CN108535024A - 一种转筒式电涡流机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转筒式电涡流机。包括转筒式转子、定子、动力轴。转筒式转子包括滚筒体和与动力轴固定连接的扇轮，扇轮与滚筒体端部过盈配合。定子包括与动力轴旋转配合的定子架、若干个固定于定子架上的铁芯、与铁芯数量相等且套于铁芯上的励磁线圈组件、与铁芯数量相等且固定于铁芯端面的磁轭。定子架上轴向两侧的凹槽内由里向外均固定有轴承和防尘盖，远离扇轮的一侧固定有若干个外部件固定块。固定有轴承和防尘盖的定子与动力轴间为旋转配合，并通过设置于动力轴上远离扇轮一侧的锁紧螺母约束于转筒式转子内。本方案中的电涡流机系统惯量大、系统功率损耗小，非常适合底盘测功机使用要求；而且结构简单、抗热衰减能力强，适于长时间使用。
Description
技术领域
本发明涉及汽车检测设备领域，具体涉及一种转筒式电涡流机。
背景技术
目前，车辆检测的重要设备底盘测功机在汽车检测领域扮演着越来越重要的角色。这种重要性不单体现在汽车功率和排放的检测，同时也体现在通过底盘测功机进行路面模拟来辅助车辆综合性能的检测。因此，底盘测功机的性能决定了测试数据的准确定，进而决定了汽车检测结果的可行度，在汽车的开发、使用、监管等方面发挥着重要作用。就此，国家质量监督检疫总局发布了JJF 1221-2009等规范或标准来确保汽车用底盘测功机的各项性能。
通常，汽车用底盘测功机包括机架，机架上设置的测试用滚筒以及与测试用滚筒相连的功率吸收装置。作为底盘测功机的核心功能部件，功率吸收装置的性能直接决定了测功机的性能。根据吸功原理的不同，常见的功率吸收装置主要可分为三大类：水力测功机，其利用水作为制动介质，精度较低；电力测功机，又称平衡电机，其既可以做负载，也可以做动力输出，通过电子控制可以实现高精度的测量和检测，但其制造成本高，仅适用于科研单位；电涡流测功机，其运用电涡流效应完成检测功能，精度相比水力测功机有明显的提高，同时原理和结构较电力测功机简单，制造成本较低，是目前主流的汽车用底盘测功机功率吸收装置解决方案。
电涡流测功机的主体部分为电涡流机，辅助地还整合有控制器、测功装置来配合进行各种动力机械的一般性试验、型式试验和研究。目前，底盘测功机一般采用盘式电涡流机作为功率吸收装置。盘式电涡流机本身结构相对简单，其转子为盘式结构，与转动轴相结合将外部测试滚筒的转动信息通过电涡流效应作用传递给测功装置而达到检测目的。但是，根据国家相关技术规范的要求，汽车用底盘测功机自身需要具备相当的系统惯性以模拟汽车自重所带来的惯性。而盘式电涡流机的盘式转子由于自身质量较小，故在底盘测功机的应用中需要另配单独的飞轮系统以增加系统惯量来满足测试要求，而使底盘测功机的结构复杂化，导致其成本较高、维护困难。此外，盘式转子在转动的过程中风阻大，在测功过程中产生较大的寄生功率，即为盘式测功机在运转是功率损耗大，能耗较高，不具备良好的节能性能。
发明内容
本发明提供了一种转筒式电涡流机，以解决上述现有技术中底盘测功机的核心部件电涡流机系统惯量不足、寄生功率大、需要配合额外的飞轮系统才能满足汽车用底盘测功机应用要求的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种转筒式电涡流机，包括转筒式转子、置于转筒式转子内的定子、动力轴；所述转筒式转子包括滚筒体和与动力轴固定连接的扇轮，扇轮与滚筒体端部过盈配合；所述定子包括动力轴旋转配合的定子架、若干个固定于定子架上的铁芯、与铁芯数量相等且套于铁芯上的励磁线圈组件、与铁芯数量相等且固定于铁芯端面的磁轭；所述定子架轴向两侧的凹槽内由里向外均固定有轴承和防尘盖，定子架远离扇轮的一侧固定有若干个外部件固定块；所述固定有轴承和防尘盖的定子与动力轴间为旋转配合，并通过设置于动力轴上远离扇轮一侧的锁紧螺母约束于转筒式转子内。
本发明的工作原理和过程如下：
