CN106872126A - 大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，包括：底部平台；驱动机构；加载机构，包括馈能电机、馈能器，能够真实模拟测试部件负载，并将能量回馈给驱动器，馈能器能够将80％以上的能量回馈给驱动器，使得实际试验电能损耗将至20％；测控系统实现对整个测控系统的运行状态的监控以及参数的设定；磁力耦合器；根据本发明的综合测试平台能够提取敏感参数，并为兆瓦级磁力耦合器动力学行为研究提供半实物仿真平台。本发明为敏感参数可观测、结构采用柔性设计的开放式机理验证平台，通过实验对磁力耦合器刚度特性进行研究，为磁力耦合器的设计及安全可靠运行提供理论依据和技术支撑，对促进其最终走向广泛应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台。
背景技术
磁力耦合器属于耦合传动的一种，可以实现非接触的动力传递，与普通机械传动(包括刚性连接与弹性连接)相比，该耦合器利用电磁学原理实现能量传递，无需直接机械连接，不仅大大地降低了摩擦损耗与振动损耗，而且极大地降低了振动向下一级传动，同时解决过载保护、电机软启动、传动轴系不对心等难题，实现对传动系统的保护的同时，使得传扭更加平稳，具有传统传动方式无法比拟的优点。尤其是对泵类、风机类负载，节能效果显著，目前磁力耦合器在发电厂、矿山机械、钢铁工业等很多大功率、环境恶劣的场合得到了广泛的推广应用。
目前，磁力耦合器无论哪种结构形式，由于都是非接触，因此都允许输入轴输出轴具有一定的不对中，并且具有一定的减振功能，但是，输入输出轴之间的不对中及不同的耦合距离对耦合器刚度(传扭特性、减振特性)的影响以及耦合器输入转子与输出转子之间相互作用力的影响尚不明确，特别是对于大型的磁力耦合器，其扭矩传递能力为几十万牛米，即功率为几兆瓦甚至几十兆瓦，缺少相应的试验平台，并且传统的半实物仿真加载平台代价太高，无法实现对于大型磁力耦合器的特性检测，严重制约着磁力耦合器的发展。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，不仅能够真实模拟大型磁力耦合器使用工况，检测不同耦合位置的传扭特性、启动特性、减振特性、温度特性等，而且能够能量的回馈利用，解决大型磁力耦合器半实物仿真加载代价太高甚至无法满足加载功率的问题，该测试平台适用的型号多，占地空间小，对实验室条件要求低，节能效果显著。
为此，本发明提供一种大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，包括：底部平台，提供支撑平台与安装接口；驱动机构，包括驱动电机、驱动器，为测试部件输入端提供可控动能；加载机构，包括馈能电机、馈能器，能够真实模拟测试部件负载，并将能量回馈给驱动器，一方面解决对于大型磁力耦合器尤其是兆瓦级功率的磁力耦合器，没有这么大功率的负载加载器的问题，另一方面，解决对于兆瓦级功率的磁力耦合器进行试验时电能损耗巨大，根本无法在实验室进行试验的问题，馈能器能够将80％以上的能量回馈给驱动器，使得实际试验电能损耗将至20％；测控系统，包括控制器、扭矩/速度传感器、振动传感器、温度传感器、馈能状态传感器、电流传感器、电压传感器，实现对整个测控系统的运行状态的监控以及参数的设定；磁力耦合器，包括输入轴、主动转子机构、从动转子机构、输出轴、电磁线圈、永磁体等组成，实现扭矩可靠传递，并且能够实现输出转速及传扭能力的无极调整。
所述底部平台，采用封闭箱式焊接结构，采用20mm厚钢板焊接而成，在保证刚度强度的前提下，尽量减轻重量；所述驱动电机与驱动器之间设置有电流传感器及电压传感器，能够实时检测电压信号及电流信号，并实时传输给测控系统，测控系统实时显示电压信号及电流信号，并且测控系统依据电流信号、电压信号实时判断驱动电机运行状态；所述驱动器前端设计有无触点稳压器，补偿驱动电机供电电压的波动，使得驱动电机供电电压波动不超过1％，从而避免供电电压波动对试验结果造成影响，并且无触点稳压器能够避免常规触点调压过程中产生电弧的现象；驱动电机通过驱动电机支撑座固定在底部平台上，所述驱动电机支撑座采用钢板焊接而成的封闭腔体，纵横各有两块肋板，以保证刚度强度满足使用要求；所述驱动电机输出轴通过联轴器与驱动扭矩/速度传感器相连接，驱动扭矩/速度传感器既能够检测扭矩大小，又能够实时检测电机输出轴的转速，驱动扭矩/速度传感器的另一端通过联轴器与输入轴相连接。
