[发明专利]一种新型开关磁阻电机转矩脉动检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种新型开关磁阻电机转矩脉动检测方法及系统，基于开关磁阻电机转矩与转速变化率的关系，采用频压转换技术对反映电机瞬时转速的脉冲信号进行频率电压转换，通过数据采集模块将频率电压转换后的电压信号以高采样率采集并高速传输至上位机后，在上位机中通过编程搭建转矩脉动计算模块，实现转矩脉动的计算、显示与存储。本发明能准确计算、显示并存储开关磁阻电机的转矩脉动，成本低，解决了转矩脉动测量难的问题，可广泛应用于各种工业场合，为进一步减小转矩脉动打下了基础。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是开关磁阻电机转矩脉动检测。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)遵循“磁阻最小原理”产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩。SRM独特的定转子双凸极结构以及铁心磁通密度的高度饱和，使得其磁链和转矩均为转子位置和相电流的高度非线性函数。开关磁阻电机独特的定转子双凸极结构和脉冲激励方式是转矩脉动产生的主要原因，转矩脉动大严重影响了开关磁阻电机的应用。转矩脉动的准确检测是进行转矩脉动和转速脉动评估的前提，目前在实际应用中，可采用高精度扭矩传感器检测电机的转矩脉动，但高精度扭矩传感器不适用于多种工业场合，一方面是成本过高，另一方面是空间环境不允许。因此，如何设计实用的检测方法，以降低检测转矩脉动的成本，并使转矩脉动检测系统能应用于更广泛的应用场合，具有十分重要的实际应用意义。

发明内容

本发明所要解决的问题是能在各种工业场合下，采用实用的方式准确测量开关磁阻电机的转矩脉动大小。基于开关磁阻电机转矩与转速变化率的关系，本发明提出了一种新型实用的转矩脉动检测方法及检测系统，通过测量电机的瞬时转速变化率检测转矩脉动的大小，包括如下步骤：

步骤1.被测电机运行时，与电机同轴连接的编码器输出脉冲信号，其频率f与被测电机的转速n和编码器每转输出的脉冲数N之间满足公式f＝nN/60；

步骤2.该脉冲信号通过滤波电路滤波后，需经过整形电路进行整形，整形电路输出信号通过频率电压转换电路输出模拟电压u，该输出电压u与输入频率f和频率电压转换系数K满足u＝Kf，其中，K由频率电压转换电路本身的构造决定。输出电压与电机转速满足u＝nKN/60；

步骤3.频率电压转换电路输出的模拟电压送到数据采集模块，数据采集模块具有高采样频率及高采样精度，能精确反映模拟电压变化的特点；数据采集模块通过A/D转换将模拟电压值u转换成数字量，并将其高速传输到上位机监测平台中，该平台可采用Labview编程实现；

步骤4.选择合适的开关磁阻电机转动惯量J与阻尼系数D检测方式，得到电机的转动惯量与阻尼系数；

步骤5.在上位机检测平台中由采集的模拟电压值u来计算电压变化率du/dt，并进一步计算转矩脉动系数。

将电压变化率定义为P，可得转矩公式

转矩脉动系数定义为

其中T_max、T_min、T_av分别为电机稳定运行时的最大转矩、最小转矩、平均转矩。

由(1)(2)可得开关磁阻电机转矩脉动计算公式为

其中P_max、P_min、P_av分别是转矩脉动周期内电压变化率的最大值、最小值、平均值，u_av是转矩脉动周期内的电压平均值；

通过上位机编程搭建转矩脉动计算模块，完成转矩脉动系数的在线检测、显示及存储。