电机脉动转矩和永磁电机齿槽转矩的测试方法讨论

Edwin_Sun

大家都知道，永磁同步电机的齿槽转矩和转矩脉动是永磁电机非常重要的性能，不管哪家的产品手册里面，都有cogging torque这么一项，问题是这两项是怎么测量出来的呢？

好多文章里面也会给出cogging torque的测试波形与理论分析的比较，来验证其理论分析的正确性，特别是对于很小的齿槽转矩，我看到一篇文章大约为0.02Nm峰值，测试结果与理论分析结果相当吻合；

现在的问题是，如何来精确的测试cogging torque齿槽转矩的波形呢？大家来讨论下

我所经常听到的方法有：

称重法，具体我没有操作过，所以不太清楚如何做的，请知道的同志来分享下呢，有加分哦～

对拖的方法，其实就是拿一台转矩脉动非常小的电机，譬如直流机，拖动所测试的电机，测量转轴上的转矩脉动，即为齿槽转矩；当以所测试的电机接入电阻负载时，轴上的转矩波动即为该负载之下的转矩脉动；但是问题是直流机的转矩脉动有谁来决定？

还有什么其他方法呢？大家来讨论下，加分多多，不过请记得点击回复，不然我会看不到的～

enjoyingzk

这个题目不错，我也来说两句。
关于齿槽转矩的测试，《JB/T 10183-2000 永磁交流伺服电动机通用技术条件》中关于齿槽转矩（静摩擦转矩）的定义是，“电动机不通电时，使转子在任意位置开始转动需克服的阻力矩”，采用的测试方法是：“电动机不通电，采用滑轮砝码或其它等效方法在转轴上施加转矩，在五个等分点上测量电动机正、反方向转轴即将转动而又不会连续转动时的转矩值，取其最大值”。

我也采用过类似的方法，两三年前做直驱风力发电的时候，用一个大的拉力计，找个铁杆固定在电机轴上，测出力和力臂，相乘就是转矩了。但是感觉这种方法很不准，主要是力臂很难测准，另外和测量点有关。

我们现在的做法是用步进电机（自带50：1的减速机）拖动，中间用转速转矩仪，记录一个单元电机范围内的转矩情况，取最大值做为电机的齿槽转矩值。    有一个问题是步进电机转速转矩仪、被测电机对心连接好后，转速转矩仪有个初始值（20mN.m左右），无法消除，将影响到最后的测试结果。

还了解到有的公司测齿槽转矩的方法，是买个好点的、转矩波动小点的伺服电机，加一个高减速比的减速机（为了反向自锁）将转速降到十几转/min以下，也是用转速转矩仪测。

enjoyingzk

转矩脉动不知道怎么测，期待有了解的朋友帮忙解答一下，多谢了：）

sxwii

齿槽转矩的测量：数显力矩扳手，将转轴搬动瞬间的度数记录下来，扳动不同位置的若干个点，取平均值；
转矩脉动：示波器记录被试机的电流波形，近似于其转矩脉动。（负载侧要稳定）
还有更好的方法大家分享分享。

zonben

称重法的误差是显而易见的，我们为捷和电机等做过cogging torque测试设备。最大值在5mNm以下，采用德国进口转矩传感器，利用无齿槽效应直流电机驱动，取得了不错的效果。
转矩脉动的测试，如果只测最大值和最小值则相对容易一些。如果测波动的矩角特性，则相对麻烦一些。
欢迎具体沟通zb@zonben.com赵先生

Edwin_Sun

enjoyingzk 发表于 2012-9-26 09:48
这个题目不错，我也来说两句。
关于齿槽转矩的测试，《JB/T 10183-2000 永磁交流伺服电动机通用技术条件》 ...