工作时，通过外置电流控制器有向励磁线圈通电以产生径向涡流环，径向涡流环的磁感线穿过磁轭，使磁轭磁化并在磁轭周围产生增强的固定磁场。动力轴在外接动力源的带动下转动，并带动与动力轴固定连接的转子转动，作为转子一部分的滚筒体同步转动，同时扇轮也随之转筒带动空气流动进行散热。转子转动过程中，被已有固定磁场磁感线穿过的滚筒体金属内部发生极化，使得滚筒体产生一个应激磁场，转动速度越快，涡流切割线速度越快，应激磁场越强。应激磁场和固定磁场相互间产生斥力，生成两个大小相同，方向相反阻力矩，并分别作用于滚筒体和定子。由于定子与动力轴间为旋转配合，定子能够在阻力矩的作用下绕轴发生旋转偏移，通过外接的带力传感器的阻力臂或其他类型的力测量设备，测算出阻力矩的大小，进而换算出动力源的转矩情况。
本技术方案调整了励磁线圈的布置方案，将原盘式电涡流机的轴向涡流环为径向涡流环，避免了轴向电流，增大了涡流切割半径，从而增强了电涡流效应，提高了电涡流机的响应灵敏度；使用转筒式转子替代了盘式转子，显著提高了电涡流机自身的转动惯量和涡流切割线速度，当其用作排放测功机的功率加载吸收装置时，无需另配惯量飞轮即可满足标准对系统惯量的要求，这明显简化了底盘测功机的结构；转筒结构相较于盘式结构，风阻明显减小，使得电涡流机工作时系统阻力小，故系统内耗小，远低于标准要求值，大大缩短了系统响应时间。
进一步地，所述动力轴转筒式转子一侧端部设有键槽。该键槽用于外部动力源的接入，如传入底盘测功机滚筒部件随检测车辆轮胎转动而生成的动力输出。因为与动力源直接连接，动力输入过程中损耗小，故更加精确地反映动力源的实际特征和变化。
进一步地，所述滚筒体采用高导磁耐热合金制造。由于电涡流机利用电涡流效应作为工作原理，在工作工程中消耗的能量以热能的形式释放，故长时工作下机体温度会明显上升。普通导磁金属在高温条件下，导礠能力衰退严重，容易造成电涡流机高温状态下失效。高导磁耐热合金因其高温下特性稳定，且磁导率的起始值和极大值高，使得本转筒式电涡流机的抗热衰退性能明显优于现有盘式电涡流机。
更进一步地，动力轴在定子和轴承包围内的轴体部分上设有轴承隔套。轴承隔离套的应用：第一、通过安装于轴承上的轴承隔套的限位作用，更加利于轴承的快速精确定位和稳固安装，这样既有助与动力轴、轴承和定子三者之间的稳定结合和运转，又有利于简化装配过程，以在节约装配工时的同时提高了旋转部件的装配质量；第二、减轻动力轴对电涡流机机体部件的磨损，使得进行检修时只需要对相对易损的动力轴进行维修或跟换，有效地保护了电涡流机机体，降低了维护成本。
更进一步地，所述滚动体外表面设有散热齿纹。散热齿纹的应用增大了滚筒体的外表面积，提高了滚筒体外表面与空气接触面积。作为扇轮风冷的辅助手段，其进一步提高了电涡流机的散热能力，有效地降低了机体温度，更好地优化了本电涡流机的抗热衰退性能。
优选地，所述散热齿纹为条状。条状齿纹既能大幅度地增加滚筒体的外表面积，保证了散热效果，同时易于加工，有效节约了制造成本。
特别地，还存在第二种工作模式：此工作模式原理不变，均为电涡流效应产生应激磁场，进而与固定磁场相互作用产生阻力矩。但工作过程有所变化：根据所需阻力矩调节通过激励线圈的电流大小，实现对动力源施加不同的阻力。通过这种模式，电涡流机可以提供行进阻力的系统化模拟，以协助对动力源在特定阻力环境下的变化进行检测和研究。
综上所述，本发明相较于现有技术的有益效果是：
(1)通过调整了励磁线圈的布置方案，将原盘式电涡流机的轴向涡流环为径向涡流环，避免了轴向电流，增大了涡流切割半径，从而增强了电涡流效应即增大了阻力矩，提高了电涡流机的响应灵敏度；
(2)通过使用转筒式转子替代了盘式转子，显著提高了电涡流机自身的转动惯量和涡流切割线速度，当其用作排放测功机的功率加载吸收装置时，无需另配惯量飞轮即可满足标准对系统惯量的要求，这明显简化了底盘测功机的结构；
(3)转筒结构相较于盘式结构，风阻明显减小，使得电涡流机工作时系统阻力小，故系统内耗小，远低于标准要求值，大大缩短了系统响应时间；
(4)通过高导磁耐热合金，使得本转筒式电涡流机的抗热衰退性能明显优于现有盘式电涡流机，保障了电涡流机在长时间工作下的高可靠性；
(5)通过散热齿纹进一步提高了电涡流机的散热能力，有效地降低了机体温度，更好地优化了本电涡流机的抗热衰退性能；
(6)通过转筒体结构本身优良的散热性能，加上半定子侧不封闭、转子侧为扇轮的开放式结构，增强了空气对流，充分简化了电涡流机的结构和缩小了电涡流机的体积，有效地避免了传统封闭式结构下因散热需要而增加水冷设备所造成的电涡流机体积庞大，维护困难的问题；
