CN110672289A - 径向磁轴承刚度测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁悬浮轴承技术领域，提供了一种径向磁轴承刚度测试装置，该测试装置包括用于布置待测径向磁轴承的轴承固定装置，所述待测径向磁轴承与所述轴承固定装置在竖直面上转动连接，还包括竖直布置的Z向滑轨，所述Z向滑轨上滑动连接有用于布置转子的转子固定装置，所述转子固定装置与所述转子的外周之间连接有力传感器，所述力传感器与所述转子之间的作用力方向处于竖直方向上且作用力方向垂直于所述转子的轴心线。通过力传感器可准确采集电磁线圈通入电流时对转子产生的作用力，根据作用力对应电流大小和转子位移高度即可精确计算得出待测径向磁轴承的电流刚度和位移刚度。
Description
技术领域
本发明属于磁悬浮轴承技术领域，特别涉及一种径向磁轴承刚度测试装置。
背景技术
小型电机是最常见的将电能转化为机械能的形式，在家用电器和工业领域具有广泛的应用。传统的电机主要包括电机定子部分、电机转子部分、转子支撑轴承以及机壳部分，电机定子部分与电机转子部分之间通过机械轴承联接或存在机械接触，因此电子转子运动过程中存在机械摩擦。机械摩擦在一定程度上会减少转子的转速，同时机械摩擦会产生噪声、磨损元件、产生热量及造成其他负面问题，最终缩短电机使用寿命，因此，为了实现超高转速运行和设备的长寿命、清洁无油必须在电机中采用非接触式支撑方式，即磁悬浮支撑方式。
磁悬浮电机中会采用径向磁轴承去完成转子的径向限位，径向磁轴承刚度是一项重要的设计参数，它决定了径向磁轴承的许多控制参数。现有测试方案：装在整机里测量，但是在整机装配之前无法知道径向磁轴承刚度是否合格，如果不合格，则要从整机里拆下径向磁轴承，每次拆装都会降低机械精度，而且拆装一次耗时长；也有专利CN 106840668 A一种磁悬浮轴承的刚度测试装置及测试方法中记载的方案，但是其中转子固定，需要定子左右移动来测试径向磁轴承刚度，测量值中包含摩擦力的因素，测量精度不高，而且摩擦力大小无法确定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种径向磁轴承刚度测试装置，确保能快速精确的测量出径向磁轴承的刚度参数。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种径向磁轴承刚度测试装置，包括用于布置待测径向磁轴承的轴承固定装置，所述待测径向磁轴承与所述轴承固定装置在竖直面上转动连接，还包括竖直布置的Z向滑轨，所述Z向滑轨上滑动连接有用于布置转子的转子固定装置，所述转子固定装置与所述转子的外周之间连接有力传感器，所述力传感器与所述转子之间的作用力方向处于竖直方向上且作用力方向垂直于所述转子的轴心线。
可选的，所述轴承固定装置为由竖直段和水平段构成的L型板，所述待测径向磁轴承与所述竖直段转动连接，所述Z向滑轨布置于所述水平段上。
可选的，所述水平段上水平布置有X向滑轨，所述X向滑轨与所述待测径向磁轴承的轴向平行，所述Z向滑轨滑动连接于所述X向滑轨上。
可选的，所述水平段上水平布置有与所述X向滑轨垂直的Y向滑轨，所述X向滑轨滑动连接于所述Y向滑轨上。
可选的，所述转子固定装置包括布置于所述转子上方的顶板，所述力传感器布置于所述顶板与所述转子之间，所述顶板的一侧边向下延伸设置有与所述转子的端面平行布置的侧板，所述侧板与所述Z向滑轨滑动连接，所述侧板上设置有与所述转子在竖直方向上构成滑动配合的限位块。
可选的，还包括用于检测所述转子在竖直方向上位移变化的位移传感器。
可选的，所述轴承固定装置的水平段上设置有安装支架，所述安装支架处于所述转子的下方，所述位移传感器布置于所述安装支架上。
可选的，所述待测径向磁轴承与所述轴承固定装置之间设置有过渡连接件，所述过渡连接件包括与所述轴承固定装置转动连接的固定圆盘，所述待测径向磁轴承同轴布置于所述固定圆盘上。
