CN109061467A - 一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，伺服电机固定安装于底板，扭矩传感器两端分别与伺服电机及转轴连接，高度调节结构安装于底板，夹持结构安装于高度调节结构，被测电机的定子固定于夹持结构，高度调节结构调节被测电机的定子的中心高，使被测电机的定子的中心高与测量装置的中心高一致，被测电机的转子与转轴连接，伺服电机通过扭矩传感器及转轴带动被测电机的转子转动，被测电机的转子与伺服电机的转速一致并均匀转动从而获得反电动势系数，扭矩传感器测量总转矩从而得出齿槽转矩，将完全独立进行的两项电机性能测试进行整合，并且能够在电机未组装完成之前进行测量，能够及时替换不合格零件，避免拆卸。

Description

一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置

技术领域

本发明涉及电机测试领域，尤其是涉及一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置。

背景技术

永磁同步电机的反电势系数是永磁同步电机特有的性能参数，也是驱动控制该所必须的关键参数，目前的永磁同步电机的反动势系数的测试都是电机总装完成后用手拔动转轴，或者使用专用装置来驱动的方法测试。前一种方法因为手拨的转速不可能均匀、且很难使电机的转速达到国标中要求的1000r/min，因此造成反电势系数测试的精度底下；后一种方法需要专门制备装置，且往往因为电机规格的差异，因此需要制备多种规格。

齿槽转矩也是永磁同步电机所特有的一种外在表现，它是由于转子旋转在不同位置时与定子间的磁阻发生变化而产生，虽然齿槽转矩不做功，但是齿槽转矩带来了转矩脉动，并体现在电机的转矩波动上，最终影响了电机的运行性能，因此齿槽转矩也是电机制造商努力要抑制或消除的。目前已经有厂家专门开发了测量永磁同步电机齿槽转矩的设备，但测试对象必须是组装好了的电机整机。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于根据永磁同步电机的反电势系数测试和齿槽转矩测试都需要将转子经过旋转的特点，提供一种将原本完全独立进行的两项电机性能测试进行整合的能够同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，包括底板，驱动结构、测力结构、转轴结构、夹持结构以及高度调节结构，所述驱动结构包括伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述底板，所述测力结构包括扭矩传感器，所述转轴结构包括转轴，所述扭矩传感器两端分别与所述伺服电机及所述转轴连接，所述高度调节结构安装于所述底板，所述夹持结构安装于所述高度调节结构，被测电机的定子固定于所述夹持结构，所述高度调节结构调节所述被测电机的定子的中心高，使所述被测电机的定子的中心高与同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的中心高一致，被测电机的转子与所述转轴连接，所述伺服电机通过所述扭矩传感器及所述转轴带动所述被测电机的转子转动，使所述被测电机的转子与所述伺服电机的转速一致并均匀转动从而获得反电动势系数，所述扭矩传感器测量总转矩从而得出齿槽转矩。

进一步地，所述高度调节结构包括调节结构、微调滑板及调整垫板，所述夹持结构包括夹座，所述微调滑板与所述调节结构滑动连接，所述调整垫板固定安装于所述微调滑板，所述夹座固定安装于所述调整垫板，所述调节结构带动所述微调滑板上下移动使所述夹座的高度被调节。

进一步地，所述微调滑板的截面呈梯形或三角形。

进一步地，所述调节结构包括微调螺杆、左微调螺母、右微调螺母、左微调滑块以及右微调滑块，所述左微调螺母及右微调螺母分别安装于所述微调螺杆，所述左微调滑块以及所述右微调滑块分别与所述左微调螺母及右微调螺母固定连接，所述微调滑板位于所述左微调滑块以及所述右微调滑块之间。

进一步地，所述左微调滑块以及所述右微调滑块朝向所述微调滑板一侧为与所述微调滑板对应的斜面。

进一步地，所述高度调节结构还包括导轨安装板、直线导轨副及侧板，所述导轨安装板固定于所述侧板，所述直线导轨副安装于所述导轨安装板，所述左微调滑块以及所述右微调滑块分别固定于所述直线导轨副。

