CN111103078A - 一种盘式结构的永磁测功设备和测功方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式结构的永磁测功设备和测功方法，永磁测功设备包括：定子总成，所述定子总成安装在底座上；转子总成，所述转子总成的主轴连接待测设备的动力输出轴；所述定子总成设置导体盘，所述转子总成设置永磁体；或者，所述定子总成设置永磁体，所述转子总成设置导体盘；转子总成和定子总成发生相对旋转时，永磁体与导体盘通过磁场相互作用并对转子总成提供制动力。与液力测功机对比，本发明永磁测功设备不会发生漏液问题，提高测试场地的环境整洁程度；与电力测功器相比，仅包括底座、定子总成和转子总成极大简化了设备的零部件组成数量和零部件自身的复杂程度。

Description

一种盘式结构的永磁测功设备和测功方法

技术领域

本发明属于功率测试设备技术领域，特别是涉及一种盘式结构的永磁测功设备，以及一种利用盘式结构的永磁测功设备实现的测功方法。

背景技术

测功器用于测量机械的输出扭矩或驱动扭矩。如果同时测得机械的转速，还可算出机械的输出功率或驱动功率。测功器主要用来测定发电机、电动机、内燃机、燃气轮机和泵等机械的轴功率特性。测功器有机械式、水力式、电力式和电涡流式。

机械式测功器结构简单，但因摩擦系数不稳定等缺点已很少使用。液力测功器是利用转动的水轮与壳体内水之间的摩擦吸收被测机械的功率。使用时，将水轮与被测机械轴联接起来，使之带动水轮转动。自由地支承在轴承上的测功器外壳，在水摩擦力作用下，也随之转动，通过测力机构可测出在定子力臂点上的制动力。电力测功器既能测机械的有效输出功率，又能测机械的驱动功率。测量输出功率时，将测功器转子与被测机械联接起来，机械能变成电能而发电。直流测功器的电能消耗在外部的电阻器上。交流测功器发出的电可反送到电流网路上。液力测功机使用过程中存在容易漏液的问题，电力测功器结构复杂，成本较高。上述缺点影响了测功器的推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种盘式结构的永磁测功设备和测功方法，以解决技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种盘式结构的永磁测功设备和测功方法，其包括：定子总成，所述定子总成安装在底座上；转子总成，所述转子总成的主轴连接待测设备的动力输出轴；所述定子总成设置导体盘，所述转子总成设置永磁体；或者，所述定子总成设置永磁体，所述转子总成设置导体盘；转子总成和定子总成发生相对旋转时，永磁体与导体盘通过磁场相互作用并对转子总成提供制动力。

本发明如上所述的盘式结构的永磁测功设备，进一步，所述底座包括支撑装置、导轨支架和定子导轨，导轨支架通过支撑装置固定连接在底座上；定子导轨连接在两个导轨支架之间；所述定子总成包括导体盘，导体盘的外缘设置滑块；定子驱动组件连接所述定子总成的导体盘，利用定子驱动组件驱动所述滑块在定子导轨上滑动以调节导体盘与转子总成的距离。

本发明如上所述的盘式结构的永磁测功设备，进一步，所述定子总成包括第一定子总成和第二定子总成，所述第一定子总成设置在转子总成的一侧，所述第二定子总成设置在转子总成的另一侧。

本发明如上所述的盘式结构的永磁测功设备，进一步，还包括定子同步组件，所述定子同步组件包括第一齿条、第二齿条、齿轮安装板和齿轮；齿轮安装板固定在定子导轨上，齿轮通过销轴安装在齿轮安装板上；第一齿条连接第一定子总成，第二齿条连接第二定子总成，第一齿条与齿轮啮合连接，第二齿条与齿轮啮合连接；定子驱动组件连接第一定子总成的导体盘；或者，定子驱动组件连接第二定子总成的导体盘。

本发明如上所述的盘式结构的永磁测功设备，进一步，所述定子总成的导体盘内部设置冷却液腔，导体盘连接用于输送冷却液至冷却液腔的液冷管路。

本发明如上所述的盘式结构的永磁测功设备，进一步，所述定子驱动组件包括滚珠丝杠，所述滚珠丝杠连接推板，所述推板连接导向杆，所述导向杆与定子总成的导体盘连接。

本发明如上所述的盘式结构的永磁测功设备，进一步，所述转子总成的导体盘表面设置散热翅片。

一种测功方法，包括以下步骤：步骤1，将待测设备的动力输出轴连接至盘式结构的永磁测功设备的主轴；与主轴连接转子总成，在永磁测功设备的底座上设置定子总成，所述转子总成或定子总成之一设置永磁体，未设置永磁体的转子总成或定子总成设置导体盘；步骤2，启动待测设备，使动力输出轴带动主轴和转子总成转动，转子总成与定子总成之间发生相对运动，由于穿过导体盘内磁场的变化使其内部产生电涡流，从而产生制动力，消耗功率，最终通过风或液体等介质将热量带走。