(7)通过动力轴接口尺寸的设计，允许具有不同强弱程度的动力源接入，显著扩大了电涡流机的动力适应范围，适用于各类轻型汽油车，轻，重型柴油车的排放测试，以及汽车油耗测定与底盘输出功率测试，还可作为客车及大型货车的辅助制动装置-缓速器用。
附图说明
图1实验例1中转筒式电涡流机的主视简图
图2实验例1中转筒式电涡流机的侧剖视简图
图3实验例1中转筒式电涡流机的吸收扭矩-转速曲线
图4实验例1中转筒式电涡流机的吸收功率-转速曲线
图5实验例2中转筒式电涡流机的主视简图
图6实验例2中转筒式电涡流机的侧剖视简图
图7实验例2中转筒式电涡流机的吸收扭矩-转速曲线
图8实验例2中转筒式电涡流机的吸收功率-转速曲线
图9实验例3中带测力臂的转筒式电涡流机的主视简图
图中标记为：1、滚筒体，2、磁轭，3、励磁线圈组件，4、扇轮，5、动力轴，5-1、轴承键槽，5-2、键槽，6、防尘盖，7、铁芯，8、轴承隔套，9、锁紧螺母，10、轴承，11、外部件固定块，12、定子架，13、散热齿纹，14、测力臂。
图3、4中，热态——最大励磁电流24A，1500r/min运行12min分钟后，转子温度大于600℃。
图7、8中，热态——最大励磁电流28.5A，1500r/min运行12min分钟后，转子温度大于600℃。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合图1～9和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1～2所示的的一种转筒式电涡流机，其适用于轻型汽油车排放测试用底盘测功机，包括转筒式转子、置于转筒式转子内的定子、动力轴5。转筒式转子包括采用高导磁耐热合金铸造的滚筒体1和与动力轴5通过轴承键槽5-1进行固定的扇轮4，扇轮4与滚筒体1端部环形内凹槽过盈配合。定子包括与动力轴5旋转配合的定子架12、4个均匀分布且固定于定子架12上的铁芯7、与铁芯7数量相等且套于铁芯7上的励磁线圈组件3、与铁芯7数量相等且固定于铁芯7端面的磁轭2。相邻铁芯7间关于轴心成90°夹角。励磁线圈组件由高导电率的绝缘漆皮铜线在线圈架上单层缠绕所得，同时留有引线与外部电流输入控制设备进行连接。定子架12轴向两侧的凹槽内由里向外均固定有轴承10和防尘盖6，定子架远离扇轮的一侧固定有4个可用于固定包括测力臂在内的测试用附加装置的外部件固定块11。固定有轴承10和防尘盖7的定子通过嵌于动力轴5和定子架12之间的轴承隔套8与动力轴5形成旋转配合，并通过设置于动力轴上远离扇轮一侧的锁紧螺母9约束于转筒式转子内。动力轴5转筒式转子一侧端部设键槽5-2，用于外部动力源的接入。滚动体1外表面设有散热齿纹13。
从图3、4和表1可知，本实施例所述的一种转筒式电涡流机各项参数都达到或优于国家标准和同行水平。其中，系统损耗为0.25kw(1000r/min)，远低于国家标准不大于1.5kW的要求。
表1实施例1中转筒式电涡流机的技术参数
| 最大扭矩 | Nm | 1000 |
| 最高转速 | r/min | 3200 |
| 额定吸收功率 | kW/1800rpm | 160 |
| 额定电压 | V/DC | 192 |
| 最大总电流 | A | 24 |
| 总电阻 | Ω | 8 |
| 转子的平衡精度 | -- | G6.3 |
| 转子的转动惯量 | kgm2 | 8.1 |
| 总质量 | kg | 285 |
实施例2
如图5～6所示的一种转筒式电涡流机，适用于重型柴油车排放测试用底盘测功机、性能测试用底盘测功机的，包括转筒式转子、置于转筒式转子内的定子、动力轴5。转筒式转子包括采用高导磁耐热合金铸造的滚筒体1和与动力轴5通过销孔配合固定的扇轮4，扇轮4与滚筒体1端部环形内凹槽通过螺栓紧固。定子包括动力轴旋转配合的定子架12、8个均匀分布且固定于定子架12上的铁芯7、与铁芯7数量相等且套于铁芯7上的励磁线圈组件3、与铁芯7数量相等且固定于铁芯7端面的磁轭2。相邻铁芯7间关于轴心成60°夹角。励磁线圈组件由高导电率的绝缘漆皮铜线在线圈架上蜂房式缠绕所得，同时留有引线与外部电流输入控制设备进行连接。定子架12两侧轴向凹槽内由里向外均固定有轴承10和防尘盖6，远离转筒式转子一侧固定有3个可用于包括测力臂在内的测试用附加装置的外部件固定块11。固定有轴承10和防尘盖7的定子通过轴承10的支撑作用与动力轴5形成旋转副约束，并通过设置于动力轴上远离转筒式转子的锁紧螺母9约束于转筒式转子内。动力轴5转筒式转子一侧端部设键槽5-2，用于外部动力源的接入。滚动体1外表面设有散热齿纹13。
