018]优选地，当电动机轴系与负载同轴心，即满足L1＝L2＝L时，电动机两侧的两个应力传感器满足F1＝F2＝F的关系，此时将公式(2)简化成公式(3)，若电动机轴系与负载轴系安装不同心，则F1与F2不再相等，此时产生测量误差，调整电动机轴系与负载轴系同心的方法使F1与F2相等；
[0019]T2＝2LF
ꢀꢀ
(3)。
[0020]本专利技术还提供了一种所述的电动机中转子组件轴伸端的实际输出转矩的测量方法，包括以下步骤：
[0021]进行空载修正：首先让电动机空载运行，并由一转矩测量装置测试不同转速下的空载转矩，绘制空载转矩曲线，在电动机匀速运行时根据公式(4)进行空载修正，其中转子组件转矩T1就是电动机转子的电磁转矩T
em
，由电动机带负载运行时测量的电磁转矩减去相同转速下的空载转矩，得到转子组件轴伸端的实际输出转矩；
[0022]T
em
‑
T
L
＝T
out
ꢀꢀ
(4)
[0023]其中，T
L
为电动机转子组件的空载转矩，T
out
为电动机转子组件轴伸端的输出转
矩。
[0024](三)有益效果
[0025]本专利技术通过改进电动机本体，在电动机端盖上增加轴承，在电动机端盖上增加压力/拉力传感器，形成一种具备转矩测量功能的新型高速永磁同步电动机，可实现电动机转矩的自我测量，无需额外的转矩测量装置，节省成本；相比于传统的接触式转矩传感器，本专利技术电动机转矩测量的实现与转轴无接触，不需要增加轴系长度，不会引起电动机高速旋转时的动平衡问题，安全可靠，可适应于高速电机；相比于非接触式转矩测量装置，本专利技术的电机的转矩测量和电机本体是一体化的设计，没有测量装置的安装问题，且在电动机高速旋转时使转矩检测精度精确。本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有无接触转矩测量功能的高速永磁同步电动机，其特征在于，包括：定子组件、转子组件、机座(8)、转子轴承(9)、端盖轴承(10)、第一应力传感器(11)、第二应力传感器(12)、端盖支架(13和传感器支架(14)；其中，所述定子组件包括定子铁心(3)、定子绕组(4)、机壳(6)及端盖(7)；所述转子组件包括转子铁心(1)、永磁体(2)及转轴(5)；所述定子铁心(3)位于机壳(6)内部，定子铁心(3和机壳(6)与转轴(5)同轴心；定子铁心(3)上绕着定子绕组(4)；永磁体(2)贴在转子铁心(1)上，转子铁心(1)和永磁体(2)与转轴(5)同轴心，转子铁心(1)套在转轴(5)上，机座(8)位于端盖支架(13的下方，是电动机的最下部；转子轴承(9)安装在转轴(5)和端盖(7)之间，端盖轴承(10)安装在端盖(7)和定子轴承外圈支撑部件，即端盖支架(13)之间；转子组件通过转子轴承(9)的支撑作用来实现转子组件的旋转，定子组件用端盖轴承(10)的支撑来实现定子组件的旋转；第一应力传感器(11)、第二应力传感器(12)安装在机壳(6)与传感器支架(14)之间，传感器支架(14)与机座(8)连接。2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述第一应力传感器(11)采用螺栓固定的方式安装在机壳(6)与传感器支架(14)之间。3.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述第二应力传感器(12)采用螺栓固定的方式安装在机壳(6)与传感器支架(14)之间。4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述传感器支架(14)与机座(8)采用刚性连接。5.如权利要求1至4中任一项所述的电动机，其特征在于，所述端盖轴承(10)为滑动轴承。6.如权利要求1至4中任一项所述的电动机，其特征在于，所述转子轴承(9)为滑动轴承。7.一种如权利要求1至6中任一项所述的电动机中定子组件转矩及转子组件转矩的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：在转轴(5)顺时针旋转时，给定子绕组(4)通电，交流电在气隙中产生旋转磁场，转子组件受到切力F1使转子组件顺时针方向旋转，根据牛顿第三定律，定子组件上必然会受到反作用力F2使定子组件逆时针方向旋转，通过改变机壳(6)的形状，利用第一应力传感器(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：马同玲，王军，赵博，刘剑，朱明星，霍雪娇，张倩倩，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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