本發(fā)明屬于電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)試技術(shù)，具體涉及永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量。

背景技術(shù)：

由于齒槽結(jié)構(gòu)和極槽配合等因素，電機(jī)整個(gè)圓周范圍內(nèi)的磁導(dǎo)分布總會(huì)有所不均。而在永磁電機(jī)中，永磁磁極總是趨向定位于最小磁導(dǎo)位置處。因此，基于永磁磁極定位效應(yīng)的齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)的固有現(xiàn)象。相對(duì)額定轉(zhuǎn)矩，齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值通常不大,但其波動(dòng)頻率通常較高。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，高頻波動(dòng)的齒槽轉(zhuǎn)矩造成振動(dòng)與噪聲的增加、瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的波動(dòng)等影響，不利于電機(jī)性能的提高。因此，齒槽轉(zhuǎn)矩一直是永磁電機(jī)性能設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。此外，一旦電機(jī)完成設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，基于齒槽轉(zhuǎn)矩量化數(shù)據(jù)的控制補(bǔ)償又是減少齒槽轉(zhuǎn)矩影響最為有效的方法。因此，無(wú)論是進(jìn)行指標(biāo)評(píng)判，還是進(jìn)行控制補(bǔ)償，齒槽轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確測(cè)量都尤為重要。

總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和資料所提出的各齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法，其共通之處：首先，在確定齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量點(diǎn)的方式上，所報(bào)道各方法均是基于旋轉(zhuǎn)方式直接對(duì)角位移進(jìn)行定步長(zhǎng)采樣以確定齒槽轉(zhuǎn)矩各測(cè)量點(diǎn)。基于旋轉(zhuǎn)方式開(kāi)展齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量固然能夠使得操作過(guò)程較為簡(jiǎn)便，然而其缺點(diǎn)也很突出，體現(xiàn)為：第一，考慮到齒槽轉(zhuǎn)矩高頻特性，此類測(cè)量方法對(duì)角度傳感器的精度和分辨率要求高；第二，采取逐步旋轉(zhuǎn)方式時(shí)，此類測(cè)量方法對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的定位精度和定位穩(wěn)定性要求高；第三，采取連續(xù)旋轉(zhuǎn)方式時(shí)，此類測(cè)量方法對(duì)轉(zhuǎn)矩傳感器的響應(yīng)性能要求高，且由于黏滯、摩擦等導(dǎo)致測(cè)量誤差。其次，所報(bào)道各方法用以測(cè)量齒槽轉(zhuǎn)矩的裝置或機(jī)構(gòu)無(wú)外乎常規(guī)轉(zhuǎn)矩傳感器、簡(jiǎn)易杠桿、彈簧拉力計(jì)、懸吊砝碼和轉(zhuǎn)矩扳手等傳統(tǒng)器械。傳統(tǒng)器械使得測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)建容易，但用于測(cè)量幅值小、頻率高的齒槽轉(zhuǎn)矩時(shí)，其測(cè)量結(jié)果的精度和準(zhǔn)確度難以保障。常規(guī)轉(zhuǎn)矩傳感器響應(yīng)性能不足，且在量程和精度上難以兼顧；簡(jiǎn)易杠桿欠缺有關(guān)平衡狀態(tài)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的閉環(huán)設(shè)計(jì)，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度無(wú)從保障；彈簧拉力計(jì)、懸吊砝碼和轉(zhuǎn)矩扳手等，這些通過(guò)施加主動(dòng)力矩以平衡齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的的裝置，只能測(cè)得穩(wěn)定平衡段的齒槽轉(zhuǎn)矩，而無(wú)法測(cè)量不穩(wěn)定平衡段的齒槽轉(zhuǎn)矩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方法和技術(shù)的不足，本發(fā)明公布了一種全新的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法，其特征在于：首先，本發(fā)明基于滾動(dòng)方式，通過(guò)對(duì)圓形外殼的圓周的定步長(zhǎng)采樣，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)角位移的定步長(zhǎng)采樣，以確定齒槽轉(zhuǎn)矩各測(cè)量點(diǎn)。具體的，被測(cè)電機(jī)通過(guò)圓形外殼與導(dǎo)軌平面形成相切接觸，并借助擋板對(duì)其在導(dǎo)軌上的位置進(jìn)行定位；在導(dǎo)軌上移動(dòng)時(shí)，被測(cè)電機(jī)借助圓形外殼以滾動(dòng)方式進(jìn)行，并通過(guò)精密移動(dòng)平臺(tái)確定其移動(dòng)的步長(zhǎng)。其次，本發(fā)明詳細(xì)設(shè)計(jì)了具有平衡狀態(tài)監(jiān)測(cè)和連續(xù)調(diào)節(jié)功能的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量機(jī)構(gòu)。具體的，電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)定位螺栓調(diào)節(jié)以確保其位于圓形外殼幾何中心處；電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)水平平衡桿確保其在任一測(cè)量點(diǎn)上均等于初始角度；平衡桿通過(guò)水平尺、配重、絲杠支桿和電子秤確保其在任一測(cè)量點(diǎn)上均處于水平狀態(tài)；在平衡桿上，電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接點(diǎn)和水平尺所在位置可隨意調(diào)節(jié)，配重所在位置可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)（只需滿足任一測(cè)量點(diǎn)上電子秤的讀數(shù)均大于0）；平衡桿與電子秤之間的距離可通過(guò)豎直的絲杠支桿連續(xù)調(diào)節(jié)?；谝陨咸卣鳎景l(fā)明通過(guò)力矩平衡方程可準(zhǔn)確計(jì)算出任一測(cè)量點(diǎn)處的齒槽轉(zhuǎn)矩，通過(guò)在導(dǎo)軌上逐步移動(dòng)和測(cè)量可獲得電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的離散波形。