本发明如上所述的测功方法，优选地，通过控制永磁体与导体盘之间的距离，调节导体盘产生的制动力矩，从而达到调节和测试待测设备功率的目的。

利用上述永磁测功设备进行待测设备功率测试的方法包括以下步骤：步骤1，将待测设备的动力输出轴连接至永磁测功设备的主轴；步骤2，启动待测设备，使动力输出轴带动主轴和转子总成转动，转子总成与定子总成之间发生相对运动，由于导体盘内磁场的变化使其内部产生电涡流，利用导体盘的热效应消耗待测功设备的做功。与液力测功机对比，本发明永磁测功设备不会发生漏液问题，提高测试场地的环境整洁程度；与电力测功器相比，仅包括底座、定子总成和转子总成极大简化了设备的零部件组成数量和零部件自身的复杂程度，生产投入市场后能够以更低的售价出售。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明一种实施例的盘式结构的永磁测功设备示意图；

图2为本发明一种实施例的转子总成示意图；

图3为本发明一种实施例的定子总成示意图；

图4为本发明一种实施例的定子同步组件示意图；

图5为图4的A-A剖面示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、底座，2、支撑装置，21、第一定子导轨，22、第二定子导轨，23、导轨支架，3、转子总成，31、主轴，32、磁钢盘连接法兰，33、磁钢盘，34、第一轴承，35、第二轴承，36、键槽，4、定子总成，41、液冷管路，42、导体盘，43、冷却液腔，44、滑块，5、定子同步组件，51、第一齿条，52、第二齿条，53、齿轮，54、销轴，55、齿轮安装板，56、滑动套筒，57、挡圈，58、垫圈，6、定子驱动组件，61、耳板，62、导向杆，63、滑动轴承，64、推板，65、滚珠丝杠。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的盘式结构的永磁测功设备和测功方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1示出本发明一种实施例的盘式结构的永磁测功设备，其包括：定子总成4，定子总成4安装在底座1上；转子总成3，转子总成3的主轴31连接待测设备的动力输出轴；定子总成4设置导体盘42，转子总成3设置永磁体；或者，定子总成4设置永磁体，转子总成3设置导体盘42；转子总成3和定子总成4发生相对旋转时，永磁体与导体盘42通过磁场相互作用并对转子总成3提供制动力。

利用上述实施例的永磁测功设备进行待测设备功率测试的方法包括以下步骤：步骤1，将待测设备的动力输出轴连接至永磁测功设备的主轴31；步骤2，启动待测设备，使动力输出轴带动主轴31和转子总成3转动，转子总成3与定子总成4之间发生相对运动，由于导体盘42内磁场的变化使其内部产生电涡流，利用导体盘42的热效应消耗待测功设备的做功。与液力测功机对比，本发明永磁测功设备不会发生漏液问题，提高测试场地的环境整洁程度；与电力测功器相比，仅包括底座、定子总成和转子总成极大简化了设备的零部件组成数量和零部件自身的复杂程度，生产投入市场后能够以更低的售价出售。

在一种优选的盘式结构的永磁测功设备实施例中，底座1包括支撑装置2、导轨支架23和定子导轨，导轨支架23通过支撑装置2固定连接在底座1上；定子导轨连接在两个导轨支架23之间；定子总成4包括导体盘42，导体盘42的外缘设置滑块44；定子驱动组件6连接定子总成4的导体盘42，利用定子驱动组件6驱动滑块44在定子导轨上滑动以调节导体盘42与转子总成3的距离。结合图4所示，定子导轨包括相互平行间隔设置的第一定子导轨21和第二定子导轨22，二者构成一组定子导轨，图1示出的实施例中，示出了三组定子导轨，分别设置在两个导轨支架之间。与此对应的导体盘42的外缘设置的滑块44数量为三个，滑块位置与对应的定子导轨位置适应。利用上述结构的定子导轨与导体盘之间的配合，能够使导体盘在移动时行进更稳定，避免受力不均导致倾斜或卡位问题。通过控制永磁体与导体盘之间的距离大小，调节导体盘产生的反向磁场的强弱，调节主轴对待测功设备的动力输出轴的制动力矩，提高了测功设备适用于不同的待测设备。

