CN104697686B - 一种小型超高速电机试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型超高速电机试验加载装置，包括底座、电机、涡流盘、励磁绕组、励磁套筒、支架和测功机负载；其中，电机放置于底座上，电机连接涡流盘，涡流盘嵌套在励磁套筒内，涡流盘和励磁套筒同轴平行排列，通过磁场耦合传递功率，励磁套筒上缠绕有励磁绕组，励磁绕组连接电压可调直流电源，产生励磁电流，励磁电流在励磁套筒内产生均匀的单极性磁场，该磁场在旋转的涡流盘中感应电流产生制动转矩，转矩测量系统测量所述制动转矩，设置有转速检测系统测量电机转速或涡流盘转速。本发明结构简单、转动惯量小、几乎无附加径向力、测功机转子无摩擦损耗、安装方便、减振降噪，适用于小型超高速电机的性能测试。

Description

一种小型超高速电机试验加载装置

技术领域

本发明涉及一种小型超高速电机试验加载装置。

背景技术

在电机的性能测试中，广泛采用各种测功机作为负载，测功机的种类很多，主要有磁滞测功机、涡流测功机、磁粉测功机、同步测功机等。在常规电机试验中，电机与测功机之间一般采用机械联轴器刚性联结，实现功率传递。但是在超高速电机中，联轴器安装的同轴度误差会引起很大的振动噪声，影响测试精度，有些情况下试验甚至无法进行，因为小型高速电机转速很高、负载扭矩很小，要求测试装置惯量小且负载转矩与高速电机严格同轴，否则会对电机轴系产生不对称径向力，引起轴系振动影响测试精度，甚至会损毁高速电机轴承。磁力耦合器可以实现电机与测功机之间的无接触功率传递，但是磁力耦合器自身的质量、以及安装时气隙不均匀性会引起较大不对称径向力，再加上无法忽略的测功机转子摩擦损耗，导致检测精度较低。

中国专利CN1211729A《非接触式为扭矩测量装置》、中国专利CN104155038A《非接触式电动锯机功率快速测量方法》，利用励磁线圈在铁磁材料的气隙中产生单极性磁场，该磁场与涡流盘局部耦合产生负载转矩，实现非接触加载，此结构对于中低转速负载比较适合，但对于小型高速电机并不适应，因为上述专利中涡流盘产生的扭矩在盘上非均匀分布，会使电机轴产生非对称径向力，导致轴系振动，影响测试精度。

中国专利101488691《变气隙涡流调速感应电机及工作方式》，中国专利CN10140042C《可调节磁耦合器》通过涡流盘与永磁盘或电枢绕组磁场感应产生对称的负载转矩，实现非接触加载，但该结构必须保证涡流盘与永磁盘或定子铁芯之间气隙均匀，否则负载转矩会产生较大的不对称分布，引起电机轴系振动，可见该结构对于涡流盘轴与电机轴的同轴度提出了很高的要求，对于中低速场合工程实现较容易，但对于高速电机则很难实现。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种小型超高速电机试验加载装置，本装置可以实现高速电机与测功机负载间的无接触耦合，克服同轴度安装误差引起的不对称负载转矩、从而降低安装难度，减小振动噪声和摩擦损耗，提高测试精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型超高速电机试验加载装置，包括底座、电机、涡流盘、励磁绕组、励磁套筒、支架和测功机负载；其中，电机放置于底座上，电机连接涡流盘，涡流盘嵌套在励磁套筒内，涡流盘和励磁套筒同轴平行排列，通过磁场耦合传递功率，励磁套筒上缠绕有励磁绕组，励磁绕组连接电压可调直流电源，产生可调节的励磁电流，励磁电流在励磁套筒内产生均匀的单极性磁场，该磁场在旋转的涡流盘中感应电流产生制动转矩，转矩测量系统测量所述制动转矩，励磁套筒固定在支架转轴一端，支架转轴另一端连接有测功机负载，设置有转速检测系统测量电机转速或涡流盘转速。

