一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)參數(shù)的測試設(shè)備及方法，特別是涉及一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，比如用于汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)的助力電機(jī)，目前主要包括直流有刷電機(jī)和三相永磁同步電機(jī)。
[0003]電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩(Cogging Torque)是永磁電機(jī)的固有現(xiàn)象，它是在電樞繞組不通電的狀態(tài)下，由永磁體產(chǎn)生的磁場同電樞鐵心的齒槽作用在圓周方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，它的產(chǎn)生來自于永磁體與電樞齒之間的切向力，使永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有一種沿著某一特定方向與定子對齊的趨勢，試圖將轉(zhuǎn)子定位在某些位置，由此趨勢產(chǎn)生的一種振蕩轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使電機(jī)不能平穩(wěn)運(yùn)行，影響電機(jī)的性能，尤其是在EPS系統(tǒng)中，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)將直接傳遞到駕駛員手上，造成轉(zhuǎn)向力矩波動(dòng)感。
[0004]電機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩是電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件和非旋轉(zhuǎn)部件之間產(chǎn)生的一種阻礙電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，摩擦轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)低速性能有很大的影響，在EPS領(lǐng)域，摩擦轉(zhuǎn)矩直接影響了轉(zhuǎn)向手感和轉(zhuǎn)向回正性能。
[0005]因此在電機(jī)選型時(shí)需對其齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行評估，目前對于齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量，文獻(xiàn)《永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測量》中提出常見的方法包括直接法和間接法。直接法就是直接采用扭矩傳感器或者專業(yè)的齒槽轉(zhuǎn)矩儀器進(jìn)行測量；間接法則是通過等效計(jì)算的方式進(jìn)行測量，如通過測量電流電壓間接得到齒槽轉(zhuǎn)矩，電子稱法，砝碼法。直接法對于轉(zhuǎn)矩傳感器精度的要求較高，間接法需要用到較多的夾具，而且還需要一套可以精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度的裝置。
[0006]由于電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)量級都較小，如EPS中用的電機(jī)功率在IkW以內(nèi)，齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩都在mNm的數(shù)量級，而且齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩在測試時(shí)往往疊加在一起，無法單獨(dú)分開測試，在實(shí)際測試過程中發(fā)現(xiàn)并不能從疊加了噪聲信號的轉(zhuǎn)矩傳感器輸出信號中直接讀取出電機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量設(shè)備。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量設(shè)備，其包括電機(jī)臺架，所述的電機(jī)臺架包括: 伺服負(fù)載電機(jī)；
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀，與所述的伺服負(fù)載電機(jī)相連接，用于測試所述的伺服負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速；
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號采集設(shè)備，與所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀相連接，用于采集所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號；
伺服負(fù)載電機(jī)控制柜，分別與所述的伺服負(fù)載電機(jī)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀相連接，用于與所述的伺服負(fù)載電機(jī)進(jìn)行信號交換，并為所述的伺服負(fù)載電機(jī)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀供電；
被測電機(jī)與所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀進(jìn)行連接。
[0009]優(yōu)選地，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀與伺服負(fù)載電機(jī)、被測電機(jī)通過聯(lián)軸器相連接。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量方法。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量方法，該方法采用電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量設(shè)備，包括:
數(shù)據(jù)測試:
(1)、使所述的被測電機(jī)與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀相脫離，在所述的伺服負(fù)載電機(jī)控制柜上設(shè)定所述的伺服負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號采集設(shè)備采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀測得所述的伺服負(fù)載電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號；
(2)、使所述的被測電機(jī)與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀相連接，在所述的伺服負(fù)載電機(jī)控制柜上設(shè)定所述的伺服負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號采集設(shè)備采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀測得所述的伺服負(fù)載電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號；
數(shù)據(jù)處理:
(3)、對步驟(I)中采集的轉(zhuǎn)矩信號torquel進(jìn)行平滑濾波處理，獲得平滑濾波處理后的轉(zhuǎn)矩信號torquefilteredl，對torquefilteredl進(jìn)行FFT (快速傅氏)變換分析，得到torquefiIteredl的幅頻特性；
(4)、對步驟(2)中采集的轉(zhuǎn)矩信號torqUe2進(jìn)行平滑濾波處理，獲得平滑濾波處理后的轉(zhuǎn)矩信號 torquef iltered2，對 torquef iltered2進(jìn)行 FFT分析，得到 torquef iltered2的幅頻特性；
(5)、將torquefiltered2的幅頻特性中處于OHz處的幅值減去torquefilteredl的幅頻特性中處于OHz處的幅值得到摩擦轉(zhuǎn)矩值；
(6)、torquefiltered2的幅頻特性中處于N*f處的幅值為齒槽轉(zhuǎn)矩值，torquefilteredl的幅頻特性在N*f處不會(huì)出現(xiàn)明顯的幅值，其中:電機(jī)旋轉(zhuǎn)360°齒槽轉(zhuǎn)矩變化的周期數(shù)與電機(jī)的極數(shù)和槽數(shù)相關(guān)，為電機(jī)極數(shù)和槽數(shù)的最小公倍數(shù)，即為N，因此電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的頻率為電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率的N倍，f為電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率。
[0012]優(yōu)選地，在所述的伺服負(fù)載電機(jī)上設(shè)定所述的伺服負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)速不超過50rpm。
[0013]優(yōu)選地，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號采集設(shè)備采集所述的伺服負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀測得的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號。
[0014]優(yōu)選地，重復(fù)步驟(1)、(2)測試多次，取多次的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0015]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果:
本發(fā)明可以從測試信號中提取有效的摩擦轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩信號，尤其適用于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀的結(jié)果包含嘈雜的噪聲的情況，也可以通過齒槽轉(zhuǎn)矩頻率反推電機(jī)的極數(shù)或齒槽數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)。
【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明中測試設(shè)備的示意圖；
附圖2為本發(fā)明中torquefilteredl的幅值特性圖；
附圖3為本發(fā)明中torquefi I tered2的幅值特性圖。
[0017]其中:1、伺服負(fù)載電機(jī)控制柜；2、信號線；3、電源線；4、聯(lián)軸器；5、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀；6、被測電機(jī)；7、聯(lián)軸器；8、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩信號采集設(shè)備；9、轉(zhuǎn)矩信號線；10、轉(zhuǎn)速信號線；11、伺服負(fù)載電機(jī)；12、電源線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
如圖1所示的一種電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩的測量設(shè)備，其包括電機(jī)臺架，電機(jī)臺架包括:
伺服負(fù)載電機(jī)11;
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀5，與伺服負(fù)載電機(jī)11通過聯(lián)軸器4相連接，用于測試伺服負(fù)載電機(jī)11的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速；
轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號采集設(shè)備8，與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀5相連接，用于采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀5輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號；
伺服負(fù)載電機(jī)控制柜1，分別與伺服負(fù)載電機(jī)1