可选的，所述固定圆盘上均匀开设有多个凹槽，所述凹槽的长度方向处于所述固定圆盘的径向，所述凹槽内滑动连接有卡块，所述卡块相对所述固定圆盘的表面凸出，所述待测径向磁轴承布置于多个所述卡块之间，所述固定圆盘上设置有用于固定卡块的锁紧装置。
可选的，所述锁紧装置包括同轴布置于所述固定圆盘的外周的支撑环，所述支撑环与所述固定圆盘之间连接有径条，所述支撑环上设置有多个处于所述固定圆盘径向上的螺杆，所述螺杆抵触至所述卡块的外端。
与现有技术相比，本申请设置了轴承固定装置用于承载待测径向磁轴承，并且相对可以调节待测径向磁轴承的转动角度，以便于检测待测径向磁轴承上的两对磁极，本申请还设置了Z向滑轨便于调节转子竖直方向的位置，同时本申请转子是水平布置的，转子与力传感器仅在竖直方向上受力，力传感器的测量方向与重力方向相同，可以通过标定传感器将转子重力作为系统误差进行消除，即通过力传感器即可准确采集电磁线圈通入电流时对转子产生的作用力，其中采集的作用力不会受到任何摩擦力的影响，根据作用力对应电流大小和转子位移高度即可精确计算得出待测径向磁轴承的电流刚度和位移刚度。
附图说明
图1为本发明立体示意图一；
图2为本发明立体示意图二；
图3为本发明立体示意图三，轴承固定装置未显示；
图4为固定圆盘与待测径向磁轴承配合示意图；
图5为固定圆盘与待测径向磁轴承配合主视图。
附图标记：
1、待测径向磁轴承；2、轴承固定装置；21、固定圆盘；22、凹槽；23、卡块；24、支撑环；25、径条；26、螺杆；3、转子；4、转子固定装置；41、顶板；42、侧板；43、限位块；5、力传感器；6、位移传感器；7、Z向滑轨；8、X向滑轨；9、Y向滑轨；10、安装支架。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供了一种径向磁轴承刚度测试装置，包括用于布置待测径向磁轴承1的轴承固定装置2，采用轴承固定装置2将待测径向磁轴承1固定，待测径向磁轴承1的圆周上包括相互垂直的两对磁极，转动待测径向磁轴承1使得其中一对磁极处于竖直方向上，转子固定装置4通过力传感器5使得转子3处于水平方向上且转子3的轴心线与待测径向磁轴承1的轴心线共处同一竖直面，可以通过转子固定装置4与Z向滑轨7在竖直方向上的滑动配合调整转子3上移或下移；
测量电流刚度时，转子3的轴心线与待测径向磁轴承1的轴心线共线，对待测径向磁轴承1通入不同的电流I，对应记录此时力传感器5测得的各个输出值FI，电流刚度KI＝FI/I；随后再调整转子3上移或下移，记录在不同位移下待测径向磁轴承1的电流刚度；然后对上述各组电流刚度进行拟合；
测量位移刚度时，对待测径向磁轴承1通入恒定的电流，在竖直方向上使得转子3上移或下移记录位移S，对应记录此时力传感器5测得的各个输出值FS，位移刚度KS＝FS/S；随后再改变通入的电流，记录在不同电流下待测径向磁轴承1的位移刚度；然后对上述各组位移刚度进行拟合；
随后转动待测径向磁轴承1，使得下一对磁极处于竖直方向上，测量其电流刚度及位移刚度。
与现有技术相比，本申请设置了轴承固定装置2用于承载待测径向磁轴承1，并且相对可以调节待测径向磁轴承1的转动角度，以便于检测待测径向磁轴承1上的两对磁极，本申请还设置了Z向滑轨7便于调节转子3竖直方向的位置，同时本申请转子3是水平布置的，转子3与力传感器5仅在竖直方向上受力，力传感器5的测量方向与重力方向相同，可以通过标定传感器将转子重力作为系统误差进行消除，即通过力传感器5即可准确采集电磁线圈通入电流时对转子3产生的作用力，其中采集的作用力不会受到任何摩擦力的影响，根据作用力对应电流大小和转子3位移高度即可精确计算得出待测径向磁轴承1的电流刚度和位移刚度。
在一些实施例中，如图1、图2和图3所示，轴承固定装置2为由竖直段和水平段构成的L型板，如此可以方便的将待测径向磁轴承1转动布置于竖直段上，将Z向滑轨7布置于水平段上，当然上述L型板的布置形式仅仅只是作为支撑基座将上述各部件布置成一个整体式的结构。
