CN107314846B - 一种电机单边磁拉力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种电机单边磁拉力测量装置，包括电机机体、轴、测量组件、机体安装台、转子安装台和基础底座；其特征在于，轴从电机机体内的空心定子内穿过；电机机体两侧的轴上分别安装一组测量组件；所述测量组件包括电磁轴承、平衡盘、底部压力传感器和侧面压力传感器；电磁轴承和平衡盘依次安装在轴上，电磁轴承位于靠近电机机体的位置；侧面压力传感器固定于立板的一端，立板的另一端安装于转子安装台，侧面压力传感器与电磁轴承的轴承端盖侧面贴合；底部压力传感器安装于轴承端盖底部；电磁轴承由轴承座安装于转子安装台；转子安装台和机体安装台固定在基础底座上。本发明能够精确测定电机在转子受不平衡磁拉力情况下的所受单边磁拉力大小。

Description

一种电机单边磁拉力测量装置

技术领域

本发明属于电机振动工程领域，具体涉及一种电机单边磁拉力测量装置。

背景技术

电机是最常用的动力源，也是机械设备的主要振动、噪声源之一，其振动水平直接影响到设备运行的可靠性，尤其是在舰船领域，振动噪声始终是备受关注的问题。因此研制低噪声电机已成为降低电机辐射噪声有效的措施。电机振动主要由电磁激励和机械激励引起，通过电机轴承端盖和机座传递到机脚，电磁振动是电机气隙中电磁场产生的电磁力波，激起电机定子、转子振动并传递到机座，它与电机气隙内谐波磁场及由此产生的电磁力波幅值、频率、级数等因素有关。

电机在转子偏心状况下，定转子两边气隙并不均匀，若保持每极的磁动势一定，气隙变小的一边磁通密度将变大，另一边磁通密度将变小，磁力线通常有减小自身磁路长度的趋势，使定、转子两边的磁拉力将不再相等，两者之差就是单边磁拉力，又称不平衡磁拉力，方向由电机几何中心指向偏心方向。单边磁拉力会把转子进一步拉向偏心侧，使电机振动大大增加。

研究电机振动就必然会考虑不平衡磁拉力测量。常用的方法有三类：一是在定子机壳上粘贴加速度传感器，通过定子机壳两侧振动情况的差别进行单边磁拉力的判断；二是用电涡流传感器检测轴的运动轨迹，通过轴的运动位移来反应单边磁拉力状态；三是采用整距探测线圈来反应不平衡磁拉力。但这些方法都是通过测量机器的振动信号、电压信号间接的导出不平衡磁拉力，未能直接得出转子的不平衡磁拉力，均存在局限性和不确定性。上海交通大学提出了一种，滑动轴支撑的发电机转子不平衡磁拉力试验台(专利公告号：CN 102507120A)，该试验台主要用于在机壳偏心状态下即存在不平衡磁拉力状态下探究油膜压力对转子振动的影响关系，虽然该装置能够产生不平衡磁拉力，但不能对磁拉力进行任何形式的直接或间接测量。

此外，最常用的电机往往使用滚动轴承，滚动轴承在运行时也是一种振动源，有滚动轴承存在时也将影响不平衡磁拉力的准确测量，所以需要最大程度的测量出真实电机的不平衡磁拉力。通过查阅相关资料，未发现考虑滚动轴承振动下直接测量电机单边磁拉力装置的相关文献。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量精度更高的电机单边磁拉力测量装置。

本发明的技术方案如下：

一种电机单边磁拉力测量装置，包括测量组件、机体安装台、转子安装台和基础底座；转子安装台和机体安装台固定在基础底座上；电机安装于机体安装台上，轴从电机机体内的空心定子内穿过，电机机体两侧的轴上均安装测量组件；

所述测量组件包括电磁轴承、平衡盘、底部压力传感器和侧面压力传感器；电磁轴承和平衡盘依次安装在轴上，电磁轴承位于靠近电机机体的位置；侧面压力传感器固定于立板的一端，立板的另一端安装于转子安装台，侧面压力传感器与电磁轴承的轴承端盖侧面贴合；底部压力传感器安装于轴承端盖底部；电磁轴承由轴承座安装于转子安装台；

所述平衡盘包括调节盘、锥套；锥套与轴连接；调节盘固定在锥套上。

本发明还可以包括：

1.所述机体安装台底部开有凹形槽，转子安装台的中间段位于凹形槽中，转子安装台与凹形槽留有间隙，电机两侧的电磁轴承均安装于同一个转子安装台上。

2.所述锥套内孔与轴外径呈间隙配合，外圆面呈锥面，有豁口从端面延伸到中部，锥套端部为外螺纹，与锁紧螺母配合，调节盘中心孔呈锥面，与锥套配合。

3.所述调节盘外圆面均布有80～100个直齿，调节盘的盘面面均匀分布有12～18个螺纹孔。

本发明具有如下有益效果：

1.该装置能够直接测定电机在偏心状态下即转子受不平衡磁拉力情况下的所受单边磁拉力大小，具有可调节偏心气隙大小、调节偏心姿态等功能，实现静偏心、斜偏心工况下的不平衡磁拉力的测定；定子转子分开装卡，实现了对转子系统激励的分离；采用电磁轴承，消除了滚珠轴承振动影响，降低转子所受干扰力；

