CN110850287A - 一种12万转高速永磁电机试验台测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种12万转高速永磁电机试验台测试装置，涉及电机试验台技术领域。本发明包括拖动系统、试验系统；所述拖动系统作为测试装置的动力源，使被试的试验电机(2)达到指定的转速，实现试验电机(2)的带转；所述试验系统用于提供试验电机(2)旋转所需的支撑结构，并提供直流负载，用于测试直流输出性能。本发明实现了一种12万转高速永磁电机试验台测试装置，能够实现测试电机在12万转以内的空载特性测试和不同转速、不同带载性能测试，以检验高速永磁电机是否满足有关技术要求的规定。

Description

一种12万转高速永磁电机试验台测试装置

技术领域

本发明涉及电机试验台技术领域，具体涉及一种12万转高速永磁电机试验台测试装置。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能向动能转换的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，是机械设备的动力源。

随着稀土应用技术的成熟，电机转速越来越向高转速方向发展，大量高速永磁电机被设计开发出来，其具有体积小、效率高、转速高等特点，在军工、航天、航空等领域大量使用，成为目前国际电机领域的研究热点。

高速电机的旋转速度高达每分钟数万转甚至十几万转，需要有专业的测试设备对高速电机的性能指标、技术参数、综合性能等进行测试，目前试验设备只针对10万转以下的高速电机进行测试，因此需要设计一种测试12万转高速电机性能的电机试验台，以便实现对其各项性能的实时动态的检验，为转速在12万转以内的高速永磁电机的研究、测试提供试验保障。

高速电机试验台方案采用背拖式方案，使用动力源拖动被试电机达到指定转速，同时试验台为被试电机提供负载并测试相关参数。

在动力源选择上有下述三种方案：

1)高速电主轴；

2)动力涡轮；

3)增速器。

其中，动力涡轮方案存在系统控制时间常数长，状态调节慢，同时还要配建高压气源，在小功率电机试验台已经被逐渐废弃。增速器方案存在电主轴选择容易，方便成熟，但高速增速器带来系统复杂，尤其是高速增速器寿命低，可靠性差。采用高速电主轴配高速联轴器直驱方案优点明显，系统动态稳态特性好，相应敏捷，无滞后，控制精度高，设计难点在于整体结构设计、高速电主轴选型及高速联轴器设计以及设备装调等方面。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现一种12万转高速永磁电机试验台测试装置。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种12万转高速永磁电机试验台测试装置，包括拖动系统、试验系统；

所述拖动系统作为测试装置的动力源，使被试的试验电机2达到指定的转速，实现试验电机2的带转；

所述试验系统用于提供试验电机2旋转所需的支撑结构，并提供直流负载，用于测试直流输出性能。

优选地，所述测控系统用于对测试装置及试验电机2的试验数据进行采集、处理、分析、显示和存储，用于试验结果判定。

优选地，所述辅助系统用于提供测试装置的滑油油路和加温设备。

优选地，所述测控系统还用于按照试验流程控制试验电机2旋转，并将旋转产生的交流电压转换为直流电压；

优选地，所述拖动系统包括电主轴1、电主轴伸出连接端3、试验电机伸出连接端4、弹膜联轴器套齿结构9，电主轴1一端面设有冷却水进口5、滑油进口6、冷却水出口7、滑油出口8；

电主轴1作为测试装置的动力源，电主轴1工作时，冷却水从冷却水进口5流入，从冷却水出口7流出，对电主轴1进行冷却；滑油从滑油进口6流入，从滑油出口8流出，对电主轴1进行润滑；电主轴伸出连接端3与试验电机伸出连接端4通过弹膜联轴器套齿结构9连接，实现测试装置的拖动功能。所述弹膜联轴器套齿结构9由内花键套齿、外花键套齿组成，通过内花键套齿、外花键套齿的啮合实现电主轴1和试验电机2的传动。

优选地，所述测控系统包括稳态数据采集子系统和动态数据采集子系统。稳态数据采集子系统用于完成测试装置及测试电机2上转速、温度、压力、流量及其它电信号等稳态参数的测量、存储、监视；动态数据采集子系统用于完成测试装置及试验电机2的振动、位移、高频交流电压等动态参数的测量、监视。