所述磁力耦合器的输入轴通过双列角接触球轴承可靠支撑在输入轴支撑架上，输入轴的一端设计有双螺母固定机构，即实现对双列角接触球轴承的固定，又能够保证螺母不松动，保证在运动过程中双列角接触球轴承侧隙不发生改变；所述输入轴与导磁盘过盈配合，并采用铰制孔螺栓连接，保证输入轴与导磁盘的同轴度；导磁盘设计有连接止口，并且采用铰制孔螺栓连接，保证与涡流盘连接的同轴度，所述涡流盘采用锰铜合金或者是镍铜合金，所述导磁盘通过连接杆连接到另一侧的导磁盘，实现两侧导磁盘与涡流盘共同传扭，与单侧导磁盘、涡流盘传扭相比，传扭能力增加将近一倍；所述磁力耦合器的输出轴通过双列角接触球轴承可靠支撑在输出轴支撑架上，输出轴的一端设计有双螺母固定机构，即实现对双列角接触球轴承的固定，又能够保证螺母不松动，保证在运动过程中双列角接触球轴承侧隙不发生改变；所述输出轴另一端采用过盈配合与传动盘相连接，并采用螺栓固定，保证传动盘与输出轴之间的同轴度。
所述传动盘上均匀分布有3对齿轮齿条、6个导向杆以及6个位置传感器，所述位置传感器分布在传动盘两侧，每侧各分布3个，主要检测两侧导磁盘到传动盘的距离，从而得到永磁体与涡流盘之间的距离；所述导向杆分布在传动盘的两侧，每侧各分布3个，每个导向杆与导磁盘上的固体润滑轴承配合，既能够使得导磁盘能够在导向杆上自由的滑动，又能够将导磁盘上的扭矩传递给传动盘，从而将扭矩传递给输出轴输出；所述齿轮采用圆柱齿轮，圆柱齿轮与传动盘采用铰接，使得圆柱齿轮能够自由地进行自转运动和摆动，所述齿条采用弧形齿条，圆柱齿轮两侧分布一对弧形齿条，每个弧形齿条都是端部与圆柱齿轮配合，末端连接导磁盘，这样一对弧形齿条将圆柱齿轮夹住，使得圆柱齿轮能够位置自位，采用这种齿轮齿条的配合方式以及圆柱齿轮的安装方式，以保证在传扭的过程中，防止齿条与圆柱齿轮发生偏转或者由于加工误差造成卡死的现象；所述弧形齿条与导磁盘配合处设计有止口，以保证连接时相对位置关系。
所述导磁盘设计有连接止口，保证与非导磁盘连接的同轴度，所述永磁体镶嵌在永磁嵌体中，永磁体截面可以是扇形、梯形或者矩形，永磁体与永磁嵌体采用过渡配合，所述永磁嵌体安装在非导磁盘上，采用过盈配合，以保证安装的同轴度，永磁嵌体与非导磁盘将永磁体可靠挤压住，采用铰制孔螺栓将永磁嵌体、非导磁盘以及导磁盘可靠连接，该铰制孔螺栓材质为不锈钢，防止普通铁质螺栓改变永磁体的磁路；所述导磁盘安装在滑动套上，导磁盘与滑动套之间设计有固体润滑轴承，以减小导磁盘在滑动套上运行时的摩擦力；所述滑动套通过螺栓固定在传动盘上，并且传动盘上设计有安装止口，采用过盈配合，保证滑动套与传动盘的同轴度；输出轴侧的导磁盘中部伸出，用于安装双列角接触球轴承。
驱动套靠近转子的一端通过双列角接触球轴承安装在导磁盘上，并用固定端盖可靠固定；所述驱动套的另一端连接有线圈套，线圈套的下端设计有电磁线圈，永磁体安装在永磁固定套上，永磁固定套安装在位置驱动支撑座上，所述永磁体、永磁固定套、驱动支撑座位于驱动套的下部；测控系统根据实际工况所需要的从动转子机构与主动转子机构之间的相对位置关系，控制电磁线圈的电流大小以及方向，从而产生推动力，向前或者向后推动从动转子机构，实现对从动转子机构与主动转子机构之间的相对位置关系的调整。
所述输出轴通过联轴器与输出扭矩/速度传感器相连接，输出扭矩/速度传感器既能够检测磁力耦合器扭矩大小，又能够实时磁力耦合器输出轴的转速，并将扭矩信号及转速信号实时传递给测控系统；所述输出扭矩/速度传感器的另一端与通过联轴器与馈能电机相连接；馈能电机与馈能器之间设计有电流传感器及电压传感器，所述电流传感器及电压传感器实时检测馈能电机返回到馈能器中的电压及电流信号，并实时传递给控制器，控制器根据电压及电流信号得出馈能电机的使用功率；所述馈能器与驱动器之间设计有馈能状态监控传感器以及门限电流电压控制器，控制器设置门限电流电压控制器的门限值，控制馈能器的馈能效率，馈能状态监控传感器实时监测馈能电缆上的电流及电压值，并实时传递给控制器，形成对馈能效果的闭环控制；馈能器反馈的电能直接加载到驱动器直流母线上，作为驱动器供电电流的一分，供驱动器使用，在试验过程中，驱动器所需电能的80％可来自于馈能器，这样一方面实现电能的二次利用，极大地减小电网实际功率的损耗，另一方面，对于兆瓦级的大型磁力耦合器，解决了传统加载方式无法解决模拟兆瓦级负载加载的问题。
