專利名稱：三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)檢測技術(shù)，尤其涉及三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置及方法，該類電動(dòng)機(jī)又稱為永磁同步電機(jī)(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor),在國標(biāo)GB/T21418-2008《永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中也稱為永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，其三相繞組一般采用星形連接方式，是線反電勢波形近似為正弦波的永磁無刷電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)作為一種典型的能量轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的功能。電動(dòng)機(jī)的輸入功率可用電壓U (單位V)與電流I (單位A)的乘積來衡量，而輸出功率用輸出轉(zhuǎn)速n (單位rad/s)和輸出轉(zhuǎn)矩T (單位N. m)的乘積來衡量。輸出轉(zhuǎn)矩T作為電動(dòng)機(jī)輸出能力的基本衡量指標(biāo)，是必要的檢測指標(biāo)。三相永磁同步電動(dòng)機(jī)在自同步運(yùn)行時(shí)，要求向電動(dòng)機(jī)三相繞組輸入與定子、轉(zhuǎn)子相對位置Q有關(guān)的三相正弦電流，以使電動(dòng)機(jī)向負(fù)載輸出恒定的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。Iu=I*sin ( 0 )；
Iv=I*sin ( 0-2* /3)；
Iw=I*sin ( 0 -4* /3) o上式中，Iu、Iv、Iw分別是三相電流，I是相電流幅值。定子、轉(zhuǎn)子相對位置0隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。當(dāng)電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)并輸出恒定轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要保持輸入到三相繞組上的相電流幅值I不變，而施加給三相繞組的電流應(yīng)該根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子相對位置0的改變而改變。為了測量電動(dòng)機(jī)在一定相電流幅值輸入情況下的輸出轉(zhuǎn)矩，必須保證電動(dòng)機(jī)三相 繞組中輸入正確的電流值，因此必須采用合適的位置傳感方式精確測量電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的相對位置e。通常情況下，三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩檢測需要將電動(dòng)機(jī)、位置傳感器和交流伺服驅(qū)動(dòng)器組成永磁無刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，并在轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)行方式下進(jìn)行。這種方法必須配置交流伺服驅(qū)動(dòng)器和轉(zhuǎn)子位置傳感器。相比較于直流電源，大電流的交流伺服驅(qū)動(dòng)器價(jià)格高昂，尤其是在對分裝式電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩檢測時(shí)，還必須考慮轉(zhuǎn)子位置傳感器的安裝。這無疑增加了轉(zhuǎn)矩檢測裝置的復(fù)雜性和檢測成本。圖I為現(xiàn)有轉(zhuǎn)矩檢測裝置示意圖，如圖I所示，使用該檢測裝置時(shí)，檢測者通過輸入到交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流指令對電動(dòng)機(jī)繞組施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的電流，再用轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備測量電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)不具備交流伺服驅(qū)動(dòng)器和轉(zhuǎn)子位置傳感器時(shí)，無法采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩測試。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置及方法，能夠省去轉(zhuǎn)子位置傳感器和交流伺服驅(qū)動(dòng)器，簡化轉(zhuǎn)矩檢測裝置，以降低檢測成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置，包括電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備、直流電源、電流表和繞組連 接器；所述直流電源的輸出端連接繞組連接器的接線端后，對電動(dòng)機(jī)施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的直流電流；所述直流電源與繞組連接器之間，還接有電流表；所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出端與所述轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備相連。其中，所述繞組連接器的連接方式為任意兩相繞組并聯(lián)后，再與剩下一相繞組串聯(lián)；所述串聯(lián)、并聯(lián)后的兩個(gè)繞組的引出線頭分別接至直流電源的正、負(fù)極。所述繞組連接器的連接方式為任意兩相繞組引出線分別接至直流電源的正、負(fù)極，剩下一相繞組懸空。一種三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測方法，包括
A、將電動(dòng)機(jī)置于空載狀態(tài),通過直流電源對繞組施加一定電流,使電動(dòng)機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互吸引而鎖定在特定位置，并將此時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子相對位置標(biāo)記為參考零位；