优选地，所述试验系统包括电主轴上板10、电主轴下板11、电主轴调节平台12、电机支架13、滑轨17、试验底板15、试验台底座16、电子负载模块；

采用电主轴上板10和电主轴下板11抱环的安装方式实现电主轴1的固定，电主轴上板10和电主轴下板11材料均为铝合金；

电机支架13用于模拟试验电机2正常工作时的传力支撑结构；

试验台底座16可移动式，试验台底座16底部设有垫块，可调节试验台底座16的高度和水平度；

电子负载模块用于实现试验电机2测试时对试验电机2施加阻性负载；

电主轴1固定在电主轴上板10和电主轴下板11上；在试验底板15上安装电主轴调节平台13，然后在电主轴调节平台13上安装电主轴下板11，完成电主轴1的安装；在试验底板15上安装电机支架13，再在电机支架13上安装试验电机2；

通过调节电主轴调节平台12的两个旋钮，实现电主轴1轴心和弹膜联轴器套齿结构9轴中心在同一条水平线上，完成弹膜联轴器套齿结构9对电主轴1和试验电机2的连接；

电机支架13底部采用V型设计，试验电机2的电机支架13和试验底板15通过V型导轨连接，电机支架13仅在试验底板15上沿轴向移动；

滑轨17安装在试验底板15上，滑轨17上有一个滑块14，它具有磁性，在滑块14上安装带有悬臂的磁性表座，悬臂上安装有千分表，通过滑动滑块14利用千分表检测试验系统沿轴系方向的跳动。

优选地，所述电主轴调节平台12包括上部平台121、调节高度方向的第一旋钮122、中部平台123、下部平台124、调节垂直于电主轴1轴线方向的第二旋钮125，电主轴调节平台12内部采用齿轮齿条的传动设计，实现电主轴1沿高度方向和垂直于电主轴1轴线方向的位置移动，逆时针旋转第一旋钮122，第一旋钮122上的齿轮带动上部平台121的齿条向上运动；顺时针旋转第一旋钮122，第一旋钮122上的齿轮带动上部平台121的齿条向下运动。逆时针旋转第二旋钮125，第二旋钮125上的齿轮带动中部平台123的齿条向后运动；顺时针旋转第二旋钮125，第二旋钮125上的齿轮带动上部平台121的齿条向前运动，完成位置的调节后，利用电主轴调节平台12上的锁紧装置完成电主轴调节平台12位置的固定。

优选地，所述试验底板15上设有所述V型导轨，使得当电机支架13安装在试验底板15上时，电机支架13只能沿试验底板15的前后方向移动，并不能沿试验底板15的上下和左右移动。

优选地，所述试验底板15上安装有2个滑轨17，滑轨17与试验底板15的V型导轨成对称分布，滑块14只在滑轨17上进行轴向滑动，可检测试验系统沿轴向的跳动；滑块14上也具有锁紧装置，滑块14滑动到一个位置时可锁紧固定，可检测电主轴1和试验电机2的轴、弹膜联轴器套齿结构9沿径向的跳动。

(三)有益效果

本发明实现了一种12万转高速永磁电机试验台测试装置，能够实现测试电机在12万转以内的空载特性测试和不同转速、不同带载性能测试，以检验高速永磁电机是否满足有关技术要求的规定。

附图说明

图1为本发明的12万转高速电机试验台测试装置的组成框图；

图2拖动系统及其与试验电机连接示意图；

图3为试验系统及其与其他部件连接示意图；

图4为电主轴调节平台示意图；

图5为试验系统的被测电机支架示意图；

图6为本发明的试验系统滑轨安装示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种12万转高速永磁电机试验台测试装置，包括拖动系统、试验系统、测控系统、辅助系统；

所述拖动系统作为测试装置的动力源，使被试的试验电机2达到指定的转速，实现试验电机2的带转；

所述试验系统用于提供试验电机2旋转所需的支撑结构，并提供直流负载，用于测试直流输出性能；

所述测控系统用于对测试装置及试验电机2的试验数据进行采集、处理、分析、显示和存储，用于试验结果判定；测控系统还用于按照试验流程控制试验电机2旋转，并将旋转产生的交流电压转换为直流电压；