振动传感器安装在振动支撑架上，振动支撑架有两个，每个振动支撑架下部均设计有减振垫，减小底部平台振动对振动传感器的影响，振动传感器分布在振动支撑架的上部跟一侧，振动支撑架的另一侧设计有温度传感器，温度传感器为激光式非接触传感器，检测涡流盘及永磁嵌体的温度。
测控系统中的控制器采用虚拟上位机及虚拟下位机的控制框架，虚拟下位机实时采集磁力耦合器输入扭矩、输出扭矩、输入转速、输出转速、振动信号、温度信号、电压信号、电流信号，虚拟上位机实时显示虚拟下位机采集的数据曲线，虚拟上位机与虚拟下位机共用共享内存，与传统上位机与下位机的结构形式相比，传统框架的上位机与下位机分别有各自独立的内存，通过数据指令及控制指令相互交换，各内存得到相应的数据，传统方式实时性差，运算量大；控制采集磁力耦合器输入扭矩、输出扭矩、输入转速、输出转速，得到磁力耦合器的传扭效率，采集主动转子及从动转子的振动信号，包括横向振动信号及纵向振动信号，分析磁力耦合器减振效果，通过综合分析传动效率及减振效果，分析磁力耦合器磁刚度；控制通过控制电磁线圈中的电流大小及方向，改变从动转子机构与主动转子机构之间的气隙，从而改变磁力耦合器输出扭矩及转速，控制器得到不同气隙下的扭矩信号、速度信号、振动信号、温度信号，进而得到不同气隙下的磁力耦合器的刚度特性，并根据主动转子机构及从动转子机构温度场的变化，得出该耦合器的传扭效率使用范围。
所述控制器通过控制驱动器控制驱动电机按照一定的转速转动，并通过电压传感器、电流传感器实时监测驱动电机的运动状态，控制器通过控制馈能器控制馈能电机的运动状态，包括控制馈能电机的转速及加载扭矩，从而控制馈能电机的加载功率，馈能电机可以分别加载转速信号及扭矩信号，也可以加载像泵类、风机类扭矩与转速成平方关系的转速信号及扭矩信号，通过电压传感器、电流传感器实时监测馈能电机的运动状态，并对比驱动电机端电压信号及电流信号，核算磁力耦合器在泵类、风机类应用场合下的节能效果。
根据本发明的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台能够提取敏感参数，并为兆瓦级磁力耦合器动力学行为研究提供半实物仿真平台。本发明为敏感参数可观测、结构采用柔性设计的开放式机理验证平台，通过实验对磁力耦合器刚度特性进行研究，为磁力耦合器的设计及安全可靠运行提供理论依据和技术支撑，对促进其最终走向广泛应用具有重要意义。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的轴测图1；
图2是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的轴测图2；
图3是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的主视图；
图4是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的俯视图；
图5是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的部分机构轴测图1；
图6是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的部分机构轴测图2；
图7是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的部分机构主视图1；
图8是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的部分机构剖视图；
图9是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的轴测图1；
图10是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的轴测图2；
图11是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的主视图1；
图12是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的部分机构轴测图1；
图13是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的部分机构主视图1；
图14是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的部分机构主视图2；