總體而言，相比現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)，本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)和積極效果體現(xiàn)為：

（1）只需簡(jiǎn)單更換被測(cè)電機(jī)的圓形外殼即可對(duì)高頻齒槽轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)多測(cè)量點(diǎn)密集采樣測(cè)量，而無(wú)需昂貴的高分辨率、高精度角度傳感器；

（2）通過(guò)幾何結(jié)構(gòu)相切和機(jī)械擋板實(shí)現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)定位，測(cè)量過(guò)程中不存在定位擾動(dòng)；

（3）采取定步長(zhǎng)靜態(tài)測(cè)量，大大降低了對(duì)傳感器響應(yīng)性能的要求，且測(cè)量結(jié)果不存在動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)所引起的測(cè)量誤差；

（4）通過(guò)預(yù)置配重，采用被動(dòng)力矩（電子秤上壓力的作用力矩）開(kāi)展齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量，能夠測(cè)得齒槽轉(zhuǎn)矩全波段的離散波形；

（5）通過(guò)設(shè)置平衡狀態(tài)檢測(cè)和調(diào)節(jié)措施，提升了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和對(duì)不同被測(cè)電機(jī)的適用性，同時(shí)降低了對(duì)測(cè)量場(chǎng)地的水平度要求。

附圖說(shuō)明

圖1為第一實(shí)施例的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量示意圖。

圖2為第二實(shí)施例的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量示意圖。

具體實(shí)施方式

第一實(shí)施例：圖1所示為平面導(dǎo)軌情況的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)構(gòu)件主要包括：精密移動(dòng)平臺(tái)（1）、擋板（2）和（7）、圓形外殼（4）和定位螺栓（3）、被測(cè)電機(jī)（5）、水平尺（8）、配重（9）、絲杠支桿（10）、平衡桿（11）、電子秤（12）以及導(dǎo)軌（13）。所述齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)的特征和測(cè)量步驟如下。

1、被測(cè)電機(jī)（5）通過(guò)定位螺栓（3）調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)軸位于圓形外殼（4）的幾何中心處，并使被測(cè)電機(jī)（5）與圓形外殼（4）緊固連接；被測(cè)電機(jī)（5）通過(guò)圓形外殼（4）與導(dǎo)軌（13）形成相切接觸，并借助擋板（2）和（7）對(duì)其在導(dǎo)軌上的位置進(jìn)行定位。