进一步地，所述侧板包括燕尾导轨，所述夹持结构还包括燕尾滑块，所述燕尾滑块固定于所述夹座的两端并套入所述燕尾导轨使所述夹座滑动安装于所述侧板。

进一步地，所述高度调节结构还包括两限位部，每一限位部包括限位板及限位螺钉，所述限位板安装于所述导轨安装板，所述限位螺钉固定于所述限位板，所述限位部防止中心高度调节完毕后所述左微调滑块以及所述右微调滑块滑动。

进一步地，所述夹座呈V形。

进一步地，所述同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置还包括支撑结构，所述支撑结构包括支撑轴承座及支撑轴承，所述支撑轴承座安装于所述底板，所述支撑轴承安装于所述支撑轴承座。

相比现有技术，本发明同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置有一下优点：

(1)本发明将永磁同步电机反电势系数测试和齿槽转矩测试整合在一套装备上，只经过一次安装就能一次性同步完成两项电机性能的测试，极大简化了测试流程，节省了测试时间，提升了测试效率。

(2)本发明还颠覆了传统永磁同步电机的测试顺序，将以往必须在电机整机状态下才能进行的反电势系数测试和齿槽转矩测试提前到定、转子零部件阶段，如此就能够及早地发现定、转子的设计或制造缺陷，甚至还能够剥离出到底是定子缺陷，还是转子，通过这样有效控制定、转子零部件的质量而最终提高了电机整体生产效率。

(3)本发明适用范围十分广泛，几乎可以测试所有规格的永磁同步电机的反电动势系数和齿槽转矩；

(4)本发明还可测试电机外形为方形或其它异性形状的电机，通过改变装置的中心高H，被测电机的直径可大范围变化。

附图说明

图1为本发明同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的一剖视图；

图2为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的侧视图；

图3为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的俯视图；

图4为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的内部结构示意图；

图5为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置使用时转子转换套结构的剖视图；

图6为图5的转子转换套结构的侧视图；

图7为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置使用时定子转换套结构的剖视图；

图8为图7的定子转换套结构的侧视图；

图9为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的一使用状态示意图；

图10为图1的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的另一使用状态示意图。

图中：100、同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置；10、底板；11、主体；12、定位条；20、驱动结构；21、伺服电机；22、电机安装座；23、联轴器；30、测力结构；31、扭矩传感器；32、传感器安装座；40、转轴结构；41、转轴；42、转轴轴承；43、转轴轴承座；50、夹持结构；51、夹座；52、压紧螺栓副；53、固定螺栓副；54、横梁；55、燕尾滑块；60、高度调节结构；61、导轨安装板；62、调节结构；620、微调螺杆；621、左微调螺母；622、右微调螺母；623、左微调滑块；624、右微调滑块；63、微调滑板；64、调整垫板；65、直线导轨副；67、侧板；670、燕尾导轨；68、限位部；680、限位板；681、限位螺钉；70、支撑结构；71、支撑轴承座；72、支撑轴承；200、转子；300、定子；400、转换套；500、压盖；600、辅助工装；700、联接工装。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当被称为“固定于”另一个，它可以直接在另一个上或者也可以存在居中的。当一个被认为是“连接”另一个，它可以是直接连接到另一个或者可能同时存在居中。当一个被认为是“设置于”另一个，它可以是直接设置在另一个上或者可能同时存在居中。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图10，本发明一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置100包括底板10、驱动结构20、测力结构30、转轴结构40、夹持结构50、高度调节结构60以及支撑结构70。

底板10包括主体11及定位条12。定位条12用螺栓固定在主体11上，以实现各部件安装在同一平面上，以保证各部件的旋转中心轴线的前后同轴度。

驱动结构20包括伺服电机21、电机安装座22以及联轴器23。电机安装座22固定于底板10的主体11，伺服电机21通过螺栓固定于电机安装座22。伺服电机21的输出轴与联轴器23连接。驱动结构20为同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置100提供旋转的动力。