图15是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器的部分机构剖视图；
图16是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的电气原理图；
图17是根据本发明的一个实施方式的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的控制结构框图。
图中：1、底部平台；2、驱动电机；3、联轴器1；4、驱动扭矩/速度传感器；5、联轴器2；6、输入轴支撑架；7、输出轴支撑架；8、联轴器3；9、输出扭矩/速度传感器；10、联轴器4；11、馈能电机支撑座；12、馈能电机；13、扭矩传感器支撑座；14、位置驱动支撑座；15、减振垫1；16、减振垫2；17、扭矩传感器支撑座；18、驱动电机支撑座；19、输入轴；20、主动转子机构；21、振动支撑架1；22、振动传感器；23、振动支撑架2；24、温度传感器；25、从动转子机构；26、输出轴；27、轴承端盖；28、螺母；29、双列角接触球轴承；30、导磁盘；31、涡流盘；32、永磁嵌体；33、非导磁盘；34、固体润滑轴承；35、导磁盘；36、弧形齿条；37、圆柱齿轮；38、传动盘；39、连接杆；40、滑动套；41、导磁盘；42、固定端盖；43、双列角接触球轴承；44、驱动套；45、双列角接触球轴承；46、轴承端盖；47、螺母；48、导向杆；49、线圈套；50、电磁线圈；51、永磁体；52、永磁固定套；53、固体润滑轴承；54、永磁体；55、位置传感器；56、电流传感器；57、电流传感器；58、电压传感器；59、电压传感器；60、驱动器；61、馈能器；62、馈能状态监控传感器；63、门限电流电压控制器；64、无触点稳压器；
具体实施方式
下面结合附图详细说明根据本发明的实施方式。
如附图所示，一种大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，包括：底部平台1，提供支撑平台与安装接口；驱动机构，包括驱动电机2、驱动器60，为测试部件输入端提供可控动能；加载机构，包括馈能电机12、馈能器61，能够真实模拟测试部件负载，并将能量回馈给驱动器60，一方面解决对于大型磁力耦合器尤其是兆瓦级功率的磁力耦合器，没有这么大功率的负载加载器的问题，另一方面，解决对于兆瓦级功率的磁力耦合器进行试验时电能损耗巨大，根本无法在实验室进行试验的问题，馈能器能够将80％以上的能量回馈给驱动器，使得实际试验电能损耗将至20％；测控系统，包括控制器、驱动扭矩/速度传感器4、输出扭矩/速度传感器9、振动传感器22、温度传感器24、馈能状态监控传感器62、电流传感器56、电压传感器58，实现对整个测控系统的运行状态的监控以及参数的设定；磁力耦合器，包括输入轴19、主动转子机构20、从动转子机构25、输出轴26、电磁线圈50、永磁体54等组成，实现扭矩可靠传递，并且能够实现输出转速及传扭能力的无极调整。
所述底部平台1，采用封闭箱式焊接结构，采用20mm厚钢板焊接而成，在保证刚度强度的前提下，尽量减轻重量；所述驱动电机2与驱动器60之间设置有电流传感器56及电压传感器58，能够实时检测电压信号及电流信号，并实时传输给测控系统，测控系统实时显示电压信号及电流信号，并且测控系统依据电流信号、电压信号实时判断驱动电机2运行状态；所述驱动器60前端设计有无触点稳压器64，补偿驱动电机2供电电压的波动，使得驱动电机2供电电压波动不超过1％，从而避免供电电压波动对试验结果造成影响，并且无触点稳压器64能够避免常规触点调压过程中产生电弧的现象；驱动电机2通过驱动电机支撑座18固定在底部平台1上，所述驱动电机支撑座18采用钢板焊接而成的封闭腔体，纵横各有两块肋板，以保证刚度强度满足使用要求；所述驱动电机输出轴通过联轴器与驱动扭矩/速度传感器4相连接，驱动扭矩/速度传感器4既能够检测扭矩大小，又能够实时检测电机输出轴的转速，驱动扭矩/速度传感器4的另一端通过联轴器与输入轴19相连接。