所述辅助系统用于提供测试装置的滑油油路和加温设备。

具体地，拖动系统的主要技术指标为最高工作转速125000rpm，本发明动力源选用高速电主轴直驱方案，因此拖动系统主要采用如图2所示的电主轴驱动方案。拖动系统包括电主轴1、电主轴伸出连接端3、试验电机伸出连接端4、弹膜联轴器套齿结构9，电主轴1一端面设有冷却水进口5、滑油进口6、冷却水出口7、滑油出口8。

电主轴1作为测试装置的动力源，电主轴1工作时，冷却水从冷却水进口5流入，从冷却水出口7流出，对电主轴1进行冷却；滑油从滑油进口6流入，从滑油出口8流出，对电主轴1进行润滑；电主轴伸出连接端3与试验电机伸出连接端4通过弹膜联轴器套齿结构9连接，实现测试装置的拖动功能。所述弹膜联轴器套齿结构9由内花键套齿、外花键套齿组成，通过内花键套齿、外花键套齿的啮合实现电主轴1和试验电机2的传动。

测控系统包括稳态数据采集子系统和动态数据采集子系统。稳态数据采集子系统用于完成测试装置及测试电机2上转速、温度、压力、流量及其它电信号等稳态参数的测量、存储、监视；动态数据采集子系统用于完成测试装置及试验电机2的振动、位移、高频交流电压等动态参数的测量、监视。

电机试验时，测控系统通过稳态数据采集系统完成测试装置及试验电机2上转速、温度、压力、流量及其它电信号等稳态参数的测量、存储，并通过局域网内嵌计算机将采集的数据发送到稳态测量计算机上进行数据显示；通过动态数据采集子系统完成测试装置及试验电机2上振动、位移、高频交流电压等动态参数的测量、存储，并在内嵌计算机上进行动态数据及波形显示。

同时，测控系统也实现测试装置的操作和流程控制功能，并通过采集信号和开关信号实现测试装置及试验电机故障诊断和保护功能。

如图3所示，所述试验系统包括电主轴上板10、电主轴下板11、电主轴调节平台12、电机支架13、滑轨17、试验底板15、试验台底座16、电子负载模块。

由于电主轴1没有专用的接口，采用电主轴上板10和电主轴下板11抱环的安装方式实现电主轴1的固定，电主轴上板10和电主轴下板11材料均为铝合金，具有减震和冷却效果。电主轴1和试验电机2的固定装置安装和拆卸简单方便，也便于移动。

电机支架13用于模拟试验电机2正常工作时的传力支撑结构，使得整体结构的共振频率不会产生较大的变化，不会产生共振；

采用可移动式的试验台底座16代替传统的水泥底座支撑试验底板15，使得系统可移动，方便位置的更换，并且试验台底座16底部设有垫块，可调节试验台底座16的整体高度和水平度。

电子负载模块用于实现试验电机2测试时对试验电机2施加阻性负载，根据试验电机2测试要求，电子负载模块可按各种变串联组合成50W～3000W的负载，对试验电机2进行突加、突卸功能，控制方式为手动和自动两种模式。

测试装置在试验前，首先进行试验电机2电机轴和电主轴1的安装。把电主轴1固定在电主轴上板10和电主轴下板11上；然后在试验底板15上安装电主轴调节平台13，然后在电主轴调节平台13上安装电主轴下板11，完成电主轴1的安装；在试验底板15上安装电机支架13，再在电机支架13上安装试验电机2；安装完电主轴1和试验电机2后，电主轴1轴心和试验电机2轴心不在一条线了，无法通过弹膜联轴器套齿结构9完成电主轴1和试验电机2的连接，需要对电主轴1的位置进行调节，通过调节电主轴调节平台12的两个旋钮，实现电主轴1轴心和弹膜联轴器套齿结构9轴中心在同一条水平线上，完成弹膜联轴器套齿结构9对电主轴1和试验电机2的连接。考虑试验电机2复装性的要求，电机支架13底部采用V型设计，试验电机2的电机支架13和试验底板15通过V型导轨连接，电机支架13仅在试验底板15上沿轴向移动，安装下一个试验电机2时，电机支架13仅需要沿着V型导轨移动，轴线及中心高均不发生变化，无需二次对中。滑轨17上有一个滑块14，它具有磁性，在滑块14上安装带有悬臂的磁性表座，悬臂上安装有千分表，通过滑动滑块14利用千分表检测试验系统沿轴系方向的跳动，保证跳动在误差合理范围内。