2.此外，配合平衡盘调节质量可实现在线动平衡，进一步降低转子由不平衡质量引发的影响，保证实验结果的精确性；调节平衡盘调节质量，可复现小偏心范围内的动偏心工况，进而可用于动偏心工况下的不平衡磁拉力测定。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

图2是本发明装置左视图。

图3是平衡盘安装细节图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步阐述。

如图1和图2所示，本发明提出的一种电机单边磁拉力测量装置，包括电机机体1、轴6、测量组件、机体安装台10、转子安装台8和基础底座9；轴6从电机机体1内的空心定子内穿过；电机机体1两侧的轴6上均安装测量组件；电机机体1安装于机体安装台10上；

所述测量组件包括电磁轴承、平衡盘、第一底部压力传感器7和第一侧面压力传感器16；电磁轴承和平衡盘依次安装在轴上，电磁轴承位于靠近电机机体1的位置；轴放到电磁轴承内孔中，用轴承压盖20固定轴承外圈，用螺栓将轴承压盖固定到第二轴承端盖13上；

侧面压力传感器16固定于立板18的一端，立板18的另一端安装于转子安装台8，第一侧面压力传感器16与电磁轴承的第一轴承端盖2侧面贴合；第一底部压力传感器7安装于第一轴承端盖2底部，第二底部压力传感器11通过紧固螺栓15安装于第二轴承端盖13底部；第一轴承端盖2和第二轴承端盖13与转子安装台8固定；

所述平衡盘包括调节盘3、锥套5；锥套5与轴6连接；调节盘3固定在锥套5上；

转子安装台8和机体安装台10固定在基础底座9上；

本发明还可以包括：

1.所述机体安装台10底部开有凹形槽，转子安装台8的中间段位于凹形槽中，转子安装台8与凹形槽留有间隙。

2.所述轴承端盖2垂面与转子轴线垂直。

3.所述锥套5内孔与轴外径呈间隙配合，外圆面呈锥面，有豁口从端面延伸到中部，锥套5端部为外螺纹，与锁紧螺母4配合，调节盘3中心孔呈锥面，与锥套5配合。

4.所述调节盘3外圆面均布有80-100的直齿，调节盘3的盘面面均匀钻有12-18个小螺纹孔。

所述轴承端盖2与电机机体1相互独立，无接触；所述轴6比同型号电机轴长，且有两端轴伸；

所述平衡盘包括调节盘3、锥套5，调节盘3依靠锥套5和锁紧螺母4固定在轴伸端适当位置，如图3所示；轴伸两端各安装一套平衡盘；

压力传感器安装在轴承端盖的底部和侧面，用于测试不同方向的不平衡磁拉力；带有压力传感器的两个轴承端盖底面安放在共同的转子安装台上，所述转子安装台侧面竖直固定有立板，立板高度略高于端盖侧面压力传感器位置高度，轴承端盖侧面的压力传感器与立板连接，且在电机不工作时有一定侧向预压力；电机机体固定在机体安装台上，机体安装台与转子安装台相互独立，共同固定到同一个基础底座上。

更具体的机体安装台10底部开有凹形槽，凹形槽内可以让转子安装台8的中间段自由穿过，转子安装台8的上部、两侧均留有一定间隙，避免与机体安装台10接触。机体安装台10长度较电机机脚略长，可以将机脚用螺栓14固定在机体安装台10上，机脚螺栓直径小于机脚通孔直径，用于调节机壳位置，调节气隙偏心量。将机体安装台扣在转子安装台中部，两安装台紧固在基础平台上。将转子从机体定子内穿过，轴的两端用轴承端盖支撑，轴承室内安放电磁轴承。轴承端盖底部紧固安装压力传感器，压力传感器底部紧固安装在转子安装台上。调整轴承端盖位置，使得轴中心线、定子中心线处于同一水平轴线上，并通过调节轴承端盖保证轴承端盖垂面与转子轴线垂直，用塞尺测量定转子气隙，确保气隙均匀。

进一步的，所述锥套内孔与轴外径呈间隙配合，外圆面呈锥面，有豁口从端面延伸到中部，锥套端部为外螺纹，与锁紧螺母配合，调节盘中心孔呈锥面，与锥套配合，调节盘外圆面均布有80-100的直齿，盘面某个圆面均匀钻有12-18个小螺纹孔，与小螺栓一起用于动平衡或动偏心调节。调节盘依靠锥套和锁紧螺母固定在轴伸端适当位置，轴伸两端各一套平衡盘。