所述磁力耦合器的输入轴19通过双列角接触球轴承29可靠支撑在输入轴支撑架6上，输入轴19的一端设计有双螺母28固定机构，即实现对双列角接触球轴承29的固定，又能够保证螺母28不松动，保证在运动过程中双列角接触球轴承29侧隙不发生改变；所述输入轴19与导磁盘30过盈配合，并采用铰制孔螺栓连接，保证输入轴19与导磁盘30的同轴度；导磁盘30设计有连接止口，并且采用铰制孔螺栓连接，保证与涡流盘31连接的同轴度，所述涡流盘31采用锰铜合金或者是镍铜合金，所述导磁盘30通过连接杆连接到另一侧的导磁盘，实现两侧导磁盘与涡流盘共同传扭，与单侧导磁盘、涡流盘传扭相比，传扭能力增加将近一倍；所述磁力耦合器的输出轴26通过双列角接触球轴承45可靠支撑在输出轴26支撑架上，输出轴26的一端设计有双螺母47固定机构，即实现对双列角接触球轴承45的固定，又能够保证螺母不松动，保证在运动过程中双列角接触球轴承侧隙45不发生改变；所述输出轴26另一端采用过盈配合与传动盘38相连接，并采用螺栓固定，保证传动盘38与输出轴26之间的同轴度。
所述传动盘38上均匀分布有3对齿轮齿条、6个导向杆48以及6个位置传感器55，所述位置传感器55分布在传动盘38两侧，每侧各分布3个，主要检测两侧导磁盘35到传动盘38的距离，从而得到永磁体54与涡流盘31之间的距离；所述导向杆48分布在传动盘38的两侧，每侧各分布3个，每个导向杆48与导磁盘35上的固体润滑轴承53配合，既能够使得导磁盘35能够在导向杆48上自由的滑动，又能够将导磁盘35上的扭矩传递给传动盘48，从而将扭矩传递给输出轴26输出；所述齿轮采用圆柱齿轮37，圆柱齿轮37与传动盘38采用铰接，使得圆柱齿轮37能够自由地进行自转运动和摆动，所述齿条采用弧形齿条36，圆柱齿轮37两侧分布一对弧形齿条36，每个弧形齿条36都是端部与圆柱齿轮37配合，末端连接导磁盘35，这样一对弧形齿条36将圆柱齿轮37夹住，使得圆柱齿轮37能够位置自位，采用这种齿轮齿条的配合方式以及圆柱齿轮的安装方式，以保证在传扭的过程中，防止齿条与圆柱齿轮发生偏转或者由于加工误差造成卡死的现象；所述弧形齿条36与导磁盘35配合处设计有止口，以保证连接时相对位置关系。
所述导磁盘35设计有连接止口，保证与非导磁盘33连接的同轴度，所述永磁体54镶嵌在永磁嵌体32中，永磁体54截面可以是扇形、梯形或者矩形，永磁体54与永磁嵌体32采用过渡配合，所述永磁嵌体32安装在非导磁盘33上，采用过盈配合，以保证安装的同轴度，永磁嵌体32与非导磁盘33将永磁体54可靠挤压住，采用铰制孔螺栓将永磁嵌体32、非导磁盘33以及导磁盘35可靠连接，该铰制孔螺栓材质为不锈钢，防止普通铁质螺栓改变永磁体的磁路；所述导磁盘35安装在滑动套上，导磁盘35与滑动套40之间设计有固体润滑轴承34，以减小导磁盘35在滑动套40上运行时的摩擦力；所述滑动套40通过螺栓固定在传动盘38上，并且传动盘38上设计有安装止口，采用过盈配合，保证滑动套40与传动盘38的同轴度；输出轴26侧的导磁盘41中部伸出，用于安装双列角接触球轴承43。
驱动套44靠近转子的一端通过双列角接触球轴承43安装在导磁盘41上，并用固定端盖42可靠固定；所述驱动套44的另一端连接有线圈套49，线圈套49的下端设计有电磁线圈50，永磁体51安装在永磁固定套52上，永磁固定套52安装在位置驱动支撑座14上，所述永磁体51、永磁固定套52、驱动支撑座14位于驱动套44的下部；测控系统根据实际工况所需要的从动转子机构25与主动转子机构20之间的相对位置关系，控制电磁线圈50的电流大小以及方向，从而产生推动力，向前或者向后推动从动转子机构25，实现对从动转子机构25与主动转子机构20之间的相对位置关系的调整。
所述输出轴26通过联轴器与输出扭矩/速度传感器相连接9，输出扭矩/速度传感器9既能够检测磁力耦合器扭矩大小，又能够实时磁力耦合器输出轴26的转速，并将扭矩信号及转速信号实时传递给测控系统；所述输出扭矩/速度传感器9的另一端与通过联轴器与馈能电机12相连接；馈能电机12与馈能器61之间设计有电流传感器57及电压传感器59，所述电流传感器57及电压传感器59实时检测馈能电机12返回到馈能器61中的电压及电流信号，并实时传递给控制器，控制器根据电压及电流信号得出馈能电机12的使用功率；所述馈能器61与驱动器60之间设计有馈能状态监控传感器62以及门限电流电压控制器63，控制器设置门限电流电压控制器63的门限值，控制馈能器61的馈能效率，馈能状态监控传感器62实时监测馈能电缆上的电流及电压值，并实时传递给控制器，形成对馈能效果的闭环控制；馈能器61反馈的电能直接加载到驱动器60直流母线上，作为驱动器60供电电流的一分，供驱动器60使用，在试验过程中，驱动器60所需电能的80％可来自于馈能器61，这样一方面实现电能的二次利用，极大地减小电网实际功率的损耗，另一方面，对于兆瓦级的大型磁力耦合器，解决了传统加载方式无法解决模拟兆瓦级负载加载的问题。