电主轴调节平台12包括上部平台121、调节高度方向的第一旋钮122、中部平台123、下部平台124、调节垂直于电主轴1轴线方向的第二旋钮125，电主轴调节平台12内部采用齿轮齿条的传动设计，实现电主轴1沿高度方向和垂直于电主轴1轴线方向的位置移动。逆时针旋转第一旋钮122，第一旋钮122上的齿轮带动上部平台121的齿条向上运动；顺时针旋转第一旋钮122，第一旋钮122上的齿轮带动上部平台121的齿条向下运动。逆时针旋转第二旋钮125，第二旋钮125上的齿轮带动中部平台123的齿条向后运动；顺时针旋转第二旋钮125，第二旋钮125上的齿轮带动上部平台121的齿条向前运动。完成位置的调节后，利用电主轴调节平台12上的锁紧装置完成电主轴调节平台12位置的固定。

如图5所示，试验底板15上设有所述V型导轨，使得当电机支架13安装在试验底板15上时，电机支架13只能沿试验底板15的前后方向移动，并不能沿试验底板15的上下和左右移动。因此当电主轴1和试验电机2利用电主轴1完成连接后，需要进行下一个试验电机2测试时，仅需要把电机支架13沿轴向往外移动，使试验电机2脱离弹膜联轴器套齿结构9，拆下试验电机2，安装上新的试验电机2，再把电机支架13沿轴向往里移动，试验电机2的轴线及中心高均不发生变化，无需二次对中即可完成试验电机2和弹膜联轴器套齿结构9的连接，最后固定好电机支架13，即可进行下一次试验。此更换过程不需要调节电主轴调节平台12，仅需要移动电机支架13沿轴向的位置，此方案省时省力，方便进行大批量电机试验。

如图6所示，试验底板15上安装有2个滑轨17，滑轨17与试验底板15的V型导轨成对称分布，滑块14只在滑轨17上进行轴向滑动，可检测试验系统沿轴向的跳动；滑块14上也具有锁紧装置，滑块14滑动到某一个位置时可锁紧固定，可检测电主轴1和试验电机2的轴、弹膜联轴器套齿结构9沿径向的跳动。

试验电机2的定子安装在试验系统上，转子和拖动系统连接，通过拖动系统带动转子在不同的转速工作，电机支架13便于和转子进行装拆，也便于移动。

试验系统通过高速联轴节与试验电机2的转子连接，保证整个轴系可在100000rpm～125000rpm连续工作，并且试验系统振动不大于15g。

辅助系统包括油冷却系统、水冷系统，实现拖动系统、试验电机2的冷却、润滑等，能够对油进行加热和冷却，范围20℃～150℃，油流量0～10L/min。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种12万转高速永磁电机试验台测试装置，其特征在于，包括拖动系统、试验系统；

所述拖动系统作为测试装置的动力源，使被试的试验电机(2)达到指定的转速，实现试验电机(2)的带转；

所述试验系统用于提供试验电机(2)旋转所需的支撑结构，并提供直流负载，用于测试直流输出性能。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测控系统用于对测试装置及试验电机(2)的试验数据进行采集、处理、分析、显示和存储，用于试验结果判定。

3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述辅助系统用于提供测试装置的滑油油路和加温设备。

4.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述测控系统还用于按照试验流程控制试验电机(2)旋转，并将旋转产生的交流电压转换为直流电压。

5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述拖动系统包括电主轴(1)、电主轴伸出连接端(3)、试验电机伸出连接端(4)、弹膜联轴器套齿结构(9)，电主轴(1)一端面设有冷却水进口(5)、滑油进口(6)、冷却水出口(7)、滑油出口(8)；

