[0001] 本发明涉及一种电机转子转动惯量的测试方法。

[0002] 电机转子的转动惯量属于电机本体机构的重要参数，与转子本身的材料、结构以及转子与轴承之间的安装方式有关。

[0003] 由于在电机的制造过程中伴随着加工和安装偏差，最终大批量生产出来的电机转子的转动惯量存在偏差，导致电机的性能与理论设计值存在差异。目前，电机在制造好之后没有有效的方法来准确检测电机转子的转动惯量，急需要开发一种在线的电机转子转动惯量测试方法。

[0004] 本发明的目的是解决目前无法准确检测电机转子转动惯量的技术问题。

[0005] 为实现以上发明目的，本发明提供一种电机转子转动惯量的测试方法，包括如下步骤：（1）使电机转子空载，实时检测电机转速，待电机加速到额定转速之后，自动切断电机电源，通过采样系统自动记录下电机减速过程中的角速度曲线ω；
（2）使电机转子加载转动惯量为J0的标准飞轮后通电工作，实时检测电机转速，待电机加速到额定转速之后，自动切断电机电源，通过采样系统自动记录下电机减速过程中的角速度曲线ω’；
（3）在角速度曲线ω上选择一点A，在角速度曲线ω’上选择一点B，A点和B点具有相同或接近的角速度，然后分别计算A点的角加速度α1和B点角加速度α2；
（4）通过A点的角加速度α1、B点角加速度α2及标准飞轮的转动惯量J0，在线计算电机转子的转动惯量 。

[0006] 进一步地，步骤（1）和（2）中所述采样传感器为光电编码器。

[0007] 进一步地，所述光电编码器每10ms采集一次角速度ω及ω’。

[0008] 进一步地，步骤（2）中所述标准飞轮的质量m为49g，内径R1为0.77cm，外径R2为3cm，厚度为1cm。

[0009] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明巧妙地通过在电机转子上加载具有已知转动惯量的标准飞轮，分别记录加载标准飞轮前后电机转子从额定转速断电后减速过程中的角速度曲线，选取两个角速度曲线上具有相同或相近角速度值的两点，分别计算两点的角加速度，再通过特定公式求得电机转子的转动惯量，测试方法简便易行，准确度高，为保证电机的制造质量提供了可靠的测试手段，当测试发现电机转子的转动惯量与设计值存在较大差异时，可以及时对影响电机转子转动惯量的参数或结构进行调整，然后再次测试，直至测试值与设计值相吻合，大大提高电机转子转动惯量参数的一致性。
附图说明

[0010] 图1为标准飞轮结构示意图；图2为电机转子角速度采集系统原理框图；
图3为电机转子加载标准飞轮前后的角速度及角加速度对比示意图。

[0011] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

[0012] 电机的机械特性方程为：  （1）
式（1）中，T表示电机的输出力矩，J表示电机转子的转动惯量，ω表示角速度，T0表示负载力矩，dω/dt表示角加速度，D表示电机转子的摩擦系数。

[0013] 考虑到特殊情况，当电机以自由态停止时，电机无力矩输出，即T为0，负载力矩T0也为0，此时的机械特性方程为：   （2）
如果电机转子增加一个如图1所示的标准飞轮，标准飞轮的转动惯量J0按下式计算：
(3)
式(3)中，m表示标准飞轮的质量，R1为标准飞轮的内径， R2为标准飞轮的外径。

[0014] 电机转子增加标准飞轮后，以自由态停止时，电机的机械特性方程为：   （4）
Dω表示电机的摩擦力矩，与电机的角速度是相关的，当式(2)与式(4)的角速度相同时，可以消去Dω这一项，可得：
（5）
可知，
  （6）
式（6）中，J为电机转子的转动惯量，J0为标准飞轮的转动惯量，ω为未加标准飞轮时电机转子空载角速度，ω’为加上标准飞轮后电子转子的角速度。

[0015] 由式（2）、（4）及（6）可知，需要在线测试电机转子的角速度，角速度采集系统的原理框图如图2所示：主要由工控机、数据采集卡、光电码盘以及电压、电流传感器等组成。工控机负责最后数据的处理以及显示，数据采集卡将传感器的数据发送给工控机，光电编码盘负责采集电机转子的角速度，电压、电流传感器用于采集电机工作时的电流、电压等信息，信号处理电路主要负责信号的调理、转换等。

[0016] 如图3所示，在电机加速到额定转速断电后，ω为未加标准飞轮时电机转子空载自由减速过程中的角速度曲线， 为对应的角加速度；ω’为加上标准飞轮后电子转子自由减速过程中的的角速度曲线， 为对应的角加速度；上述角速度的采集周期为10ms，分别选择ω曲线和ω’曲线上具有相同或接近角速度值的一点ω2，并分别通过ω曲线和ω’曲线上与ω2相邻的两个角速度采集值ω1和ω3分别计算得到角加速度值 和 ，再代入式（6）即可求得电机转子的转动惯量J。

[0017] 下面通过两组测试数据来实例性地说明电机转子转动惯量J的计算过程。

[0018] 测试数据11、采用的飞轮的质量为49g，飞轮的内径R1为0.77cm，外径R2为3cm，计算飞轮的转动惯量为：
2、电机转子空载，电机加速到额定转速下2790r/min之后，通过控制系统控制电机断电，通过编码器间隔10ms采集一次数据，采集到的数据如下所示：
表1 空载自由减速过程中电机转子转速（即角速度）表
3、电机转子加标准飞轮，电机加速度额定转速下2790r/min之后，控制电机断电，电机处于自由减速过程，采集到的数据如下表所示：
表2 加标准飞轮自由减速过程中电机转子转速（即角速度）表
4、由表1及表2的数据可知，加了标准飞轮之后，电机自由减速过程中花了更多的时间。
分析表1的第6个数据电机转速为1380r/min，表2 的第10个数据电机的转速为1381r/min，两者转速值接近与相同，故在这一点可以认为两者的摩擦力矩相同。角加速度采用如下计算公式：
如表1中电机转速为1380r/min时刻未加标准飞轮的角加速度为：
加标准飞轮的角加速度为：
综上所述，可以采用下式计算电机转子的转动惯量：
测试数据2
1、采用的标准飞轮的质量为49g，飞轮的内径R1为0.77cm，外径R2为3cm，计算飞轮的转动惯量为：
2、电机转子空载，电机加速到额定转速下2790r/min之后，通过控制系统控制电机断电，通过光电编码器间隔10ms采集一次数据，采集到的数据如下所示：
表3 空载减速停止过程中电机转速（即角速度）表
3、电机转子加标准飞轮，电机加速到额定转速下2790r/min之后，控制电机断电，电机处于自由减速过程，采集到的数据如下表所示：
表4 加标准飞轮减速停止过程中电机转子转速（即角速度）表
4、由表3及表4的数据可知，加了标准飞轮之后，电机自由减速过程中花了更多的时间。
分析表3的第4个数据电机转速为2126r/min，表4 的第6个数据电机的转速为2127r/min，两者转速值接近与相同，故在这一点可以认为两者的摩擦力矩相同。角加速度采用如下计算公式：
如表3中电机转速为2126r/min时刻未加标准飞轮的的角加速度为：
加标准飞轮的角加速度为：
综上所述，可以采用下式计算电机转子的转动惯量：
由上可见，两组数据求得的电机转子转动惯量非常接近。也可继续增加测试数据的数量，然后通过求其均值确定最终的转动惯量，如上述两组测试数据求得的转动惯量均值为
175.5 。

[0019] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。