2、電機(jī)轉(zhuǎn)軸（6）與平衡桿（11）緊固連接，連接點(diǎn)不限于平衡桿的中點(diǎn)；通過(guò)使平衡杠（11）保持水平以確保電機(jī)轉(zhuǎn)軸（6）在任一測(cè)量點(diǎn)上均等于初始角度（相對(duì)水平面的角度）。

3、平衡桿（11）的水平狀態(tài)通過(guò)水平尺（8）、配重（9）、絲杠支桿（10）和電子秤（12）予以保障；水平尺（8）用以檢測(cè)平衡桿的水平狀態(tài)，其在平衡桿上的位置不限于平衡桿的中點(diǎn)；絲杠支桿（10）與平衡桿（11）通過(guò)螺紋垂直連接，用以連續(xù)調(diào)節(jié)平衡桿（11）與電子秤（12）間的豎直距離；配重（9）用以保證絲杠支桿（10）在任一測(cè)量點(diǎn)上均能壓在電子秤（12）上，只要滿足電子秤（12）的讀數(shù)在任一測(cè)量點(diǎn)上均大于0，其在平衡桿上的位置在較大范圍內(nèi)可調(diào)。

4、根據(jù)杠桿平衡原理，任一測(cè)量點(diǎn)的齒槽轉(zhuǎn)矩tc可通過(guò)力矩平衡方程準(zhǔn)確計(jì)算得到，計(jì)算方程為：

tc=f12l5+g11_1l1-g11_2l2-g8l3-g9l4-g10l5

其中，f12為電子秤（12）承受的壓力，g11_1為平衡桿（11）在非電子秤側(cè)部分的等效質(zhì)點(diǎn)的重力，g11_2為平衡桿（11）在電子秤側(cè)部分的等效質(zhì)點(diǎn)的重力，g8為水平尺（8）的重力，g9為配重（9）的重力，g10為絲杠支桿的重力，l1-l5分別為平衡桿上各作用力相應(yīng)的力臂。

5、完成某一測(cè)量點(diǎn)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量后，被測(cè)電機(jī)（5）借助圓形外殼（4）以滾動(dòng)方式在導(dǎo)軌（13）上移動(dòng)，每次滾動(dòng)的步長(zhǎng)由基于千分尺或游標(biāo)卡尺的精密移動(dòng)平臺(tái)（1）確定；移動(dòng)指定步長(zhǎng)后，仍借助擋板（2）和（7）對(duì)被測(cè)電機(jī)（5）在導(dǎo)軌上定位，形成新的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量點(diǎn)。重復(fù)步驟3；對(duì)平衡桿進(jìn)行水平檢測(cè)和調(diào)節(jié)；然后，重復(fù)步驟4，計(jì)算得到新測(cè)量點(diǎn)的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)。如此，通過(guò)在導(dǎo)軌上逐步移動(dòng)和測(cè)量，算得各測(cè)量點(diǎn)處的齒槽轉(zhuǎn)矩，從而構(gòu)成永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩全波段的離散波形。

第二實(shí)施例：圖2所示為斜坡導(dǎo)軌情況的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)。參考對(duì)比第一實(shí)施例（圖1），斜坡導(dǎo)軌情況的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)（圖2）的特征和測(cè)量步驟為。

1、從系統(tǒng)構(gòu)件上，斜坡導(dǎo)軌情況的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)增加了斜坡墊塊（14）。斜坡墊塊（14）用于將導(dǎo)軌（13）的一端墊起，以形成斜坡導(dǎo)軌；且斜坡角度φ滿足：gm*sin(φ)<fm，其中g(shù)m是被測(cè)電機(jī)（5）的重力，fm是被測(cè)電機(jī)（5）在導(dǎo)軌（13）上的最大靜摩擦力。

2、從運(yùn)動(dòng)過(guò)程上，在需要在導(dǎo)軌（13）上移動(dòng)時(shí)，借助斜坡及限定的斜坡角度，被測(cè)電機(jī)（5）能夠依靠自身重力在導(dǎo)軌（13）上自行滾動(dòng)。

3、在檢測(cè)、調(diào)節(jié)、緊固、計(jì)算的步驟上，與第一實(shí)施例一致。這里不再贅述。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述實(shí)施例僅為解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征，只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。