电主轴(1)作为测试装置的动力源，电主轴(1)工作时，冷却水从冷却水进口(5)流入，从冷却水出口(7)流出，对电主轴(1)进行冷却；滑油从滑油进口(6)流入，从滑油出口(8)流出，对电主轴(1)进行润滑；电主轴伸出连接端(3)与试验电机伸出连接端(4)通过弹膜联轴器套齿结构(9)连接，实现测试装置的拖动功能，所述弹膜联轴器套齿结构(9)由内花键套齿、外花键套齿组成，通过内花键套齿、外花键套齿的啮合实现电主轴(1)和试验电机(2)的传动。

6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测控系统包括稳态数据采集子系统和动态数据采集子系统。稳态数据采集子系统用于完成测试装置及测试电机(2)上转速、温度、压力、流量及其它电信号等稳态参数的测量、存储、监视；动态数据采集子系统用于完成测试装置及试验电机(2)的振动、位移、高频交流电压等动态参数的测量、监视。

7.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述试验系统包括电主轴上板(10)、电主轴下板(11)、电主轴调节平台(12)、电机支架(13)、滑轨(17)、试验底板(15)、试验台底座(16)、电子负载模块；

采用电主轴上板(10)和电主轴下板(11)抱环的安装方式实现电主轴(1)的固定；

电机支架(13)用于模拟试验电机(2)正常工作时的传力支撑结构；

电子负载模块用于实现试验电机(2)测试时对试验电机(2)施加阻性负载；

电主轴(1)固定在电主轴上板(10)和电主轴下板(11)上；在试验底板(15)上安装电主轴调节平台(13)，然后在电主轴调节平台(13)上安装电主轴下板(11)；在试验底板(15)上安装电机支架(13)，再在电机支架(13)上安装试验电机(2)；

通过调节电主轴调节平台(12)的两个旋钮，实现电主轴(1)轴心和弹膜联轴器套齿结构(9)轴中心在同一条水平线上，完成弹膜联轴器套齿结构(9)对电主轴(1)和试验电机(2)的连接；

电机支架(13)底部采用V型设计，试验电机(2)的电机支架(13)和试验底板(15)通过V型导轨连接，电机支架(13)仅在试验底板(15)上沿轴向移动；

滑轨(17)安装在试验底板(15)上，滑轨(17)上有一个滑块(14)，它具有磁性，在滑块(14)上安装带有悬臂的磁性表座，悬臂上安装有千分表，通过滑动滑块(14)利用千分表检测试验系统沿轴系方向的跳动。

8.如权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述电主轴调节平台(12)包括上部平台(121)、调节高度方向的第一旋钮(122)、中部平台(123)、下部平台(124)、调节垂直于电主轴(1)轴线方向的第二旋钮(125)，电主轴调节平台(12)内部采用齿轮齿条的传动设计，实现电主轴(1)沿高度方向和垂直于电主轴(1)轴线方向的位置移动，逆时针旋转第一旋钮(122)，第一旋钮(122)上的齿轮带动上部平台(121)的齿条向上运动；顺时针旋转第一旋钮(122)，第一旋钮(122)上的齿轮带动上部平台(121)的齿条向下运动，逆时针旋转第二旋钮(125)，第二旋钮(125)上的齿轮带动中部平台(123)的齿条向后运动；顺时针旋转第二旋钮(125)，第二旋钮(125)上的齿轮带动上部平台(121)的齿条向前运动，完成位置的调节后，利用电主轴调节平台(12)上的锁紧装置完成电主轴调节平台(12)位置的固定。

9.如权利要求8所述的测试装置，其特征在于，所述试验底板(15)上设有所述V型导轨，使得当电机支架(13)安装在试验底板()15)上时，电机支架(13)只能沿试验底板(15)的前后方向移动，并不能沿试验底板(15)的上下和左右移动。

10.如权利要求9所述的测试装置，其特征在于，所述滑轨(17)与试验底板(15)的V型导轨成对称分布，滑块(14)只在滑轨(17)上进行轴向滑动，可检测试验系统沿轴向的跳动。

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