测力结构30包括扭矩传感器31以及传感器安装座32。传感器安装座32固定于底板10的主体11，扭矩传感器31安装于传感器安装座32并与联轴器23固定连接。扭矩传感器31用来收集齿槽转矩的测试数据，并把收集到的数据反馈给上位处理器。

转轴结构40包括转轴41、转轴轴承42、转轴轴承座43。转轴轴承座43通过螺栓固定于底板10的主体11，转轴轴承42过盈固定在转轴41的两端，转轴轴承42与转轴41安装于轴轴承座43。在本实施例中，转轴轴承42为6416深沟球轴承。转轴结构40的功能是过渡传递转矩的作用，一边与被测电机的转子200相连接，另一边通过联轴器23与扭矩传感器31连接在一起，以实现被测电机转子200与伺服电机21同步转速旋转的动作。

夹持结构50包括夹座51、压紧螺栓副52、固定螺栓副53、横梁54、燕尾滑块55。燕尾滑块55固定于夹座51的相对两侧，压紧螺栓副52及固定螺栓副53旋入横梁54的螺纹孔内。横梁54固定于高度调节结构60的侧板67上，燕尾滑块55套入侧板67的燕尾导轨670上。以实现被测电机的定子300或总成固定在测试台上和调整中心高度时，夹座51能够沿燕尾导轨670上下移动。在本实施例中，夹座51呈V形。

高度调节结构60包括导轨安装板61、调节结构62、微调滑板63、调整垫板64、直线导轨副65、侧板67以及限位部68。调节结构62包括微调螺杆620、左微调螺母621、右微调螺母622、左微调滑块623以及右微调滑块624。导轨安装板61固定安装于侧板67，直线导轨副65安装于导轨安装板61上。左微调螺母621及右微调螺母622分别安装于微调螺杆620。左微调螺母621固定于左微调滑块623，右微调螺母622固定于右微调滑块624。左微调滑块623及右微调滑块624安装于直线导轨副65。微调滑板63安装于左微调滑块623及右微调滑块624之间。微调滑板63的截面呈梯形或三角形。在本实施例中，微调滑板63的截面呈梯形。左微调滑块623及右微调滑块624靠近微调滑板63一侧为斜面与微调滑板63对应。调整垫板64固定于微调滑板63，夹座51固定于调整垫板64。

转动微调螺杆620，左微调滑块623及右微调滑块624会同时往中间或两边移动，带动微调滑板63上升或下降，从而实现无级别地调整被测电机的定子300或总成的中心高，使之与测试装置的整体中心高H完全一致。限位部68包括限位板680以及限位螺钉681，限位板680位于导轨安装板61两边，限位螺钉681固定于限位板680，用于装置调整好中心高H后防右微调滑块624和左微调滑块623往左右两边移动而使中心高H发生变化。

支撑结构70包括支撑轴承座71以及支撑轴承72。优选地，支撑轴承72为6305深沟球轴承。支撑轴承座71固定于底板10的主体11。支撑轴承72内孔与被测转子联接工装700采用小间隙配合，用螺母锁紧，这样拆卸方便。此结构用于被测电机转子较长，采用悬臂结构时稳定性不好的测件增加辅助支承，使被测电机的转子旋转更加平稳，从而提高了测试精度。

使用同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置100时，首先调节好被测电机的定子300或总成的中心高H，其中心高H必须与测试装置***的中心高H完全一致；把被测电机的转子或总成的转轴接口用转子联接工装700连接在一起，再连接在转轴41上，使之能与转轴41一起转动。

把被测电机的定子300固定在夹座51上，把定子300的三相引出线与示波器相连接；扭矩传感器31的信号线接入转矩测试信号处理器上，以实现数字与转矩读数的转换；用伺服驱动器驱动伺服电机21旋转，把转速设置为1000rpm，伺服电机21通过联轴器23带动扭矩传感器31旋转，扭矩传感器31带动转轴41和被测电机的转子一起旋转。

由于中间没有减速或增速机构，因此被测电机的转速与伺服电机21的转速是一致的，代替了目前测试反电动势时用手拔动被测电机转动的操作，使被测电机的转速更均匀、精确，从而获得准确的被测电机的1000转反电动势系数。