利用本发明装置在进行电机单边磁拉力测定时，主要包括如下步骤：将机脚螺栓略微松开，调节定子机体位置，调整出某一偏心姿态，用塞尺测量定转子气隙，确定偏心量，将螺栓紧固。将压力传感器用数据线接入数据采集仪，查看轴承端盖侧面的压力传感器是否有预压力，底部压力传感器压力之和应为转子、轴承端盖的重量。对电机进行试启动，查看在该偏心状态下是否有扫膛，定转子剐蹭现象，如果有需重新调节，确保安全后开机，待工作稳定后采集压力数据，工作时压力与静止时压力之差为不平衡磁拉力引起的压力改变。由于调节偏心只在水平面调节，故应将水平方向的压力信号作为重点考察对象，该方向的压力差之和为该状态的单边磁拉力。

本发明还包括以下特征：

1、在周向气隙均匀的状态下，将两平衡盘相同角度位置的螺纹孔拧入相同质量的小螺母，可形成动偏心转动，可测量动偏心下的单边磁拉力。

2、所述第一底部压力传感器、第二底部压力传感器、第一侧面压力传感器和第二侧面压力传感器均为三向压力传感器。

3、所述转子、轴、平衡盘装好后做现场动平衡，减小不平衡余量，精度等级不低于同型号电机转子规定的动平衡精度等级。

4、所述轴加长后需做硬化处理，避免因跨度加长产生的挠曲现象。

5、所述立板应有足够高的刚度，确保在承受压力的时候不变形。

6、所述压力传感器在左右轴承座安放状态相同。

7、对平衡盘齿进行信号采集，可进行转速监测，或者与压力传感器同步采集信号，研究单边磁拉力对转速的影响。

装配好之后对带平衡盘的转子系统做现场动平衡，使其精度不低于正常同型号电机转子动平衡精度。

测试静偏心或斜偏心不平衡磁拉力操作方法：

将机脚螺栓14略微松开，调节定子机体1位置，调整出某一偏心姿态，用塞尺测量定转子气隙，确定偏心量，将机脚螺栓14紧固。将压力传感器用数据线接入数据采集仪，查看轴承端盖侧面的压力传感器是否有预压力，电机不工作时应保证有一定侧向预压力，底部压力传感器压力之和应为转子、轴承端盖、平衡盘的重量之和。对电机进行试启动，查看在该偏心状态下是否有扫膛，定转子剐蹭现象，如果有需重新调节，确保安全后开机，待工作稳定后采集压力数据，工作时压力与静止时压力之差为不平衡磁拉力引起的压力改变。由于调节偏心只在水平面调节，故应将水平方向的压力信号作为重点考察对象，该方向的压力差之和为该状态的单边磁拉力。

测试动偏心或斜偏心不平衡磁拉力操作方法：

调整机体位置，使定转子气隙周向均匀，在两侧平衡盘同一角度位置的孔中旋入相同质量的小螺栓，保证转子在该不平衡质量作用下，能在轴承游隙范围内同步甩动，实现动偏心姿态。按照上述静偏心单边磁拉力测量方法进行测试，得到动偏心下的单边磁拉力。通过对平衡盘齿进行信号采集，可进行转速监测，或者与压力传感器同步采集信号，研究单边磁拉力对转速的影响。

Claims (5)

1.一种电机单边磁拉力测量装置，包括测量组件、机体安装台、转子安装台和基础底座；其特征在于，转子安装台和机体安装台固定在基础底座上；电机安装于机体安装台上，轴从电机机体内的空心定子内穿过，电机机体两侧的轴上均安装测量组件；

所述测量组件包括电磁轴承、平衡盘、底部压力传感器和侧面压力传感器；电磁轴承和平衡盘依次安装在轴上，电磁轴承位于靠近电机机体的位置；侧面压力传感器固定于立板的一端，立板的另一端安装于转子安装台，侧面压力传感器与电磁轴承的轴承端盖侧面贴合；底部压力传感器安装于轴承端盖底部；电磁轴承由轴承座安装于转子安装台；

所述平衡盘包括调节盘、锥套；锥套与轴连接；调节盘固定在锥套上。

2.如权利要求1所述的一种电机单边磁拉力测量装置，其特征在于，所述机体安装台底部开有凹形槽，转子安装台的中间段位于凹形槽中，转子安装台与凹形槽留有间隙；电机两侧的电磁轴承安装于转子安装台上。

3.如权利要求1或2所述的一种电机单边磁拉力测量装置，其特征在于，所述锥套内孔与轴外径呈间隙配合，外圆面呈锥面，有豁口从端面延伸到中部，锥套端部为外螺纹，与锁紧螺母配合，调节盘中心孔呈锥面，与锥套配合。

4.如权利要求1或2所述的一种电机单边磁拉力测量装置，其特征在于，所述调节盘外圆面均布有80～100个直齿，调节盘的盘面面均匀分布有12～18个螺纹孔。

5.如权利要求3所述的一种电机单边磁拉力测量装置，其特征在于，所述调节盘外圆面均布有80～100个直齿，调节盘的盘面面均匀分布有12～18个螺纹孔。