在一种优选的盘式结构的永磁测功设备实施例中，如图3所示，定子总成4包括第一定子总成4和第二定子总成4，第一定子总成4设置在转子总成3的一侧，第二定子总成4设置在转子总成3的另一侧。为了实现第一定子总成和第二定子总成与转子总成距离的调节，需要设置两套定子驱动组件用以驱动定子总成沿导轨移动。

发明人发现，上述设置两套定子驱动组件的结构存在难以控制两套定子驱动组件完全同步移动并控制与转子总成间距，对上述测功设备进一步改进，如图3所示，还包括定子同步组件5，定子同步组件5包括第一齿条51、第二齿条52、齿轮安装板55和齿轮53；齿轮安装板55固定在定子导轨上，齿轮53通过销轴54安装在齿轮安装板55上；第一齿条51连接第一定子总成4，第二齿条52连接第二定子总成4，第一齿条51与齿轮53啮合连接，第二齿条52与齿轮53啮合连接；定子驱动组件6连接第一定子总成4的导体盘42；或者，定子驱动组件6连接第二定子总成4的导体盘42。以定子驱动组件连接第一定子总成的导体盘为例，定子驱动组件的驱动力传递至第一定子总成，进而通过第一齿条传递至齿轮，齿轮转动时驱动第二齿条，进一步利用第二齿条同步的驱动第二定子总成，由于齿条的移动距离相同，且移动方向相反，因而能够实现定子总成的完全同步移动。在图5示出的具体实施例中，定子同步组件5还包括滑动套筒56和垫圈58，滑动套筒56设置在齿轮53与销轴54之间，用于降低齿轮与销轴之间的摩擦力。垫圈58设置在齿轮53的两侧，位于齿轮53与齿轮安装板55之间，用于降低齿轮53与齿轮安装板55之间的摩擦力。安装齿轮时，销轴54穿过齿轮安装板55并利用挡圈57和螺栓固定。

由于待测设备输出的功率，通过电磁作用在导体盘内转换为热量，该热量如果不尽快散发，将导致导体盘温度急剧上升，进一步使距离导体盘较近的永磁体温度上升，当温度超过永磁体的耐受温度时将导致永磁体磁性能下降，影响测功设备的使用。一种解决方案是定子总成4的导体盘42内部设置冷却液腔43，导体盘42连接用于输送冷却液至冷却液腔43的液冷管路41。冷却液由进液冷却管路流入进入冷却液腔，带走导体盘内的热量后由进液冷却管路流出。也可以在定子总成上设置散热翅片，但由于定子总成在测试过程中静止，散热效果较差。另一种解决方案是转子总成3的导体盘42表面设置散热翅片，由于在功率测试过程中，转子总成处于旋转状态，将导体盘设置在转子总成，能够充分利用其旋转运动来带动散热翅片旋转，在散热翅片旋转过程中将来自导体盘的热量散发到空气中。需要注意，必须将导体盘设置在转子总成并在导体盘上设置散热翅片，才能实现上述功能。

在一种优选的盘式结构的永磁测功设备实施例中，转子总成3包括主轴31、钢盘和永磁体，永磁体固定在钢盘上，主轴31垂直穿过钢盘并与钢盘固定连接。结合图2所示，钢盘和永磁体构成磁钢盘33，磁钢盘中部开孔，主轴31和磁钢盘连接法兰32垂直连接，利用螺栓连接磁钢盘连接法兰32和磁钢盘33，主轴31的第一端部安装第一轴承34，第二端部安装第二轴承35，主轴连接待测设备的一端设置键槽36，磁钢盘33位于第一轴承34和第二轴承35之间。在一种优选的实施例中，永磁体的外部设置防护罩，防护罩覆盖永磁体并与钢盘连接，利用防护罩防护永磁体能够避免永磁体在恶劣工作环境(灰尘、潮湿等)损坏。

在一种优选的盘式结构的永磁测功设备实施例中，如图3所示，定子驱动组件6包括滚珠丝杠65，滚珠丝杠65连接推板64，推板64连接导向杆62，导向杆62与定子总成4的导体盘42连接。在导轨支架23上设置滑动轴承63供导向杆62穿过能够降低导向杆与导轨支架之间的摩擦力。为了便于导向杆62与定子总成的连接，在定子总成的导体盘侧面设置带孔的耳板61，利用螺栓或销轴将导向杆与耳板连接。

