CN110763491B - 一种8字线圈性能综合测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种8字线圈性能综合测试平台，其特征在于，包括：永磁体或超导线圈、旋转机构、动力机构、位移调节及测量机构、三轴力传感器、位置传感器和编码器。本发明实施例提供了一种8字线圈性能综合测试平台，能够实现在和实际8字线圈工作状况相近的情况下，将直线运动近似化为旋转运动克服8字线圈的测试对试验场地的限制，而且可以方便地获取8字线圈相对超导线圈(或永磁体)在不同横向和法向偏移程度下的力特性以及其它重要的性能指标。

Description

一种8字线圈性能综合测试平台

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种8字线圈性能综合测试平台。

背景技术

现阶段电动悬浮成为高速乃至超高速磁悬浮列车的首要选择，其中8字线圈在增大浮阻比和减少电力损耗方面显示出巨大优势，而且8字线圈能够提供磁悬浮列车运行所需的悬浮力与导向力。如图1和图2所示，分别为磁悬浮列车中推进线圈、8字线圈以及超导线圈(也可用永磁体)的示意图以及8字线圈的结构示意图，超导线圈和8字线圈相互作用产生悬浮力、导向力以及阻碍列车运行的磁阻力。在磁悬浮列车的运行过程中，车体会相对导轨出现法向和横向偏移，从而对列车的推进系统、悬浮系统以及导向系统的控制产生影响。为此，需要对8字线圈在不同程度的法向和横向偏移程度下进行全面测试，以便预知由8字线圈产生的磁阻力、悬浮力和导向力的变化趋势，从而为8字线圈的控制打下基础。

对8字线圈构建直线运动的试验平台所需场地巨大，而且在直线运动试验平台上连续获取磁阻力、悬浮力和导向力的数据也有相当大的困难。因为，直线运动试验台需要在地面上大面积铺设8字线圈，而且给载有永磁体(或超导线圈)的车体供电也会造成实验装置的异常复杂。

商用的基于电动悬浮原理的磁悬浮列车速度至少达到了400km/h以上，致使对8字线圈构建直线运动的试验平台所需场地巨大，并且在直线运动试验平台上连续获取磁阻力、悬浮力和导向力的数据也有相当大的困难。此外，获取8字线圈在牵引状态下的三维力特性以及其他性能指标也使得直线运动试验平台结构更加复杂。

因此，需要特殊装置在和实际8字线圈工作状况相近的情况下获取8字线圈相对超导线圈(或永磁体)在不同横向和法向偏移程度下的力特性以及其它的性能指标

发明内容

本发明的实施例提供了一种8字线圈性能综合测试平台，在和实际8字线圈工作状况相近的情况下，将直线运动近似化为旋转运动克服8字线圈的测试对试验场地的限制，而且可以方便地获取8字线圈相对超导线圈(或永磁体)在不同横向和法向偏移程度下的力特性以及其它重要的性能指标。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种8字线圈性能综合测试平台，包括：永磁体或超导线圈、旋转机构、动力机构、位移调节及测量机构、三轴力传感器、位置传感器和编码器；

