專利名稱：一種寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電機測功用的測試設(shè)備，特別是涉及一種采用浮動安裝制動器的、針對中小功率永磁電機的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，例如用來測量電動摩托車電機、電動自行車電機、殘疾車用電機的測功系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)目前的現(xiàn)有技術(shù)，用來測試中小功率的永磁電機測功系統(tǒng)，都采用如下幾款比較典型的形式，例如 申請?zhí)枮?4215962. 4，名稱為“電機輸出轉(zhuǎn)矩測量裝置”公開的專利、申請?zhí)枮?8244117. 7，名稱為“電機輸出功率測試儀”公開的專利、申請?zhí)枮?00420114065. 0，名稱為“ー種扭矩測試裝置”公開的專利。上述這些測功裝置(或者系統(tǒng))的特點是，測功機和被測電機其中一方采用浮動安裝，尾部加入扭矩傳感器，采用消耗型制動器，把機械能轉(zhuǎn)換成電磁能和熱能，尾部的扭矩傳感器采用“靜止測量法”測量。上述方法的缺陷是I、凡是采用磁粉制動器，或者磁滯制動器的測功機，其工作原理是把被測電機輸出的機械能轉(zhuǎn)換成電磁能和熱能消耗棹，電機功率越大，在制動器上消耗的功率也越大。2、該裝置尾部的扭矩傳感器設(shè)計不盡合理。申請?zhí)枮?00820142953. 1，名稱為“電動車電機測功機”，該測功機的制動器采用磁粉制動器，并且采用固定安裝，扭矩傳感器采用“旋轉(zhuǎn)測量法”測量扭矩。上述方法的缺陷是I、采用磁粉制動器，其工作原理同上述列舉的測功機，電機功率越大，在制動器上消耗的功率也越大。2、“旋轉(zhuǎn)測量法”的扭矩傳感器非常昂貴，而且需要專用轉(zhuǎn)換器，把扭矩輸出的脈沖信號，轉(zhuǎn)換成模擬信號，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了提供一種寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，用干與被測電機及被測控制器連接，測量被測電機的特性參數(shù)及效率，包括采用永磁交流電機的測功機電機、測功機控制器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、力矩傳感器、轉(zhuǎn)速測量裝置和計算機；測功機控制器與測功機電機電氣連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源與測功機控制器電氣連接，力矩傳感器與測功機電機機械連接，轉(zhuǎn)速測量裝置設(shè)置在測功機電機的前端；計算機分別與力矩傳感器和轉(zhuǎn)速測量裝置電氣連接；所述的測功機控制器與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)，共同向被測電機控制器供電；所述的采用永磁交流電機的測功機電機和測功機控制器的工作電壓等級在一定范圍內(nèi)跟隨被測電機及被測控制器的電壓等級，用發(fā)電制動代替消耗制動，完成測功全過程。所述的采用永磁交流電機的測功機電機，包括電機本體、前支架、后支架以及用于與被測電機傳動相連的機械連接件，電機本體以其中心軸的中心線為基準(zhǔn)，懸浮安裝在前后支架上，機械連接件與電機本體中心軸的前端相連；所述的カ矩傳感器與電機本體的后端蓋固定相連，力矩傳感器的下端設(shè)有向下開ロ的U形槽，所述的后支架上固定有一銷釘，該銷釘插入上述U形槽內(nèi)用于限制力矩傳感器以及電機本體的旋轉(zhuǎn)；所述的轉(zhuǎn)速測量裝置設(shè)置在電機本體的前端并利用電機本體中心軸上的碼盤和光耦組合，輸出中心軸的轉(zhuǎn)速信號。所述的測功機控制器內(nèi)部由MCU計算機芯片、寫入芯片的軟件及外圍硬件組成ー個微計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入輸出部分、控制驅(qū)動部分、直流-直流變換部分、大功率晶體管組成的逆變器模塊、電流電壓檢測元件、散熱殼體組成，微計算機系統(tǒng)通過CAN總線與所述計算機通訊，執(zhí)行所述計算機的指令，完成測功全過程，所述的測功機控制器在電路結(jié) 構(gòu)上設(shè)計為寬電壓范圍工作。