在一些实施例中，如图1、图2和图3所示，在测试前首先确保X向滑轨8与待测径向磁轴承1的轴向平行且共处同一竖直面，随后测试时Z向滑轨7相对X向滑轨8移动可以调节转子3伸入或伸出待测径向磁轴承1的内腔，转子固定装置4相对Z向滑轨7移动可以调节转子3上移或下移。
在一些实施例中，如图1、图2和图3所示，水平段上水平布置有与X向滑轨8垂直的Y向滑轨9，X向滑轨8滑动连接于Y向滑轨9上；X向滑轨8、Y向滑轨9及Z向滑轨7构成一个三维位移平台，通过其相互的滑动连接关系，调节转子3与待测径向磁轴承1的相对位置。
在一些实施例中，如图3所示，转子固定装置4包括布置于转子3上方的顶板41，顶板41的一侧边向下延伸设置有与转子3的端面平行布置的侧板42，力传感器5自顶板41向下延伸布置，力传感器5的下端与转子3垂直连接，力传感器5精确检测出转子3在竖直方向受到的作用力，侧板42与Z向滑轨7滑动连接，侧板42上设置有与转子3在竖直方向上构成滑动配合的限位块43；通电时待测径向磁轴承1会对转子3伸进内腔的一端施加作用力，而此时力传感器5的测力点是在转子3的中段位置，此时会产生力矩，限位块43的设置是为了消除力矩，进一步的限定转子3在竖直方向上受力，确保力传感器5精确的采集转子3的受力，当然转子3与限位块43可能会产生摩擦力，但是此摩擦力极小可忽略不计。
在一些实施例中，如图3所示，还设置有用于检测转子3在竖直方向上位移变化的位移传感器6，位移传感器6布置于安装支架10上，通过Z向滑轨7调整转子3在竖直方向上移动时，位移传感器6记录此时的位移变化，便于准确的计算出刚度参数。
在一些实施例中，如图4所示，待测径向磁轴承1直接与轴承固定装置2进行转动连接实现较为复杂，所以首先将待测径向磁轴承1固定于固定圆盘21上，固定圆盘21通过转轴再与轴承固定装置2转动连接，如此实现待测径向磁轴承1的转动角度调节。
在一些实施例中，如图4所示，采用卡块23的形式固定待测径向磁轴承1，在调节待测径向磁轴承1转动时，待测径向磁轴承1固定于固定圆盘21上，固定圆盘21与轴承固定装置2的竖直段转动连接，通过直接旋转固定圆盘21调节待测径向磁轴承1的转动角度；另外本申请采用卡块23与凹槽22配合的形式能装载不同尺寸的待测径向磁轴承1，便于进行测试。
在一些实施例中，如图5所示，本申请中的凹槽22的截面形状为“凸”字型，对应的卡块23与凹槽22配合，如此使得卡块23相对凹槽22不会轻易脱出，卡块23部分相对凹槽22突出，卡块23的内端抵触待测径向磁轴承1的外周面，固定圆盘21的外周设置有支撑环24，支撑环24上沿径向螺纹连接有螺杆26，螺杆26的抵触至卡块23的外端，如此实现紧紧的锁住待测径向磁轴承1，通过旋动螺杆26与滑动卡块23可相应的固定不同尺寸的待测径向磁轴承1，提高了本申请测试装置的适用性。当然本申请还可以采用其他形式固定待测径向磁轴承1，最常规的是采用辅助连接件及螺栓的方式将待测径向磁轴承1固定于固定圆盘21上，但是采用此种方式较为复杂，不能实现快速拆卸待测径向磁轴承1，且不能方便实现不同尺寸的待测径向磁轴承1的快速拆装更换。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：包括用于布置待测径向磁轴承(1)的轴承固定装置(2)，所述待测径向磁轴承(1)与所述轴承固定装置(2)在竖直面上转动连接，还包括竖直布置的Z向滑轨(7)，所述Z向滑轨(7)上滑动连接有用于布置转子(3)的转子固定装置(4)，所述转子固定装置(4)与所述转子(3)的外周之间连接有力传感器(5)，所述力传感器(5)与所述转子(3)之间的作用力方向处于竖直方向上且作用力方向垂直于所述转子(3)的轴心线。
2.根据权利要求1所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述轴承固定装置(2)为由竖直段和水平段构成的L型板，所述待测径向磁轴承(1)与所述竖直段转动连接，所述Z向滑轨(7)布置于所述水平段上。