所述永磁体或超导线圈与8字线圈相对设置，所述8字线圈嵌于所述旋转机构；

所述旋转机构与所述动力机构连接，所述动力机构为旋转机构提供原动力，使旋转机构做高速旋转运动；

所述位移调节及测量机构，用于调节和测量永磁体或超导线圈相对8字线圈的偏移距离，其与所述三轴力传感器固定连接；

所述三轴力传感器固定于永磁体或超导线圈表面，用于测量永磁体或超导线圈所受的磁阻力、悬浮力以及导向力；

所述位置传感器安装于所述旋转机构上，用于测量所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的位置；

所述编码器安装于所述动力机构上，用于测量8字线圈相对于所述永磁体或超导线圈的速度。

优选地，所述动力机构包括：旋转感应电机和变流器；

所述变流器与旋转感应电机连接，控制旋转感应电机模拟磁浮列车相对于8字线圈的不同工况；

所述旋转感应电机与旋转机构连接。

优选地，所述旋转机构为一顶部开口，底部封闭的环形滚筒，所述8字线圈和位置传感器嵌于环形滚筒的内表面；

所述旋转感应电机通过联轴器与所述环形滚筒同轴连接。

优选地，所述位移调节及测量机构包括：垂向伸缩调节杆、横向伸缩调节杆、固定杆、位移传感器A和位移传感器B，所述三轴力传感器固定于垂向伸缩调节杆，所述垂向伸缩调节杆与横向伸缩调节杆垂直连接，所述垂向伸缩调节杆与所述环形滚筒的轴平行；

所述垂向伸缩调节杆上开设有第一条形槽，所述第一条形槽的长度方向和垂向伸缩调节杆的长度方向一致，所述垂向伸缩调节杆通过第一条形槽和固定螺栓A与所述横向伸缩调节杆固定连接，调节所述固定螺栓A在第一条形槽的位置从而调节所述永磁体或超导线圈相对8字线圈垂直方向的偏移距离；

所述横向伸缩调节杆上开设有第二条形槽，所述第二条形槽的长度方向和横向伸缩调节杆的长度方向一致，所述横向伸缩调节杆通过第二条形槽和固定螺栓B与所述固定杆固定连接，调节所述固定螺栓B在第二条形槽的位置从而调节所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的气隙距离；

所述位移传感器A和位移传感器B固定于所述垂向伸缩调节杆的底部，所述位移传感器A用于测量所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的气隙距离，所述位移传感器B用于测量所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的垂直方向的偏移距离。

优选地，所述旋转机构采用不导电不导磁材料。

优选地，所述8字线圈和位置传感器分别为n个，每个位置传感器对应一个8字线圈。

优选地，所述8字线圈为不同规格。

优选地，所述位置传感器为霍尔传感器，所述编码器为光电编码器。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种8字线圈性能综合测试平台，主要应用于大功率电动悬浮系统中8字线圈产品的设计以及测试阶段。该测试平台不仅能够全面测试8字线圈在不同气隙以及法向偏移距离下的悬浮力、导向力和磁阻力，而且将原先的直线运动变为旋转运动，克服了8字线圈测试对大范围试验场地的要求。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为磁悬浮列车中推进线圈、8字线圈以及超导线圈的示意图；

图2为8字线圈的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种8字线圈性能综合测试平台示意图；

图4为本发明实施例提供的一种8字线圈性能综合测试平台结构示意图；

图5为三轴力传感器与位移传感器的安装位置示意图。

附图标记：

1、环形滚筒；2、8字线圈；3、旋转感应电机；4、变流器；5、位置传感器；6、编码器；7、三轴力传感器；8、联轴器；9、垂向伸缩调节杆；10、横向伸缩调节杆；11、固定杆；12、位移传感器A；13、位移传感器B；14、固定螺栓A；15、固定螺栓B；16、第一条形槽；17、第二条形槽；18、固定孔；19、永磁体(或超导线圈)

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供的一种8字线圈性能综合测试平台，如图3-5所述，包括：永磁体(或超导线圈)19、旋转机构、动力机构、位移调节及测量机构、位置传感器5、编码器6和三轴力传感器7，其中，本实施例中位置传感器5采用霍尔传感器，编码器6采用光电编码器。

永磁体(或超导线圈)19与8字线圈2相对设置。

动力机构包括：旋转感应电机3和变流器4，变流器4与旋转感应电机3连接，变流器4用于控制旋转感应电机3，从而使得8字线圈2相对永磁体(或超导线圈)19做近似直线运动。变流器可以通过恰当的控制，模拟车体(即永磁体或超导线圈)的不同工况。