所述的カ矩傳感器的上部設(shè)有上下延伸的腰形孔，對應(yīng)于該腰形孔的電機本體后端蓋上固定有ー銷釘，該銷釘插入上述腰形孔內(nèi)用于限制力矩傳感器在后端蓋上的滑移，力矩傳感器由上下兩部分可拆卸式連接組成，上下兩部分各設(shè)有ー個半圓環(huán)，兩個半圓環(huán)通過連接螺釘連接成ー個整圓環(huán)，該整圓環(huán)緊固套裝在電機后端蓋上，所述カ矩傳感器的下部有一段均勻的矩形梁，矩形梁中部開有兩個相互貫通的應(yīng)變孔，沿應(yīng)變孔的兩側(cè)面貼有四個電阻應(yīng)變片，四個電阻應(yīng)變片組成電橋，由電橋輸出扭矩信號。所述的測功機電機本體自身設(shè)有用于獲得轉(zhuǎn)速信號的位置傳感器，提供轉(zhuǎn)速信號。所述計算機的軟件設(shè)計在不同等級電壓測試時，采用不同程序，分別計算，分別擬
合，合并輸出。本發(fā)明永磁電機測功系統(tǒng)由于采用了以上技術(shù)方案，具有以下的優(yōu)點和特點I、由于采用了寬工作電壓制式，能夠跟隨各種被測電機和被測控制器的電壓等級，例如24V、36V和48V ；2、測功機電機由于采用了永磁交流電機作為制動器，并且采用測功機控制器與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)后，向被測控制器及被測電機供電的這ー技術(shù)方案，把制動時的機械能，轉(zhuǎn)換成電能，向系統(tǒng)發(fā)電，節(jié)約了電能，其最大節(jié)電率達60%。3、由于カ矩傳感器采用四個電阻應(yīng)變片采樣，在力矩數(shù)據(jù)測量上具有精度高、線性度平直的優(yōu)點，并且其由上下兩部分可拆卸式連接組成，結(jié)構(gòu)合理，給安裝和維修帶來了方便。


圖I是本發(fā)明永磁電機測功系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2是本發(fā)明中的測功機電機及其機械連接關(guān)系示意圖；圖3是圖2的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明中的力矩傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明永磁電機測功系統(tǒng)的ー種軟件實施方式。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進ー步闡述本發(fā)明。附圖所示為本發(fā)明的ー個較佳實施例，本發(fā)明的技術(shù)方案不限于本實施例。參見圖1，本發(fā)明ー種寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，用于測量永磁電機的特性參數(shù)及效率，包括采用永磁交流電機的測功機電機、測功機控制器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、力矩傳感器、轉(zhuǎn)速測量裝置和計算機；測功機控制器與測功機電機電氣連接，直流母線與測功機控制器電氣連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源與直流母線電氣連接，力矩傳感器與測功機電機機械連接，轉(zhuǎn)速測量裝置設(shè)置在電機本體的前端并利用電機本體中心軸上的碼盤和底板上的光耦組合，輸出測功機中心軸的轉(zhuǎn)速信號。計算機分別與力矩傳感器和轉(zhuǎn)速測量裝置電氣連接。其中的測功機控制器與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)，向被測控制器及被測電機供電；測功機電機與測功機控制器采用寬工作電壓制式，跟隨被測控制器與被測電機的電壓等級，完成測功全過程。 參見圖2、圖3，本發(fā)明中的測功機電機包括電機本體I、前支架2、后支架3以及用干與被測電機4傳動相連的機械連接件5，電機本體I通過其中心軸11懸浮安裝在前后支架2和3上，機械連接件5與電機本體中心軸11的前端相連。力矩傳感器6與電機本體的后端蓋12固定相連，力矩傳感器6的下端設(shè)有向下開ロ的U形槽61，后支架3上固定有一銷釘7，該銷釘7插入上述U形槽61內(nèi)用于限制力矩傳感器6及電機本體I的旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生カ矩信號。轉(zhuǎn)速測量裝置8設(shè)置在電機本體I的前端，利用電機本體中心軸11上的碼盤，與光耦組合以測得測功機中心軸的轉(zhuǎn)速信號。配合參見圖4，本發(fā)明中的力矩傳感器6由上下兩部分可拆卸式連接組成，上下兩部分的連接端各設(shè)有ー個半圓環(huán)63、64，兩個半圓環(huán)63、64通過連接螺釘連接成一個整圓環(huán)，該整圓環(huán)緊固套裝在電機后端蓋12上。