所述测功机负载为重锤。

所述励磁套筒可随支架转轴转动。

所述励磁绕组为同心式集中绕组，由铜线或铝线绕制，流过直流励磁电流时，在励磁套筒内产生单极性均匀磁场。

所述励磁绕组的匝数和线径根据要求的磁通密度和励磁电源电压确定。

所述励磁套筒的内径要大于涡流盘的外径。

所述涡流盘为圆盘形，为非磁性导电材料。

所述励磁套筒为圆筒形，为非磁性材料。

所述转矩测试系统包括应变片、信号处理电路和数码显示装置，所述应变片粘贴于支架转轴上，应变片连接信号处理电路，信号处理电路连接数码显示装置。

所述重锤的质量和力臂的长度要与被测转矩的大小相对应。

本发明的工作原理为：通过励磁套筒内均匀单极性磁场与涡流盘感应耦合，产生均匀对称的负载转矩，可以实现高速电机与测功机负载间的无接触耦合。由于励磁套筒是静止的，因此测功机端没有机械损耗，同时降低了被测高速电机轴系的转动惯量。另外，当高速电机轴伸上的涡流盘与励磁套筒安装存在同轴安装误差时，由于直流励磁电流在励磁套筒内产生的是均匀单极性磁场，高速电机涡流盘与励磁套筒内均匀单极性磁场的耦合关系及幅值大小均不变化，即在涡流盘上仍可产生同样均匀对称的负载转矩，避免了电机轴系的振动，从而不影响高速电机转矩测量精度，可见本发明提供的小型超高速电机试验加载装置可以较好地降低安装难度，减小振动噪声和摩擦损耗，提高测试精度。

本发明的有益效果为：结构简单、转动惯量小、几乎无附加径向力、测功机转子无摩擦损耗、安装方便、减振降噪，适用于小型超高速高速电机的性能测试。

附图说明

图1是本发明小型超高速电机试验加载装置的原理示意图；

图2是小型超高速电机试验加载装置A-A剖面图。

1-底盘；2-电机；3-涡流盘；4-励磁绕组；5-励磁套筒；6-支架；7-重锤。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，主要由高速旋转的涡流盘3、静止的励磁套筒5和转矩检测系统组成。使用时涡流盘3与电机2输出轴同轴连接，励磁套筒5的励磁绕组4接可调直流电源，励磁电流在励磁套筒5内产生均匀的单极性磁场，该磁场在旋转的涡流盘中感应电流产生制动转矩，该转矩的大小由转矩检测系统监测并显示，再结合转速检测即可得到负载功率。调节励磁电流可方便地调节负载功率。

如图1所示，涡流盘3采用非磁性导电材料制造，例如铜、铝、不锈钢等，可以减小电机受到的轴向力，涡流盘与电机轴之间采用刚性联结，涡流盘安装到电机轴上后，应整体进行动平衡试验，以保证电机高速运行时的平稳性。

如图1和图2所示，励磁套筒5是静止的，但可以绕轴偏转一定的角度，以实现涡流制动转矩与重锤重力转矩的平衡。励磁套筒5采用非磁性材料制作，以保证励磁套筒内磁场均匀，并且励磁套筒内径大于涡流盘外径，以保证有效区域磁场均匀性。励磁绕组4采用漆包铜线绕制，其匝数和线径根据要求的磁通密度和励磁电源电压确定。

转矩测试系统由高灵敏度应变片、信号处理电路和数码显示装置组成，应变片粘贴于励磁套筒的轴上。图1中的重锤7，其质量和力臂的长度要与被测转矩的大小相对应，可以设计一些列重锤，以提高装置的通用性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：包括底座、电机、涡流盘、励磁绕组、励磁套筒、支架和测功机负载；其中，电机放置于底座上，电机连接涡流盘，涡流盘嵌套在励磁套筒内，涡流盘和励磁套筒同轴平行排列，通过磁场耦合传递功率，励磁套筒上缠绕有励磁绕组，励磁绕组连接电压可调直流电源，产生可调节的励磁电流，励磁电流在励磁套筒内产生均匀的单极性磁场，该磁场在旋转的涡流盘中感应电流产生制动转矩，转矩测量系统测量所述制动转矩，励磁套筒固定在支架转轴一端，支架转轴另一端连接有测功机负载，设置有转速检测系统测量电机转速或涡流盘转速。

2.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述励磁套筒可绕支架转轴转动。

3.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述励磁绕组为同心式集中绕组，由铜线或铝线绕制，流过直流励磁电流时，在励磁套筒内产生单极性均匀磁场。

4.如权利要求2所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述励磁套筒内径要大于涡流盘的外径。

5.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述涡流盘为圆盘形，为非磁性导电材料。

6.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述转矩测试系统包括应变片、信号处理电路和数码显示装置，所述应变片粘贴于支架转轴上，应变片连接信号处理电路，信号处理电路连接数码显示装置。

7.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述励磁套筒为圆筒形，由非磁性材料制成。

8.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述测功机负载为重锤。

9.如权利要求8所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述重锤的质量和力臂的长度要与被测转矩的大小相对应。

10.如权利要求1所述的一种小型超高速电机试验加载装置，其特征是：所述励磁绕组的匝数和线径根据要求的磁通密度和励磁电源电压确定。