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[讨论] 电机脉动转矩和永磁电机齿槽转矩的测试方法讨论

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[LV.3]偶尔看看II

发表于 2012-9-25 18:32 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 美国

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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~
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该用户从未签到

发表于 2012-9-26 09:48 | 显示全部楼层 来自: 中国黑龙江佳木斯
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。

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Edwin_Sun + 10 非常好!学习了~

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发表于 2012-9-26 09:50 | 显示全部楼层 来自: 中国黑龙江佳木斯
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:)

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发表于 2012-9-26 10:44 | 显示全部楼层 来自: 中国江苏苏州
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。

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Edwin_Sun + 5 好方法,很给力!

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发表于 2012-9-26 10:53 | 显示全部楼层 来自: 中国广东深圳
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

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Edwin_Sun + 5 谢谢支持~

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 楼主| 发表于 2012-9-26 17:23 | 显示全部楼层 来自: 美国
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?
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 楼主| 发表于 2012-9-26 17:28 | 显示全部楼层 来自: 美国
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~
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 楼主| 发表于 2012-9-26 17:34 | 显示全部楼层 来自: 美国
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~
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发表于 2012-9-26 21:29 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
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

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 楼主| 发表于 2012-9-26 21:45 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
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?
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发表于 2012-9-26 22:08 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
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。
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 楼主| 发表于 2012-9-26 22:19 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
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
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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2012-9-26 22:22 | 显示全部楼层 来自: 中国辽宁沈阳
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。

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[LV.3]偶尔看看II

 楼主| 发表于 2012-9-26 22:42 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
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~
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发表于 2012-9-27 09:45 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
本帖最后由 Zeus 于 2012-9-27 09:52 编辑


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

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 楼主| 发表于 2012-9-27 09:59 | 显示全部楼层 来自: 美国
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~
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发表于 2012-9-27 11:00 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
本帖最后由 Zeus 于 2012-9-27 11:05 编辑
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

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发表于 2012-9-27 11:01 | 显示全部楼层 来自: 中国上海
本帖最后由 Zeus 于 2012-9-27 11:08 编辑
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

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发表于 2012-9-27 12:53 | 显示全部楼层 来自: 中国黑龙江佳木斯
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?

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Edwin_Sun + 10 高手哇,每一句话都能让人好好思考一下,不.

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发表于 2012-9-27 12:57 | 显示全部楼层 来自: 中国黑龙江佳木斯
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。

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Edwin_Sun + 5 感谢分享~

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