旋转机构为一顶部开口，底部封闭的环形滚筒1，环形滚筒1采用不导电不导磁材料，其内表面嵌有n个8字线圈嵌2和n个霍尔传感器6，每个霍尔传感器对应测量一个8字线圈相对永磁体(或超导线圈)的位置。

旋转感应电机3通过联轴器与环形滚筒1底部同轴连接，给环形滚筒1提供原动力，使环形滚筒1做高速旋转运动。在测试装置工作时，嵌有8字线圈2的环形滚筒1做高速旋转运动，等效成载有永磁体(或超导线圈)的车体相对于处于地面的静止的8字线圈做高速直线运动的情形。旋转感应电机3的转轴上还安装有光电编码器6，主要用于测量8字线圈2相对于永磁体(或超导线圈)19的速度。

此外，可以在环形滚筒的内表面嵌入不同形状的8字线圈，使得一次试验可以得到在同一工况下不同8字线圈的性能指标，方便比较。对于尺寸规模差异较大的8字线圈，可以配套做成多种不同规格的滚筒。通过对不同规格滚筒的拆卸来达到测试尺寸规格差异较大的8字线圈性能指标的目的。

三轴力传感器7固定于永磁体(或超导线圈)19的表面，并与位移调节机构固定连接，用于测量永磁体(或超导线圈)所受的磁阻力、悬浮力以及导向力。

位移调节及测量机构，用于调节和测量永磁体或超导线圈相对8字线圈的偏移距离，包括：垂向伸缩调节杆9、横向伸缩调节杆10、固定杆11、位移传感器A12和位移传感器B13。三轴力传感器7固定于垂向伸缩调节杆9，位移传感器A和位移传感器B固定于垂向伸缩调节杆的底部。垂向伸缩调节杆9与横向伸缩调节杆10垂直连接，且与环形滚筒1的轴平行。垂向伸缩调节杆9上开设有第一条形槽16，第一条形槽16的长度方向和垂向伸缩调节杆9的长度方向一致，垂向伸缩调节杆9通过第一条形槽16和固定螺栓A与横向伸缩调节杆10固定连接，调节固定螺栓A14在第一条形槽16的位置从而调节永磁体(或超导线圈)19相对8字线圈2垂直方向的偏移距离，实际偏移距离可以通过位置传感器B读出。横向伸缩调节杆10上开设有第二条形槽17，第二条形槽17的长度方向和横向伸缩调节杆10的长度方向一致，横向伸缩调节杆10通过第二条形槽17和固定螺栓B15与固定杆11固定连接，固定杆11通过固定孔18与外部固定连接。调节固定螺栓B15在第二条形槽17的位置从而调节永磁体(或超导线圈)19相对8字线圈2的气隙距离，并且可以通过位置传感器A读出。

该实施例提供了一种8字线圈性能综合测试平台的检测过程如下：

(1)悬浮力、导向力和磁阻力的检测

永磁体(或超导线圈)19与垂向伸缩调节杆9通过三轴力传感器7连接，如图5所示。当永磁体(或超导线圈)19相对8字线圈2发生相对运动时，三轴力传感器7所测信号通过变送器校正为标准信号，送入采集装置进行显示或记录。

(2)8字线圈与永磁体(或超导线圈)相对位置的调节

永磁体(或超导线圈)19通过垂向伸缩调节杆9和横向伸缩调节杆10与固定杆11实现连接。永磁体(或超导线圈)19与8字线圈2的相对位置可以通过固定螺栓A14和固定螺栓B15来调节。调节垂向伸缩调节杆9和横向伸缩调节杆10的位置可以改变永磁体(或超导线圈)19相对8字线圈2的偏移程度，并且能够通过位置传感器B13进行显示；调节横向伸缩调节杆10和固定杆11的位置可以改变永磁体(或超导线圈)19相对8字线圈2的气隙大小，并且能够通过位置传感器A12进行显示。