B、保持電動(dòng)機(jī)繞組連接方式不變，以所述參考零位為基準(zhǔn)，將電動(dòng)機(jī)定子或者轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)n*360±90°電角度,使電動(dòng)機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交，確定此位置為轉(zhuǎn)矩測試時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩測量位置；其中，0 < n <電動(dòng)機(jī)極對數(shù)p之間的整數(shù)，正號(hào)、負(fù)號(hào)分別對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩方向；
C、用直流電源對電動(dòng)機(jī)繞組施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的堵轉(zhuǎn)電流，用轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備測量電動(dòng)機(jī)在該電流下的電磁轉(zhuǎn)矩。其中，步驟A所述繞組的連接方法為將任意兩相繞組并聯(lián)后，再與剩下一相繞組串聯(lián)，將所述串聯(lián)、并聯(lián)后的繞組的兩個(gè)引出線頭分別接至直流電源的正、負(fù)極。其中，步驟A所述繞組的連接方法為將任意兩相繞組引出線分別接至直流電源的正、負(fù)極，剩下一相繞組懸空。本發(fā)明所提供的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置及方法，具有以下優(yōu)
占-
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采用本發(fā)明的檢測裝置及方法，利用標(biāo)記好的參考零位，調(diào)整定子和轉(zhuǎn)子的相對位置以保持定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩測試，能夠省去現(xiàn)有轉(zhuǎn)矩檢測裝置中額外的轉(zhuǎn)子位置傳感器和交流伺服驅(qū)動(dòng)器，從而簡化了轉(zhuǎn)矩檢測裝置的復(fù)雜性，降低了檢測成本。


圖I為現(xiàn)有轉(zhuǎn)矩檢測裝置示意 圖2為本發(fā)明的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置示意 圖3為本發(fā)明的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測方法流程 圖4為電動(dòng)機(jī)的繞組連接方式一；
圖5為電動(dòng)機(jī)的繞組連接方式二。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實(shí)施例對本發(fā)明的方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖2為本發(fā)明的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置示意圖，如圖2所示，在電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，采用直流電源，對電動(dòng)機(jī)繞組施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的直流電流，用轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備測量電動(dòng)機(jī)在定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。具體為所述直流電源的輸出端連接繞組連接器的接線端后，對電動(dòng)機(jī)施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的直流電流；所述直流電源與繞組連接器之間，還接有電流表；所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出端與所述轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備相連。利用上述裝置在檢測時(shí)，只需參照以下步驟301中所述標(biāo)記好的參考零位，調(diào)整定子和轉(zhuǎn)子的相對位置以保持定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩測試，因而無需額外的轉(zhuǎn)子位置傳感器和交流伺服驅(qū)動(dòng)器，從而簡化了轉(zhuǎn)矩檢測裝置的復(fù)雜性，降低了檢測成本。圖3為本發(fā)明的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測方法流程圖，如圖3所示，該方法主要包括如下步驟
步驟301 :將電動(dòng)機(jī)置于空載狀態(tài)，通過直流電源對繞組施加一定電流，使電動(dòng)機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互吸引而鎖定在特定位置，并將此時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子相對位置標(biāo)記為參考 零位。這里，施加電流時(shí)的繞組連接方式主要有以下兩種，分別如圖4和圖5所示。需要注意的是標(biāo)記的U相、V相、W相僅僅是為方便說明而采用的符號(hào)標(biāo)記，電動(dòng)機(jī)三相對稱繞組實(shí)際上沒有任何本質(zhì)區(qū)別。如圖4所示的繞組連接方式一任意兩相繞組并聯(lián)后，再與剩下一相繞組串聯(lián)。所述串聯(lián)、并聯(lián)后的兩個(gè)引出線頭分別接至直流電源的正、負(fù)極。此種連接方式下的電源輸出電流等于電動(dòng)機(jī)按照正弦波方式驅(qū)動(dòng)時(shí)的相電流幅值。如圖5所示的繞組連接方式二 任意兩相繞組引出線分別接至直流電源的正、負(fù)極，剩下一相繞組懸空。此種連接方式下的電源輸出電流等于電動(dòng)機(jī)按照正弦波方式驅(qū)動(dòng)時(shí)的相電流幅值的0. 866倍。步驟302 :保持電動(dòng)機(jī)繞組連接方式不變，以步驟301確定的參考零位為基準(zhǔn)，將電動(dòng)機(jī)定子或者轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)n*360±9(T電角度，使電動(dòng)機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交。其中，