振动传感器22安装在振动支撑架21上，振动支撑架21有两个，每个振动支撑架下部均设计有减振垫15，减小底部平台1振动对振动传感器22的影响，振动传感器22分布在振动支撑架21的上部跟一侧，振动支撑架21的另一侧设计有温度传感器24，温度传感器24为激光式非接触传感器，检测涡流盘31及永磁嵌体32的温度。
测控系统中的控制器采用虚拟上位机及虚拟下位机的控制框架，虚拟下位机实时采集磁力耦合器输入扭矩、输出扭矩、输入转速、输出转速、振动信号、温度信号、电压信号、电流信号，虚拟上位机实时显示虚拟下位机采集的数据曲线，虚拟上位机与虚拟下位机共用共享内存，与传统上位机与下位机的结构形式相比，传统框架的上位机与下位机分别有各自独立的内存，通过数据指令及控制指令相互交换，各内存得到相应的数据，传统方式实时性差，运算量大；控制采集磁力耦合器输入扭矩、输出扭矩、输入转速、输出转速，得到磁力耦合器的传扭效率，采集主动转子机构及从动转子机构的振动信号，包括横向振动信号及纵向振动信号，分析磁力耦合器减振效果，通过综合分析传动效率及减振效果，分析磁力耦合器磁刚度；控制通过控制电磁线圈中的电流大小及方向，改变从动转子机构与主动转子机构之间的气隙，从而改变磁力耦合器输出扭矩及转速，控制器得到不同气隙下的扭矩信号、速度信号、振动信号、温度信号，进而得到不同气隙下的磁力耦合器的刚度特性，并根据主动转子机构及从动转子机构温度场的变化，得出该耦合器的传扭效率使用范围。
所述控制器通过控制驱动器控制驱动电机按照一定的转速转动，并通过电压传感器58、电流传感器56实时监测驱动电机2的运动状态，控制器通过控制馈能器控制馈能电机12的运动状态，包括控制馈能电机12的转速及加载扭矩，从而控制馈能电机12的加载功率，馈能电机12可以分别加载转速信号及扭矩信号，也可以加载像泵类、风机类扭矩与转速成平方关系的转速信号及扭矩信号，通过电压传感器59、电流传感器57实时监测馈能电机12的运动状态，并对比驱动电机2端电压信号及电流信号，核算磁力耦合器在泵类、风机类应用场合下的节能效果。
大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台的一个示例性实施方式的工作方式如下，也可以其他方式工作。
根据实际工况的要求，确定驱动电机2转速，并通过控制器控制驱动器60，控制驱动电机2按照一定的转速运动，控制设定门限电流电压控制器63的门限值，从而控制馈能器61的馈能效率，根据模拟工况的扭矩-转速特性曲线，设定馈能电机12的加载扭矩，控制电磁线圈50中的电流大小及方向，从而使得线圈套49产生向前或向后的推动力，从而永磁体54与涡流盘31之间的气隙，从而改变输出轴26的转速，进而实现相对的速度要求，在进行磁力耦合器传扭特性及刚度特性检测时，控制电磁线圈50的电流大小及方向，将永磁体54与涡流盘31之间的气隙确定，控制驱动电机2按照一定的转速运行，由于永磁体54与涡流盘31产生速度差，涡流盘31上产生涡流从而产生磁场，磁场与原磁场进行耦合，带动永磁体54转动，从而带动输出轴26转动，控制器不断增加馈能电机12加载扭矩，扭矩/速度传感器实时检测输入输出扭矩以及输入输出转速，振动传感器及温度传感器实时检测振动信号及温度信号并传递给控制器，控制器依据相应数据核算出扭矩传递效率、扭矩传递效率的使用范围以及刚度特性，改变气隙的大小，重复上述工作，最终得出不同气隙下的扭矩传递效率以及刚度特性曲线。
根据本发明的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台能够提取敏感参数，并为兆瓦级磁力耦合器动力学行为研究提供半实物仿真平台。本发明为敏感参数可观测、结构采用柔性设计的开放式机理验证平台，通过实验对磁力耦合器刚度特性进行研究，为磁力耦合器的设计及安全可靠运行提供理论依据和技术支撑，对促进其最终走向广泛应用具有重要意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，包括：底部平台，提供支撑平台与安装接口；驱动机构，包括驱动电机、驱动器，为测试部件输入端提供可控动能；加载机构，包括馈能电机、馈能器，能够真实模拟测试部件负载，并将能量回馈给驱动器，一方面解决对于大型磁力耦合器尤其是兆瓦级功率的磁力耦合器，没有这么大功率的负载加载器的问题，另一方面，解决对于兆瓦级功率的磁力耦合器进行试验时电能损耗巨大，根本无法在实验室进行试验的问题，馈能器能够将80％以上的能量回馈给驱动器，使得实际试验电能损耗将至20％；测控系统，包括控制器、扭矩/速度传感器、振动传感器、温度传感器、馈能状态传感器、电流传感器、电压传感器，实现对整个测控系统的运行状态的监控以及参数的设定；磁力耦合器，包括输入轴、主动转子机构、从动转子机构、输出轴、电磁线圈、永磁体组成，实现扭矩可靠传递，并且能够实现输出转速及传扭能力的无极调整。