在力矩傳感器6的上部設(shè)有上下延伸的腰形孔62，對應(yīng)于該腰形孔的電機本體后端蓋上固定有ー銷釘9，該銷釘9插入上述腰形孔62內(nèi)用于限制力矩傳感器6在后端蓋12上的轉(zhuǎn)動滑移。本發(fā)明中的電機本體自身還可以設(shè)置ー個用于獲得轉(zhuǎn)速信號的位置傳感器13。在此情況下，可以免除轉(zhuǎn)速測量裝置，通過電機本體自身的位置傳感器獲得轉(zhuǎn)速信號。本發(fā)明的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，由力矩傳感器上的四個電阻應(yīng)變片組成的電橋，輸出力矩參數(shù)，由轉(zhuǎn)速測量裝置內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)速信號。所述的計算機的計算軟件實施方式如圖5所示。工作時，首先由用戶輸入“旋轉(zhuǎn)方向選擇”和“電機電壓選擇”，把被測電機的電壓范圍及運行參數(shù)確定下來。然后，對于不同電壓等級的被測電機的“カ矩信號”和“轉(zhuǎn)速信號”，通過空載處理后，采用不同的程序分別采樣、分別計算、分別擬合的措施，彌補了在跟隨被測電機和被測控制器的不同電壓等級時，系統(tǒng)產(chǎn)生的非線性誤差，最后由計算機軟件輸出，通過顯示屏可以得到圖形以及參數(shù)表。本發(fā)明的工作原理是，被測電機4接受被測控制器的指令，開始旋轉(zhuǎn)，通過機械連接件5，帶動測功機電機中心軸11旋轉(zhuǎn)，測功機電機I接受測功機控制器的指令，開始對被測電機4制動，同時向系統(tǒng)發(fā)電。此時，測功機電機I受到ー個阻カ矩，該阻カ矩大小，等于被測電機4輸出的カ矩大小，并通過后端蓋12扭動カ矩傳感器6，力矩傳感器6被銷釘7限制其旋轉(zhuǎn)，該阻力矩在カ矩傳感器6上被轉(zhuǎn)換成電信號輸出，該電信號經(jīng)放大后，送入計算機，作為被測電機的“輸出力矩”。與此同吋，當(dāng)測功機電機I對被測電機4進行制動時，把來自被測電機4的機械能轉(zhuǎn)換成電能，從測功機控制器流出，流入被測控制器；與此同吋，轉(zhuǎn)速測量裝置8測出測功機電機中心軸11的轉(zhuǎn)速，作為“輸出轉(zhuǎn)速”發(fā)送到計算機。至此，被測電機的(即時)“輸出功率”(“輸出力矩”和“輸出轉(zhuǎn)速”)已經(jīng)完全被計算機采納。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，被測電機及被測控制器的“輸入電壓”和“輸入電流”，由儀表中的RS485通訊接ロ，連接到計算機，計算機在采納被測電機“輸出功率”的同時，同時，根據(jù)“輸入電壓”和“輸入電流”推算出“輸入功率”。計算機把“輸入功率”與“輸出功率” 一起，組成一個完整“參數(shù)組”，保存在計算機存儲器中。測試完畢后，計算機把眾多參數(shù)組中的同類型參數(shù)，繪成各種參數(shù)曲線，顯示在顯示屏上。例如在測試上海某公司的36V電動自行車電機時(參照圖I中的電流表I)，被測 電機以及被測電機控制器，向系統(tǒng)吸收12A直流電流，其中，測功機控制器在最大值時(參照圖I中的電流表2)，向系統(tǒng)提供8A直流電流，約占67 %，而從電網(wǎng)到可調(diào)直流穩(wěn)壓電源提供的電流經(jīng)計算可得12A-8A = 4A，約占33%。可見與常規(guī)磁粉測功機或者磁滯測功機相比較，本發(fā)明具有明顯的節(jié)電效果，最大節(jié)電率達67%。
權(quán)利要求
1.一種寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，用于與被測電機及被測控制器連接，測量被測電機的特性參數(shù)及效率，其特征在于包括采用永磁交流電機的測功機電機、測功機控制器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、力矩傳感器、轉(zhuǎn)速測量裝置和計算機；測功機控制器與測功機電機電氣連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源與測功機控制器電氣連接，力矩傳感器與測功機電機機械連接，轉(zhuǎn)速測量裝置設(shè)置在測功機電機的前端；計算機分別與力矩傳感器和轉(zhuǎn)速測量裝置電氣連接；所述的測功機控制器與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