3.根据权利要求2所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述水平段上水平布置有X向滑轨(8)，所述X向滑轨(8)与所述待测径向磁轴承(1)的轴向平行，所述Z向滑轨(7)滑动连接于所述X向滑轨(8)上。
4.根据权利要求3所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述水平段上水平布置有与所述X向滑轨(8)垂直的Y向滑轨(9)，所述X向滑轨(8)滑动连接于所述Y向滑轨(9)上。
5.根据权利要求1所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述转子固定装置(4)包括布置于所述转子(3)上方的顶板(41)，所述力传感器(5)布置于所述顶板(41)与所述转子(3)之间，所述顶板(41)的一侧边向下延伸设置有与所述转子(3)的端面平行布置的侧板(42)，所述侧板(42)与所述Z向滑轨(7)滑动连接，所述侧板(42)上设置有与所述转子(3)在竖直方向上构成滑动配合的限位块(43)。
6.根据权利要求2所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：还包括用于检测所述转子(3)在竖直方向上位移变化的位移传感器(6)。
7.根据权利要求6所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述轴承固定装置(2)的水平段上设置有安装支架(10)，所述安装支架(10)处于所述转子(3)的下方，所述位移传感器(6)布置于所述安装支架(10)上。
8.根据权利要求1所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述待测径向磁轴承(1)与所述轴承固定装置(2)之间设置有过渡连接件，所述过渡连接件为与所述轴承固定装置(2)转动连接的固定圆盘(21)，所述待测径向磁轴承(1)同轴布置于所述固定圆盘(21)上。
9.根据权利要求8所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述固定圆盘(21)上均匀开设有多个凹槽(22)，所述凹槽(22)的长度方向处于所述固定圆盘(21)的径向，所述凹槽(22)内滑动连接有卡块(23)，所述卡块(23)相对所述固定圆盘(21)的表面凸出，所述待测径向磁轴承(1)布置于多个所述卡块(23)之间，所述固定圆盘(21)上设置有用于固定卡块(23)的锁紧装置。
10.根据权利要求9所述的径向磁轴承刚度测试装置，其特征在于：所述锁紧装置包括同轴布置于所述固定圆盘(21)的外周的支撑环(24)，所述支撑环(24)与所述固定圆盘(21)之间连接有径条(25)，所述支撑环(24)上设置有多个处于所述固定圆盘(21)径向上的螺杆(26)，所述螺杆(26)抵触至所述卡块(23)上。
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| CN201911030176.0A CN110672289A (zh) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | 径向磁轴承刚度测试装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111238811A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-05 | 人本集团有限公司 | 用于检测滚柱轴承径向承载能力的检测装置 |
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2019
- 2019-10-28 CN CN201911030176.0A patent/CN110672289A/zh active Pending
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