综上所述，本发明实施例通过使内嵌有8字线圈的环形滚筒做高速旋转运动，实现测试工况全面。并且，可以任意调节8字线圈与永磁体(或超导线圈)的位置关系，满足8字线圈需要测试不同偏移程度下的三维力特性和其它性能指标的要求。本发明还能够获取悬浮力、导向力和磁阻力和8字线圈与永磁体(或超导线圈)相对位置关系的暂态曲线，有利于分析8字线圈的特性并指导8字线圈的设计。对于尺寸规模相近但设计参数不一致的8字线圈可以同时嵌入环形滚筒，并一次性地获得不同设计参数的8字线圈在同一工况下的实验结果，方便比较；对于尺寸规模较大的8字线圈可以通过直接更换相应的环形滚筒即可，避免了在原有环形滚筒上直接更换8字线圈的繁琐。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种8字线圈性能综合测试平台，其特征在于，包括：永磁体或超导线圈、旋转机构、动力机构、位移调节及测量机构、三轴力传感器、位置传感器和编码器；

所述永磁体或超导线圈与8字线圈相对设置，所述8字线圈嵌于所述旋转机构，所述8字线圈为n个，不同设计参数的8字线圈同时嵌入旋转机构，使得一次试验得到在同一工况下不同8字线圈的性能参数；

所述旋转机构与所述动力机构连接，所述动力机构为旋转机构提供原动力，使旋转机构做高速旋转运动；

所述位移调节及测量机构，用于调节和测量永磁体或超导线圈相对8字线圈的偏移距离，其与所述三轴力传感器固定连接；

所述三轴力传感器固定于永磁体或超导线圈表面，用于测量永磁体或超导线圈所受的磁阻力、悬浮力以及导向力；

所述位置传感器安装于所述旋转机构上，用于测量所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的位置；

所述编码器安装于所述动力机构上，用于测量8字线圈相对于所述永磁体或超导线圈的速度；

所述动力机构包括：旋转感应电机和变流器；

所述变流器与旋转感应电机连接，控制旋转感应电机模拟磁浮列车相对于8字线圈的不同工况；

所述旋转感应电机与旋转机构连接；

所述旋转机构为一顶部开口，底部封闭的环形滚筒，所述8字线圈和位置传感器嵌于环形滚筒的内表面；

所述旋转感应电机通过联轴器与所述环形滚筒同轴连接；

所述位移调节及测量机构包括：垂向伸缩调节杆、横向伸缩调节杆、固定杆、位移传感器A和位移传感器B，所述三轴力传感器固定于垂向伸缩调节杆，所述垂向伸缩调节杆与横向伸缩调节杆垂直连接，所述垂向伸缩调节杆与所述环形滚筒的轴平行；

所述垂向伸缩调节杆上开设有第一条形槽，所述第一条形槽的长度方向和垂向伸缩调节杆的长度方向一致，所述垂向伸缩调节杆通过第一条形槽和固定螺栓A与所述横向伸缩调节杆固定连接，调节所述固定螺栓A在第一条形槽的位置从而调节所述永磁体或超导线圈相对8字线圈垂直方向的偏移距离；

所述横向伸缩调节杆上开设有第二条形槽，所述第二条形槽的长度方向和横向伸缩调节杆的长度方向一致，所述横向伸缩调节杆通过第二条形槽和固定螺栓B与所述固定杆固定连接，调节所述固定螺栓B在第二条形槽的位置从而调节所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的气隙距离；

所述位移传感器A和位移传感器B固定于所述垂向伸缩调节杆的底部，所述位移传感器A用于测量所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的气隙距离，所述位移传感器B用于测量所述永磁体或超导线圈相对8字线圈的垂直方向的偏移距离。

2.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，所述旋转机构采用不导电不导磁材料。

3.根据权利要求1或2所述的测试平台，其特征在于，所述位置传感器为n个，每个位置传感器对应一个8字线圈。

4.根据权利要求1所述的测试平台，其特征在于，所述位置传感器为霍尔传感器，所述编码器为光电编码器。

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