)，共同向被測電機控制器供電；所述的采用永磁交流電機的測功機電機和測功機控制器的工作電壓等級在一定范圍內(nèi)跟隨被測電機及被測控制器的電壓等級，用發(fā)電制動代替消耗制動，完成測功全過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，其特征在于所述的采用永磁交流電機的測功機電機，包括電機本體、前支架、后支架以及用于與被測電機傳動相連的機械連接件，電機本體以其中心軸的中心線為基準(zhǔn)，懸浮安裝在前后支架上，機械連接件與電機本體中心軸的前端相連；所述的力矩傳感器與電機本體的后端蓋固定相連，力矩傳感器的下端設(shè)有向下開口的U形槽，所述的后支架上固定有一銷釘，該銷釘插入上述U形槽內(nèi)用于限制力矩傳感器以及電機本體的旋轉(zhuǎn)；所述的轉(zhuǎn)速測量裝置設(shè)置在電機本體的前端并利用電機本體中心軸上的碼盤和光耦組合，輸出中心軸的轉(zhuǎn)速信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，其特征在于所述的測功機控制器內(nèi)部由MCU計算機芯片、寫入芯片的軟件及外圍硬件組成一個微計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入輸出部分、控制驅(qū)動部分、直流-直流變換部分、大功率晶體管組成的逆變器模塊、電流電壓檢測元件、散熱殼體組成，微計算機系統(tǒng)通過CAN總線與所述計算機通訊，執(zhí)行所述計算機的指令，完成測功全過程，所述的測功機控制器在電路結(jié)構(gòu)上設(shè)計為寬電壓范圍工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，其特征在于所述的力矩傳感器的上部設(shè)有上下延伸的腰形孔，對應(yīng)于該腰形孔的電機本體后端蓋上固定有一銷釘，該銷釘插入上述腰形孔內(nèi)用于限制力矩傳感器在后端蓋上的滑移，力矩傳感器由上下兩部分可拆卸式連接組成，上下兩部分各設(shè)有一個半圓環(huán)，兩個半圓環(huán)通過連接螺釘連接成一個整圓環(huán)，該整圓環(huán)緊固套裝在電機后端蓋上，所述力矩傳感器的下部有一段均勻的矩形梁，矩形梁中部開有兩個相互貫通的應(yīng)變孔，沿應(yīng)變孔的兩側(cè)面貼有四個電阻應(yīng)變片，四個電阻應(yīng)變片組成電橋，由電橋輸出扭矩信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，其特征在于所述的測功機電機本體自身設(shè)有用于獲得轉(zhuǎn)速信號的位置傳感器，提供轉(zhuǎn)速信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，其特征在于所述計算機的軟件設(shè)計在不同等級電壓測試時，采用不同程序，分別計算，分別擬合，合并輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)，它包括采用永磁交流電機的測功機電機、測功機控制器、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、力矩傳感器、轉(zhuǎn)速測量裝置和計算機；測功機電機與測功機控制器電氣連接，測功機控制器與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源電氣連接，力矩傳感器與測功機電機機械連接，轉(zhuǎn)速測量裝置利用中心軸上的碼盤以及光耦組合輸出轉(zhuǎn)速信號，計算機分別與測功機控制器、力矩傳感器和轉(zhuǎn)速測量裝置電氣連接；測功機控制器和可調(diào)直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)后，向被測電機和被測控制器供電。本發(fā)明的寬電壓節(jié)能型永磁電機測功系統(tǒng)采用永磁交流電機代替市場流行的磁粉制動器或者磁滯制動器，并采用寬工作電壓制式，跟隨多種不同電壓等級的被測控制器和被測電機進行測功，把消耗型測功，改進成發(fā)電型測功，可以節(jié)約大量電能。
文檔編號G01L3/24GK102829910SQ20111015797
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者金建均, 馬麗 申請人:上海電驅(qū)動有限公司, 上海汽車電驅(qū)動有限公司, 上海汽車電驅(qū)動工程技術(shù)研究中心有限公司