由于被测电机没有通电，电机处于开路状态，扭矩传感器31测得的转矩T总(N.m)包含两部份成分，一部分是由轴承摩擦和空气摩擦引起的摩擦损耗，这部分转矩在转速一定的情况下是恒定的；另一部分就是齿槽转矩，这部分转矩随转子旋转位置的变化而波动，其转矩波动的峰值就是齿槽转矩。

对外形是非圆(像四方形、六角形等)的电机测试，这种电机的测试就在被测电机的定子300或总成上套上转换套400，使转换套400与被测电机的定子300或总成成为一体；其余测试的工作原理同上。

把被测转子200套入转换套400内，在被测电机的法兰面上用螺钉锁紧转换套400，这样被测电机与转换套400就成为一体了；转换套400的内孔SxS根据被测电机外形和大小配做，D和M与被测电机的法兰安装孔配做，D尺寸应略大于被测电机的法兰面最大直径，转换套内孔形状还可以延伸到其它形状，如三角形、五角形、六角形、其它异形状等。

当被测电机定子300外形是非圆时，利用转换套400及压盖500来实现。转换套400的内孔尺寸和形状与被测电机的定子300的外形和形状相配做，转换套400的高度H尺寸应比被测电机的定子300铁芯高度小0.2-0.3mm，压盖500的内孔尺寸D1应比被测电机定子300的线端外径尺寸D大2-3mm，转换套400的外径尺寸能布置下螺钉孔即可；工作时把被测电机的定子300套入转换套400内孔内，两端用压盖500压紧，这样被测电机的定子300就与转换套400成为一体了；转换套400内孔形状还可以延伸到其它形状。如三角形、五角形、六角形、其它异形状等。

由于两个侧板67、夹座51通过燕尾滑块55及燕尾导轨670连在一起，两个侧板67还与导轨安装板61连在一起，这样移动侧板67时，右边的夹持结构50以及高度调节结构60也会整体移动，由于侧板67的安装螺栓过孔采用了腰形长方孔，两圆的中心距是30mm，底板10上也有一排中心孔距为30mm的螺纹孔，这样侧板67就可以沿着定位条12左右轴向移动，这样就可以根据需要对任意长度的测试件进行测试。

中心高度的调整还可以通过加调整垫板64，以此作为第一部调节，调节结构62作为第二步调节。把固定螺栓副53调至最上面，把压紧螺栓副52旋入横梁54的中间螺孔内，把拉升板套入压紧螺栓副52上并固定在夹座51上，旋转压紧螺栓副52，夹座51就沿着燕尾导轨670上升到一定高度后，放入调整垫板64，然后取下拉升板。

调整中心高度采用辅助工装600。当完成第一步调整中心高后，把辅助工装600连接在转轴41上，按调整中心高的第二步方法，使夹座51往上移动，当夹座51的两边与辅助工装600的外圆周完全接触时，中心高就调整到位了。辅助工装600的外圆大小必需与被测电机的定子300或总成的外圆大小完全一样，辅助工装600的结构形式应根据连接的需要而定。

本发明同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置100有以下效果：

效果一：本发明装置能够精确测试永磁同步电机的反电动势系数；

效果二：本发明装置能够精确测试永磁同步电机的齿槽转矩；

效果三：本发明将永磁同步电机的反电势系数测试和齿槽转矩测试整合在一套装置上，通过一次安装即可一次性完成两项截然不同类型的电机性能测试，从而极大简化了测试的流程，节省了测试时间，提高了测试效率；

效果四：本发明颠覆了传统永磁同步电机的测试顺序，将以往必须在电机整机状态下才能进行的反电势系数测试和齿槽转矩测试提前到定子300、转子200零部件阶段，如此就能够及早地发现定、转子200的设计或制造缺陷，甚至还能够剥离出到底是定子300缺陷，还是转子200，通过这样有效控制定、转子零部件的质量而最终提高了电机整体生产效率。