0Sn <電動(dòng)機(jī)極對數(shù)p之間的整數(shù)，正號(hào)( + )、負(fù)號(hào)(-)分別對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩方向。此位置為轉(zhuǎn)矩測試時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩測量位置。步驟303 :用直流電源對電動(dòng)機(jī)繞組施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的堵轉(zhuǎn)電流，用轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備測量電動(dòng)機(jī)在該電流下的電磁轉(zhuǎn)矩。我們以本公司自主設(shè)計(jì)制造的一款電機(jī)為例，采用圖I所示的轉(zhuǎn)矩檢測方法測得
I.6A電流時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為0. 85N. m。而采用圖2和圖3所示的本發(fā)明的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置及檢測方法，并按照圖4所示的繞組連接方式一，調(diào)整直流電源電壓以使得電流表讀數(shù)為2. 26A (等于I. 6*1. 4142)，測得電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為0. 83N. m。兩種測試方法測量結(jié)果相差僅為2. 4%。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置，包括電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備，其特征在于，還包括直流電源、電流表和繞組連接器；所述直流電源的輸出端連接繞組連接器的接線端后，對電動(dòng)機(jī)施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的直流電流；所述直流電源與繞組連接器之間，還接有電流表；所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出端與所述轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置，其特征在于，所述繞組連接器的連接方式為任意兩相繞組并聯(lián)后，再與剩下一相繞組串聯(lián)；所述串聯(lián)、并聯(lián)后的兩個(gè)繞組的引出線頭分別接至直流電源的正、負(fù)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置，其特征在于，所述繞組連接器的連接方式為任意兩相繞組引出線分別接至直流電源的正、負(fù)極，剩下一相繞組懸空。
4.一種三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測方法，其特征在于，包括 A、將電動(dòng)機(jī)置于空載狀態(tài),通過直流電源對繞組施加一定電流,使電動(dòng)機(jī)定子磁場和 轉(zhuǎn)子磁場相互吸引而鎖定在特定位置，并將此時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子相對位置標(biāo)記為參考零位； B、保持電動(dòng)機(jī)繞組連接方式不變，以所述參考零位為基準(zhǔn)，將電動(dòng)機(jī)定子或者轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)n*360±90度電角度，使電動(dòng)機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交，確定此位置為轉(zhuǎn)矩測試時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩測量位置；其中，O < n <電動(dòng)機(jī)極對數(shù)p之間的整數(shù)，正號(hào)、負(fù)號(hào)分別對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩方向； C、用直流電源對電動(dòng)機(jī)繞組施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的堵轉(zhuǎn)電流，用轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備測量電動(dòng)機(jī)在該電流下的電磁轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測方法，其特征在于，步驟A所述繞組的連接方法為將任意兩相繞組并聯(lián)后，再與剩下一相繞組串聯(lián)，將所述串聯(lián)、并聯(lián)后的繞組的兩個(gè)引出線頭分別接至直流電源的正、負(fù)極。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測方法，其特征在于，步驟A所述繞組的連接方法為將任意兩相繞組引出線分別接至直流電源的正、負(fù)極，剩下一相繞組懸空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩檢測裝置及方法，主要包括電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備、直流電源、電流表和繞組連接器；所述直流電源的輸出端連接繞組連接器的接線端后，對電動(dòng)機(jī)施加轉(zhuǎn)矩檢測所需要的直流電流；所述直流電源與繞組連接器之間，還接有電流表；所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出端與所述轉(zhuǎn)矩檢測設(shè)備相連。采用本發(fā)明，利用標(biāo)記好的參考零位，調(diào)整定子和轉(zhuǎn)子的相對位置以保持定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場正交即可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩測試，而不需要額外的轉(zhuǎn)子位置傳感器和交流伺服驅(qū)動(dòng)器，從而簡化了轉(zhuǎn)矩檢測裝置的復(fù)雜性，降低了檢測成本。
文檔編號(hào)G01L3/00GK102735381SQ201210197538
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者劉家寧 申請人:北京中陸航星機(jī)械動(dòng)力科技有限公司