本发明实施例还涉及一种测功方法，包括以下步骤：步骤1，将待测设备的动力输出轴连接至盘式结构的永磁测功设备的主轴31；与主轴31连接转子总成3，在永磁测功设备的底座1上设置定子总成4，转子总成3或定子总成4之一设置永磁体，未设置永磁体的转子总成3或定子总成4设置导体盘42；步骤2，启动待测设备，使动力输出轴带动主轴31和转子总成3转动，转子总成3与定子总成4之间发生相对运动，由于穿过导体盘42内磁场的变化使其内部产生电涡流，从而产生制动力，消耗功率，最终通过风或液体等介质将热量带走。此外，通过控制永磁体与导体盘42之间的距离，调节导体盘42产生的制动力矩，从而达到调节和测试待测设备功率的目的。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (9)

1.一种盘式结构的永磁测功设备，其特征在于，包括：定子总成(4)，所述定子总成(4)安装在底座(1)上；转子总成(3)，所述转子总成(3)的主轴(31)连接待测设备的动力输出轴；所述定子总成(4)设置导体盘(42)，所述转子总成(3)设置永磁体；或者，所述定子总成(4)设置永磁体，所述转子总成(3)设置导体盘(42)；转子总成(3)和定子总成(4)发生相对旋转时，永磁体与导体盘(42)通过磁场相互作用并对转子总成(3)提供制动力。

2.根据权利要求1所述的盘式结构的永磁测功设备，其特征在于，所述底座(1)包括支撑装置(2)、导轨支架(23)和定子导轨，导轨支架(23)通过支撑装置(2)固定连接在底座(1)上；定子导轨连接在两个导轨支架(23)之间；所述定子总成(4)包括导体盘(42)，导体盘(42)的外缘设置滑块(44)；定子驱动组件(6)连接所述定子总成(4)的导体盘(42)，利用定子驱动组件(6)驱动所述滑块(44)在定子导轨上滑动以调节导体盘(42)与转子总成(3)的距离。

3.根据权利要求2所述的盘式结构的永磁测功设备，其特征在于，所述定子总成(4)包括第一定子总成(4)和第二定子总成(4)，所述第一定子总成(4)设置在转子总成(3)的一侧，所述第二定子总成(4)设置在转子总成(3)的另一侧。

4.根据权利要求3所述的盘式结构的永磁测功设备，其其特征在于，还包括定子同步组件(5)，所述定子同步组件(5)包括第一齿条(51)、第二齿条(52)、齿轮安装板(55)和齿轮(53)；齿轮安装板(55)固定在定子导轨上，齿轮(53)通过销轴(54)安装在齿轮安装板(55)上；第一齿条(51)连接第一定子总成(4)，第二齿条(52)连接第二定子总成(4)，第一齿条(51)与齿轮(53)啮合连接，第二齿条(52)与齿轮(53)啮合连接；定子驱动组件(6)连接第一定子总成(4)的导体盘(42)；或者，定子驱动组件(6)连接第二定子总成(4)的导体盘(42)。

5.根据权利要求2-4任一项所述的盘式结构的永磁测功设备，其特征在于，所述定子总成(4)的导体盘(42)内部设置冷却液腔(43)，导体盘(42)连接用于输送冷却液至冷却液腔(43)的液冷管路(41)。

6.根据权利要求2-4任一项所述的盘式结构的永磁测功设备，其特征在于，所述定子驱动组件(6)包括滚珠丝杠(65)，所述滚珠丝杠(65)连接推板(64)，所述推板(64)连接导向杆(62)，所述导向杆(62)与定子总成(4)的导体盘(42)连接。

7.根据权利要求1所述的盘式结构的永磁测功设备，其特征在于，所述转子总成(3)的导体盘(42)表面设置散热翅片。

8.一种测功方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将待测设备的动力输出轴连接至盘式结构的永磁测功设备的主轴(31)；与主轴(31)连接转子总成(3)，在永磁测功设备的底座(1)上设置定子总成(4)，所述转子总成(3)或定子总成(4)之一设置永磁体，未设置永磁体的转子总成(3)或定子总成(4)设置导体盘(42)；步骤2，启动待测设备，使动力输出轴带动主轴(31)和转子总成(3)转动，转子总成(3)与定子总成(4)之间发生相对运动，由于穿过导体盘(42)内磁场的变化使其内部产生电涡流，从而产生制动力，消耗功率，最终通过风或液体等介质将热量带走。

9.根据权利要求8所述的测功方法，其特征在于，通过控制永磁体与导体盘(42)之间的距离，调节导体盘(42)产生的制动力矩，从而达到调节和测试待测设备功率的目的。

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