一种高速同步电机转矩高频分量识别装置及其识别方法

技术领域

本发明属于电机设计过程中的仿真和优化的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高速同步电机转矩高频分量识别装置。另外，本发明还涉及该识别装置的识别方法。

背景技术

在现有技术中，一般扭矩信号采用CAN定义，采集模拟量信号使用，信号采集频率通常为100Hz，即采集时间为10ms。但是在做扭矩波动分析时，100Hz的采集频率不能满足分析要求。

发明内容

本发明提供一种高速同步电机转矩高频分量识别装置，其目的是通过转矩高频分量进行识别，在电机设计时降低电机的扭矩波动。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的高速同步电机转矩高频分量识别装置，用于对被测高速电机的扭矩波动进行分析；该识别装置包括识别装置底座；在所述的识别装置底座上设置高速测功机；所述的被测高速电机的主轴与高速测功机的主轴通过联轴器同轴连接；所述的识别装置设置扭矩传感器，所述的扭矩传感器通过信号线路与扭矩传感器控制单元连接；所述的扭矩传感器控制单元通过扭矩传感器频率信号输出线束与频率/模拟量高频转换器连接。

所述的被测高速电机通过高速轴承座及安装面板安装在识别装置底座上。

所述的频率/模拟量高频转换器通过模拟量输出信号线束与高频数据采集器连接；所述的高频数据采集器通过网线与上位机连接。

所述的频率/模拟量高频转换器的最高采集频率为50kHz。

所述的扭矩传感器包括扭矩传感器转子和扭矩传感器定子；所述的扭矩传感器转子安装在高速测功机的主轴上；所述的扭矩传感器定子安装在高速测功机的前端面壳体上。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的高速同步电机转矩高频分量识别装置的识别方法，其技术方案是：

1)、所述的扭矩传感器扭矩的输出信号为频率信号，所以可以直接用扭矩传感器的频率输出信号输出，作为频率/模拟量高频转换器的输入信号；

2)、扭矩模拟转换器的采集时间可达20μs，即采集频率为50kHz；

3)、根据对扭矩数据进行傅里叶分析，得出不同频率的扭矩分量；

4)、根据对扭矩数据仿真结果，确认和矫正不同频率分量的来源；

5)、基于上述结果，对被测高速电机进行电磁参数和结构的迭代优化。

在所述的3)中，转矩信号经过快速傅里叶分析后，信号由时域转换到频域，观察频域数据中不同谐波频率对应的转矩幅值对整个转矩的贡献量。

在所述的4)和5)中，计算不同频率对应的扭矩对总扭矩的占比，结合仿真优化电机扭矩，最终使被测高速电机(1)的扭矩波动降低。

本发明采用上述技术方案，通过转矩高频分量进行识别，通过对不同的频率的分析，结合电机扭矩仿真和实验结果，确认和矫正不同频率分量的来源；对被测高速电机进行电磁参数和结构的迭代优化，能够通过电机设计来降低电机的扭矩波动。

附图说明

附图所示内容及图中的标记作简要说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的数据传递关系示意图。

图中标记为：

1、被测高速电机，2、安装面板，3、高速轴承座，4、联轴器，5、扭矩传感器转子，6、高速测功机，7、扭矩传感器定子，8、扭矩传感器控制单元，9、频率/模拟量高频转换器，10、高频数据采集器，11、扭矩传感器频率信号输出线束，12、模拟量输出信号线束，13、网线，14、上位机，15、识别装置底座。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示本发明的结构，为一种高速同步电机转矩高频分量识别装置，用于对被测高速电机1的扭矩波动进行分析；该识别装置包括识别装置底座15。

为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现通过转矩高频分量进行识别，在电机设计时降低电机的扭矩波动的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1所示，本发明的高速同步电机转矩高频分量识别装置，在所述的识别装置底座15上设置高速测功机6；所述的被测高速电机1的主轴与高速测功机6的主轴通过联轴器4同轴连接；所述的识别装置设置扭矩传感器，所述的扭矩传感器通过信号线路与扭矩传感器控制单元8连接；所述的扭矩传感器控制单元8通过扭矩传感器频率信号输出线束11与频率/模拟量高频转换器9连接。

提高采集频率的设备是频率/模拟量高频转换器9，其可以对扭矩输出的频率信号进行高频重采样，以模拟量的方式输出。

本发明通过转矩高频分量进行识别，通过对不同的频率的分析，结合电机扭矩仿真和实验结果，确认和矫正不同频率分量的来源；对被测高速电机进行电磁参数和结构的迭代优化，能够通过电机设计来降低电机的扭矩波动。

扭矩传感器控制单元8引出扭矩传感器频率信号输出线束11作为输出信号；频率信号输入到频率/模拟量高频转换器9中。

所述的被测高速电机1通过高速轴承座3及安装面板2安装在识别装置底座15上。

被测高速电机1为扭矩控制模式，出扭矩；高速测功机6为转速控制模式。如果没有高速测功机6的转速控制，被测高速电机1出扭矩就会飞车。

高速轴承座3与扭矩传感器5通过联轴器4连接。

所述的频率/模拟量高频转换器9通过模拟量输出信号线束12与高频数据采集器10连接；所述的高频数据采集器10通过网线13与上位机14连接。

经过频率/模拟量高频转换器9高频重采样后输出到高频数据采集器10；高频数据采集器10通过网线13与上位机14通讯。

所述的频率/模拟量高频转换器9的最高采集频率为50kHz。

所述的扭矩传感器包括扭矩传感器转子5和扭矩传感器定子7；所述的扭矩传感器转子5安装在高速测功机6的主轴上；所述的扭矩传感器定子7安装在高速测功机6的前端面壳体上。

如图2所示，为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的高速同步电机转矩高频分量识别装置的识别方法，其技术方案是：

1)、所述的扭矩传感器扭矩的输出信号为频率信号，所以可以直接用扭矩传感器的频率输出信号输出，作为频率/模拟量高频转换器9的输入信号；

2)、扭矩模拟转换器的采集时间可达20μs，即采集频率为50kHz；

3)、根据对扭矩数据进行傅里叶分析，得出不同频率的扭矩分量；

4)、根据对扭矩数据仿真结果，确认和矫正不同频率分量的来源；

5)、基于上述结果，对被测高速电机1进行电磁参数和结构的迭代优化。

将时域的信号做快速傅里叶分析，从频率域来考察。计算不同频率对应的扭矩对总扭矩的占比，结合仿真优化电机扭矩，最终目的是使电机的扭矩波动降低。

在所述的3)中，转矩信号经过快速傅里叶分析后，信号由时域转换到频域，观察频域数据中不同谐波频率对应的转矩幅值对整个转矩的贡献量。

数据上采集的是转矩，可以看到转矩波动。转矩的分量是转矩信号经过快速傅里叶分析后，信号由时域转换到频域；除了旋转频(基频)对应的转矩分量之外还有其他谐波转矩分量。

转矩信号经过快速傅里叶分析后，信号由时域转换到频域，看频域数据中不同谐波频率对应的转矩幅值对整个转矩的贡献量。

快速傅里叶分析的作用是将时域的信号换个角度，从频率域来呈现出来。这时不同频率对应的扭矩对总扭矩的占比就一目了然了

在所述的4)和5)中，计算不同频率对应的扭矩对总扭矩的占比，结合仿真优化电机扭矩，最终使被测高速电机1的扭矩波动降低。

仿真结果是设计电机过程中对扭矩的仿真，通过对不同的频率的分析，结合电机扭矩仿真和实验结果，找不同频率的来源。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。