2.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，所述底部平台，采用封闭箱式焊接结构，采用20mm厚钢板焊接而成，在保证刚度强度的前提下，尽量减轻重量；所述驱动电机与驱动器之间设置有电流传感器及电压传感器，能够实时检测电压信号及电流信号，并实时传输给测控系统，测控系统实时显示电压信号及电流信号，并且测控系统依据电流信号、电压信号实时判断驱动电机运行状态；所述驱动器前端设计有无触点稳压器，补偿驱动电机供电电压的波动，使得驱动电机供电电压波动不超过1％，从而避免供电电压波动对试验结果造成影响，并且无触点稳压器能够避免常规触点调压过程中产生电弧的现象；驱动电机通过驱动电机支撑座固定在底部平台上，所述驱动电机支撑座采用钢板焊接而成的封闭腔体，纵横各有两块肋板，以保证刚度强度满足使用要求；所述驱动电机输出轴通过联轴器与驱动扭矩/速度传感器相连接，驱动扭矩/速度传感器既能够检测扭矩大小，又能够实时检测电机输出轴的转速，驱动扭矩/速度传感器的另一端通过联轴器与输入轴相连接。
3.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，所述磁力耦合器的输入轴通过双列角接触球轴承可靠支撑在输入轴支撑架上，输入轴的一端设计有双螺母固定机构，即实现对双列角接触球轴承的固定，又能够保证螺母不松动，保证在运动过程中双列角接触球轴承侧隙不发生改变；所述输入轴与导磁盘过盈配合，并采用铰制孔螺栓连接，保证输入轴与导磁盘的同轴度；导磁盘设计有连接止口，并且采用铰制孔螺栓连接，保证与涡流盘连接的同轴度，所述涡流盘采用锰铜合金或者是镍铜合金，所述导磁盘通过连接杆连接到另一侧的导磁盘，实现两侧导磁盘与涡流盘共同传扭，与单侧导磁盘、涡流盘传扭相比，传扭能力增加将近一倍；所述磁力耦合器的输出轴通过双列角接触球轴承可靠支撑在输出轴支撑架上，输出轴的一端设计有双螺母固定机构，即实现对双列角接触球轴承的固定，又能够保证螺母不松动，保证在运动过程中双列角接触球轴承侧隙不发生改变；所述输出轴另一端采用过盈配合与传动盘相连接，并采用螺栓固定，保证传动盘与输出轴之间的同轴度。
4.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，所述传动盘上均匀分布有3对齿轮齿条、6个导向杆以及6个位置传感器，所述位置传感器分布在传动盘两侧，每侧各分布3个，主要检测两侧导磁盘到传动盘的距离，从而得到永磁体与涡流盘之间的距离；所述导向杆分布在传动盘的两侧，每侧各分布3个，每个导向杆与导磁盘上的固体润滑轴承配合，既能够使得导磁盘能够在导向杆上自由的滑动，又能够将导磁盘上的扭矩传递给传动盘，从而将扭矩传递给输出轴输出；所述齿轮采用圆柱齿轮，圆柱齿轮与传动盘采用铰接，使得圆柱齿轮能够自由地进行自转运动和摆动，所述齿条采用弧形齿条，圆柱齿轮两侧分布一对弧形齿条，每个弧形齿条都是端部与圆柱齿轮配合，末端连接导磁盘，这样一对弧形齿条将圆柱齿轮夹住，使得圆柱齿轮能够位置自位，采用这种齿轮齿条的配合方式以及圆柱齿轮的安装方式，以保证在传扭的过程中，防止齿条与圆柱齿轮发生偏转或者由于加工误差造成卡死的现象；所述弧形齿条与导磁盘配合处设计有止口，以保证连接时相对位置关系。
5.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，所述导磁盘设计有连接止口，保证与非导磁盘连接的同轴度，所述永磁体镶嵌在永磁嵌体中，永磁体截面可以是扇形、梯形或者矩形，永磁体与永磁嵌体采用过渡配合，所述永磁嵌体安装在非导磁盘上，采用过盈配合，以保证安装的同轴度，永磁嵌体与非导磁盘将永磁体可靠挤压住，采用铰制孔螺栓将永磁嵌体、非导磁盘以及导磁盘可靠连接，该铰制孔螺栓材质为不锈钢，防止普通铁质螺栓改变永磁体的磁路；所述导磁盘安装在滑动套上，导磁盘与滑动套之间设计有固体润滑轴承，以减小导磁盘在滑动套上运行时的摩擦力；所述滑动套通过螺栓固定在传动盘上，并且传动盘上设计有安装止口，采用过盈配合，保证滑动套与传动盘的同轴度；输出轴侧的导磁盘中部伸出，用于安装双列角接触球轴承。