给我们的测试提供了非常好的思路和国标的定义，宝贵的经验，必须学习！

我看你说的两种做法都会加减速机，减速机的齿之间的转矩波动会有影响么？

转矩转速仪为什么会有20mNm的初始值呢？我这边的转矩脉动也就20mNm，所以这个是不是与转矩测试仪的量程规格有关系？步进电机是一个很好的方案，但是步进电机的转矩脉动如何？是不是因为步进电机的转矩脉动频率高、幅值低，再经过减速机变成低速之后，对所测电机的影响就可以忽略了？

我们现在的做法就是用转矩波动很小的直流电机来拖动被测电机，没有采用减速机，就怕减速机的脉动会影响所测结果，不知道兄弟有否分析过这个影响？

Edwin_Sun

sxwii 发表于 2012-9-26 10:44
齿槽转矩的测量：数显力矩扳手，将转轴搬动瞬间的度数记录下来，扳动不同位置的若干个点，取平均值；
转矩 ...

很好的思路！！

力矩扳手，还没有见过，可否给介绍下其中原理？

扳动不同位置取平均值？我们所测的是幅值和大体的波形，不知道这样的话用该扳手应该如何测量？

记录电流波形，你的意思是将id=0，Iq的值保存下来，然后推算出转矩脉动？你说此时的转速会不会波动？如果转速的波动势必会对电流波动造成影响，这个很难保证的哇～

Edwin_Sun

zonben 发表于 2012-9-26 10:53
称重法的误差是显而易见的，我们为捷和电机等做过cogging torque测试设备。最大值在5mNm以下，采用德国进口 ...

非常感谢！！

你所说的方法我们现在就在采用，也就是对拖法，测量中间的转矩传感器上的转矩脉动，但是这个相对来说就是价钱比较昂贵，而且能测5mNm的转矩测试仪，功能就比较单调了，能测转矩脉动就测不了额定转矩，量程摆在那里，没办法～

我们之前也买过这套设备。2.2KW的直流机，加一套系统，最大测量20Nm，精度千分之一（20mNm），已经是20W+了，不知道能测5mNm的价钱会是多少？

不知道你测量5mNm的直流机功率是多少？转矩测试仪的量程和精度多少呢？能否介绍一下～

Zeus

我只知道我厂以前测这个在1mNm级别测不准~合格指标2.4mNm，仪器拖动

Edwin_Sun

Zeus 发表于 2012-9-26 21:29
我只知道我厂以前测这个在1mNm级别测不准~合格指标2.4mNm，仪器拖动

什么概念呢？合格指标2.4mNm？就是电机的齿槽转矩要小于这个值？

什么仪器呢，能否介绍下？

Zeus

Edwin_Sun 发表于 2012-9-26 21:45
什么概念呢？合格指标2.4mNm？就是电机的齿槽转矩要小于这个值？

什么仪器呢，能否介绍下？

号称很牛的JAPAN进口的。现在也接触不到了。有个电机以很小速度转 然后电脑就出torque波形了。

Edwin_Sun

Zeus 发表于 2012-9-26 22:08
号称很牛的JAPAN进口的。现在也接触不到了。有个电机以很小速度转 然后电脑就出torque波形了。

阿能帮我们问问厂家型号之类的~哈哈~我觉得这个还是能问到的哈~

你说的大体是对拖的原理，但是不确定，哈哈

端木0118

个人认为国标的测试方法测试的不是齿槽转矩的大小，吊砝码的方式测试出来的肯定要比实际大很多，对于小电机可能还有说服力 对于大电机就不能谈了。对托的办法可行，不过直流电机的转矩波动参在内。想用国标的办法是不是可以：做一个和转子一样大小的假转子，然后对其吊砝码测试，再将转子放在电机里进行吊砝码测试，差就是齿槽转矩的大小，不过要忽略轴承的影响，毕竟两次装配或者两个轴承 影响会有差别。

Edwin_Sun

端木0118 发表于 2012-9-26 22:22
个人认为国标的测试方法测试的不是齿槽转矩的大小，吊砝码的方式测试出来的肯定要比实际大很多，对于小电机 ...