效果五：采用本发明的结构形式和测试方法，通过改变本装置的大小可以覆盖全部永磁同步电机的反电动势和齿槽转矩的测试；

效果六：本发明装置采用定位条12定位方式，有效地解决了伺服电机21、转轴41、扭矩传感器31各旋转体和夹座51的中心轴线前后之间的同轴度问题，且这种对中方式具有简单、方便、精度高等优点；

效果七：本发明装置的中心高度的调整采用调整垫板64加微调的调整方式，可以实现中心高无级化调整，且这种调整方式简单、方便、精度高、省力等优点；

效果八：本发明装置的微调结构的移动方式采用直线导轨副65，可以使右微调滑块624和左微调滑块623的移动轻松、可靠、省时、省力、精度高等优点；

效果九：本发明装置采用辅助工装600调整中心高度的方法，可以获得高精度的中心高度的调整，被测电机的定子300、转子200同轴度可以达到0.015mm以内。

效果十：本发明装置通过加转换套400的方法，可以实现各种电机外形为异性的测试。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，包括底板，其特征在于：还包括驱动结构、测力结构、转轴结构、夹持结构以及高度调节结构，所述驱动结构包括伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述底板，所述测力结构包括扭矩传感器，所述转轴结构包括转轴，所述扭矩传感器两端分别与所述伺服电机及所述转轴连接，所述高度调节结构安装于所述底板，所述夹持结构安装于所述高度调节结构，被测电机的定子固定于所述夹持结构，所述高度调节结构调节所述被测电机的定子的中心高，使所述被测电机的定子的中心高与同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置的中心高一致，被测电机的转子与所述转轴连接，所述伺服电机通过所述扭矩传感器及所述转轴带动所述被测电机的转子转动，使所述被测电机的转子与所述伺服电机的转速一致并均匀转动从而获得反电动势系数，所述扭矩传感器测量总转矩从而得出齿槽转矩。

2.根据权利要求1所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述高度调节结构包括调节结构、微调滑板及调整垫板，所述夹持结构包括夹座，所述微调滑板与所述调节结构滑动连接，所述调整垫板固定安装于所述微调滑板，所述夹座固定安装于所述调整垫板，所述调节结构带动所述微调滑板上下移动使所述夹座的高度被调节。

3.根据权利要求2所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述微调滑板的截面呈梯形或三角形。

4.根据权利要求3所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述调节结构包括微调螺杆、左微调螺母、右微调螺母、左微调滑块以及右微调滑块，所述左微调螺母及右微调螺母分别安装于所述微调螺杆，所述左微调滑块以及所述右微调滑块分别与所述左微调螺母及右微调螺母固定连接，所述微调滑板位于所述左微调滑块以及所述右微调滑块之间。

5.根据权利要求4所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述左微调滑块以及所述右微调滑块朝向所述微调滑板一侧为与所述微调滑板对应的斜面。

6.根据权利要求4所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述高度调节结构还包括导轨安装板、直线导轨副及侧板，所述导轨安装板固定于所述侧板，所述直线导轨副安装于所述导轨安装板，所述左微调滑块以及所述右微调滑块分别固定于所述直线导轨副。

7.根据权利要求6所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述侧板包括燕尾导轨，所述夹持结构还包括燕尾滑块，所述燕尾滑块固定于所述夹座的两端并套入所述燕尾导轨使所述夹座滑动安装于所述侧板。

8.根据权利要求6所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述高度调节结构还包括两限位部，每一限位部包括限位板及限位螺钉，所述限位板安装于所述导轨安装板，所述限位螺钉固定于所述限位板，所述限位部防止中心高度调节完毕后所述左微调滑块以及所述右微调滑块滑动。

9.根据权利要求2所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述夹座呈V形。

10.根据权利要求1所述的同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置，其特征在于：所述同步测量电机的反电动势系数和齿槽转矩的装置还包括支撑结构，所述支撑结构包括支撑轴承座及支撑轴承，所述支撑轴承座安装于所述底板，所述支撑轴承安装于所述支撑轴承座。