从图7、8和表2所示，本实施例所述的一种转筒式电涡流机各项参数都达到或优于国家标准和同行水平。其中，系统损耗为0.30kw(600r/min)，远低于国家标准不大于1.5kW的要求。
表2实验例2中转筒式电涡流机的技术参数
| 最大扭矩 | Nm | 2500 |
| 最高转速 | r/min | 2500 |
| 额定吸收功率 | kW/1400rpm | 350 |
| 额定电压 | V/DC | 192 |
| 最大总电流 | A | 28.5 |
| 总电阻 | Ω | 6.7 |
| 转子的平衡精度 | -- | G6.3 |
| 转子的转动惯量 | kgm2 | 11.2 |
| 总质量 | kg | 330 |
实施例3
如图9所示的带有测力臂的一种转筒式电涡流机，其与实施例2中所述转筒式电涡流机的区别在于：在外部件固定块11上通过3枚螺栓固定有测力臂14。除上述区别外，本实施例中所述转筒式电涡流机的其它结构均与实施2相同，并且两者具有相同的技术参数。
测力臂是涡流机领域常见的一种力矩传输和测量机构，用于对涡流机工作时定子与转子间所产生阻力矩的测量。通过阻力臂，安装在底盘测功机上的转筒式电涡流机能够将通过动力轴得到的外部动力源信息以阻力矩的大小及变化的形式传递出来，供测试人员进一步计算还原得到被测动力源的转速、转矩、功率等情况，从而实现底盘测功机的功能要求。此外，在转筒式电涡流机用作行进阻力模拟时，也能够通过测力臂实现模拟阻力值大小及变化情况的监控，进而使测试人员或者测试程序能够正确地调整激励电流的大小和变化规律以得到准确的阻力模拟值。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种转筒式电涡流机，其特征在于：包括转筒式转子、置于转筒式转子内的定子、动力轴(5)；所述转筒式转子包括滚筒体(1)和与动力轴(5)固定连接的扇轮(4)，扇轮(4)与滚筒体(1)端部过盈配合；所述定子包括与动力轴(5)旋转配合的定子架(12)、若干个固定于定子架(12)上的铁芯(7)、与铁芯(7)数量相等且套于铁芯(7)上的励磁线圈组件(3)、与铁芯(7)数量相等且固定于铁芯(7)端面的磁轭(2)；所述定子架(12)轴向两侧的凹槽内由里向外均固定有轴承(10)和防尘盖(6)，所述定子架(12)远离扇轮的一侧固定有若干个外部件固定块(11)；固定有轴承(10)和防尘盖(7)的定子与动力轴(5)间为旋转配合，并通过设置于动力轴上远离扇轮一侧的锁紧螺母(9)约束于转筒式转子内。
2.根据权利要求1所述的一种转筒式电涡流机，其特征在于：所述动力轴(5)位于扇轮一侧的端部设有键槽(5-2)。
3.根据权利要求1所述的一种转筒式电涡流机，其特征在于：所述滚筒体(1)采用高导磁耐热合金制成。
4.根据权利要求1～3任一项的一种转筒式电涡流机，其特征在于：动力轴(5)在定子和轴承(10)包围内的轴体部分上设有轴承隔套(8)。
5.根据权利要求4所述的一种转筒式电涡流机，其特征在于：滚动体(1)外表面设有散热齿纹(13)。
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| CN110501170A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-11-26 | 洛阳合能电气有限公司 | 一种永磁同步电机直驱的外转子底盘测功机 |
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2018
- 2018-04-12 CN CN201810328410.7A patent/CN108535024A/zh active Pending
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