我还不知道怎么做吊砝码呢，哈哈，先请教下这个问题呢，给咱扫扫盲先~

这个做起来可能也比较麻烦，毕竟找两个相同的转子，而又不能有磁性，即使不充磁也会有一定的剩磁的

你上次讲的丝杠的事儿，正好公司又丝杠的产品，我就研究了下，还是没弄明白，哈哈~

现在比较好的方法还是对拖吧，采用无铁芯电机，这样就可以忽略掉驱动电机的转矩脉动了~

只是我觉得这个方法应该很成熟，很普及的，因为每家公司的产品都会给出这个值，每篇文章都会给出波形，就是不介绍咋测的，哈哈~

Zeus

这个就是测试结果的扫描。很早前我做的50W伺服电机的测试报告~仪器量程最大的可到20Nm，我这台是5Nm量程

Edwin_Sun

Zeus 发表于 2012-9-27 09:45
这个就是测试结果的扫描。很早前我做的50W伺服电机的测试报告~仪器量程最大的可到20Nm，我这台是5Nm量程

你测试的这是什么？应该是torque ripple吧？

Cogging torque可有结果？5Nm的量程去测试50W的伺服电机（不知道转速多少），是不是有些大了？

机器的厂家和名字可否告之呢？这个应该没什么技术保密吧，我只是想查查产品的介绍说明；如果忘了帮忙问问呗，哈哈～

Zeus

Edwin_Sun 发表于 2012-9-27 09:59
你测试的这是什么？应该是torque ripple吧？

Cogging torque可有结果？5Nm的量程去测试50W的伺服电机（ ...

不大，人家这个是量程，精度够到mNm级，我的电机是2.7mNm的cogging峰峰值，量程5Nm。整个cogging torque的波形都出来了，右上角有PP值等

Zeus

Edwin_Sun 发表于 2012-9-27 09:59
你测试的这是什么？应该是torque ripple吧？

Cogging torque可有结果？5Nm的量程去测试50W的伺服电机（ ...

仪器只知道日本的，据说全中国就我们和哪个研究所有。其他以前老同事也不知道，就听说是一百多万的仪器。

不过某些要求不高的电机我看他们都是用扭力扳手慢慢扳读数的。当然都是小的电机

enjoyingzk

有意思啊，朋友们各抒己见，各种方法，各种因素都考虑了。我再接着说两句

“转矩转速仪为什么会有20mNm的初始值呢？我这边的转矩脉动也就20mNm ”，大家都知道，转速转矩仪是通过测量弹性轴的变形来算出转矩的，用对拖法，将两台电机对心连好，将弹性连轴节拧紧。此时转矩转矩仪的弹性轴就不可避免的有个预应力（不可能完全处于放松状态），也就有了初始值。

关于大比例减速机的问题，我们考虑的初衷是采用大比例的减速，把电机的转矩波动给稀释掉，反向也能自锁，被测电机的定位力矩不会影响到拖动电机。当然拖动电机也要选好一点的，转矩波动小一点的。
采用步进电机，是因为测齿槽转矩，目的是测电机将要转动，而没有转动那一瞬间的阻力矩，所以我们选的步进电机，而没选连续运行的电机。同样，步进电机的转矩波动，认为被减速机给稀释掉了。
至于减速机的转矩波动问题，就不是咱们搞电机的人所能了解的范围了。前辈告诉我用大比例减速机，我就用了，呵呵。我猜的啊，现在制造齿轮大多采用的插齿、磨齿工艺，保证了齿轮的尺寸精度。另外不同大小、不同尺寸的齿轮，其尺寸误差必然是正态分布的，大比例减速机，由很多个齿轮组成，姑且认为它们彼此抵消了吧，呵呵，纯属瞎编。

我这回做的是1kW左右的伺服电机，定位力矩在100多mN.m，你们做的应该是小电机吧，定位力矩在20mN.m左右？

enjoyingzk

关于转矩波动，我还是没太明白楼上各位朋友说的方法。

我曾经用测功机尝试过，测功机设为速度控，电机转矩控，测了500、1000、1500、2000、2500、3000转是转矩的最大值和最小值，然后算转矩波动的百分比。
1kW的电机，正常的转矩波动应该在2%左右，而我测出来的结果全部偏小（具体数值忘了），而且小很多，明显不对啊

哪位朋友帮忙指点一下转矩波动的测试呗，多谢了。