6.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，驱动套靠近转子的一端通过双列角接触球轴承安装在导磁盘上，并用固定端盖可靠固定；所述驱动套的另一端连接有线圈套，线圈套的下端设计有电磁线圈，永磁体安装在永磁固定套上，永磁固定套安装在位置驱动支撑座上，所述永磁体、永磁固定套、驱动支撑座位于驱动套的下部；测控系统根据实际工况所需要的从动转子机构与主动转子机构之间的相对位置关系，控制电磁线圈的电流大小以及方向，从而产生推动力，向前或者向后推动从动转子机构，实现对从动转子机构与主动转子机构之间的相对位置关系的调整。
7.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，所述输出轴通过联轴器与输出扭矩/速度传感器相连接，输出扭矩/速度传感器既能够检测磁力耦合器扭矩大小，又能够实时磁力耦合器输出轴的转速，并将扭矩信号及转速信号实时传递给测控系统；所述输出扭矩/速度传感器的另一端与通过联轴器与馈能电机相连接；馈能电机与馈能器之间设计有电流传感器及电压传感器，所述电流传感器及电压传感器实时检测馈能电机返回到馈能器中的电压及电流信号，并实时传递给控制器，控制器根据电压及电流信号得出馈能电机的使用功率；所述馈能器与驱动器之间设计有馈能状态监控传感器以及门限电流电压控制器，控制器设置门限电流电压控制器的门限值，控制馈能器的馈能效率，馈能状态监控传感器实时监测馈能电缆上的电流及电压值，并实时传递给控制器，形成对馈能效果的闭环控制；馈能器反馈的电能直接加载到驱动器直流母线上，作为驱动器供电电流的一分，供驱动器使用，在试验过程中，驱动器所需电能的80％可来自于馈能器，这样一方面实现电能的二次利用，极大地减小电网实际功率的损耗，另一方面，对于兆瓦级的大型磁力耦合器，解决了传统加载方式无法解决模拟兆瓦级负载加载的问题。
8.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，振动传感器安装在振动支撑架上，振动支撑架有两个，每个振动支撑架下部均设计有减振垫，减小底部平台振动对振动传感器的影响，振动传感器分布在振动支撑架的上部跟一侧，振动支撑架的另一侧设计有温度传感器，温度传感器为激光式非接触传感器，检测涡流盘及永磁嵌体的温度。
9.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，测控系统中的控制器采用虚拟上位机及虚拟下位机的控制框架，虚拟下位机实时采集磁力耦合器输入扭矩、输出扭矩、输入转速、输出转速、振动信号、温度信号、电压信号、电流信号，虚拟上位机实时显示虚拟下位机采集的数据曲线，虚拟上位机与虚拟下位机共用共享内存，与传统上位机与下位机的结构形式相比，传统框架的上位机与下位机分别有各自独立的内存，通过数据指令及控制指令相互交换，各内存得到相应的数据，传统方式实时性差，运算量大；控制采集磁力耦合器输入扭矩、输出扭矩、输入转速、输出转速，得到磁力耦合器的传扭效率，采集主动转子及从动转子的振动信号，包括横向振动信号及纵向振动信号，分析磁力耦合器减振效果，通过综合分析传动效率及减振效果，分析磁力耦合器磁刚度；控制通过控制电磁线圈中的电流大小及方向，改变从动转子机构与主动转子机构之间的气隙，从而改变磁力耦合器输出扭矩及转速，控制器得到不同气隙下的扭矩信号、速度信号、振动信号、温度信号，进而得到不同气隙下的磁力耦合器的刚度特性，并根据主动转子机构及从动转子机构温度场的变化，得出该耦合器的传扭效率使用范围。
10.根据权利要求1所述的大型磁力耦合器刚度特性综合测试平台，其特征在于，所述控制器通过控制驱动器控制驱动电机按照一定的转速转动，并通过电压传感器、电流传感器实时监测驱动电机的运动状态，控制器通过控制馈能器控制馈能电机的运动状态，包括控制馈能电机的转速及加载扭矩，从而控制馈能电机的加载功率，馈能电机可以分别加载转速信号及扭矩信号，也可以加载像泵类、风机类扭矩与转速成平方关系的转速信号及扭矩信号，通过电压传感器、电流传感器实时监测馈能电机的运动状态，并对比驱动电机端电压信号及电流信号，核算磁力耦合器在泵类、风机类应用场合下的节能效果。
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