CN113188817A - 一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超导电动悬浮仿真装置，具体为一种超导电动悬浮控制开发辅助平台，分为转子、支架和定子。转子部分使用永磁体作为磁极，模拟车辆超导磁极，永磁体安装在不锈钢转子上，然后热套于转轴上；可通过传动端轴头与负载相连，实现负载工况下的推力特性测试；同时在非传动端安装的旋转变压器，可配合调试并验证牵引控制程序。支架部分和两端的端盖、轴承单元配合，起到支撑、保护作用的同时不影响磁场传递。定子部分通过直线导轨与支架连接，可实现轴向滑动，和两侧的压板及微型压力传感器配合可实现轴向悬浮力的测量；可调节定子轴向位置，与转子磁极形成轴向相对位移，可测量不同位置时悬浮力的大小；可实现不同转速下悬浮力大小的测试。
Description
技术领域
本发明涉及超导电动悬浮仿真装置，具体为一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台。
背景技术
随着轨道交通技术往更高速度的不断发展，传统的轮轨关系轨交形式已无法满足日益提高的车速需求，磁悬浮技术作为目前唯一能够突破500km/h的陆地轨交技术，正越来越受到重视，电磁悬浮、超导电动悬浮、超导钉扎悬浮等各种制式的磁浮试验车辆相继出现，其中超导电动悬浮因其能够实现自稳定悬浮且悬浮高度高等特点，是近年来磁浮技术研究的热点。但是由于磁浮轨道交通特有的直线拓扑，导致其磁力系统的力学特性验证极其困难，方案开发周期长，试验线投资较大、线路较长，且试验线一经落成，方案很难更改。目前急需一种能够对设计方案进行快速验证、控制软件快速调试且方案调整灵活，便于迭代的开发辅助平台。
国内现有的电动悬浮技术研究大都停留在原理验证阶段，比如专利一种电动悬浮原理演示装置，仅通过旋转的8字线圈实现永磁磁体的悬浮，用以展示电动悬浮原理，并无任何测试、验证功能。又如专利一种悬浮推进一体化旋转平台，虽然将悬浮和推进系统集合到同一平台下，但是仅能用来验证悬浮推进耦合能力或单独验证悬浮系统能力，对推进系统的控制及其在负载情况下的运动特性无法进行调试、测量及验证。
发明内容
本发明提供了一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，集悬浮力、推力测试、反馈于一体，可同时实现控制软件调试的开发辅助平台。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，包括转子、支架和定子；
转子包括转轴、转子铁心和磁钢，
支架为筒状结构，支架两端分别设置有传动端端盖和非传动端端盖，传动端端盖上设置有传动端轴承单元，非传动端端盖上设置有非传动端轴承单元，支架与传动端端盖、非传动端端盖及传动端轴承单元、非传动端轴承单元配合起到支撑转子及保护的作用；
定子包含定子机座、无源8字线圈和电机绕组，无源8字线圈、电机绕组分内外层分别安装在定子机座内，支架中间部分位于定子机座内，且支架与定子机座同轴，定子机座和支架中间部分之间通过直线导轨连接，定子机座相对于支架能够轴向滑动，从而调节无源8字线圈与转子的中心线相对位置；
在传动端，支架和定子机座之间夹设有第一压板，在非传动端，支架和定子机座之间夹设有第二压板，第一压板上安装有微型压力传感器，支架的传动端和非传动端都设置有固定螺杆，固定螺杆上配套有固定螺母，固定螺杆的尾端抵住压板。
该平台传动端轴头可通过联轴节拖动扭矩传感器和负载，实现扭矩测量进而推算推力大小，实现负载工况下的推力特性测试；同时在非传动端安装旋转变压器，可实现空间位置波形的测量，模拟实际运行工况，配合调试并验证推进控制程序；定子部分通过直线导轨与支架连接，可实现轴向滑动，并通过两侧的压板和固定螺杆将定子部分轴向固定，微型压力传感器配合可实现轴向悬浮力的测量；可调节定子轴向位置，与转子磁极形成轴向相对位移，可测量不同相对位置时悬浮力的大小；可实现不同转速下悬浮力大小的测试。
上述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，转轴由高强度合金钢锻造加工制作，转子铁心由不锈钢材料焊接加工制作，后热套到转轴上，起支撑磁钢的作用；磁钢粘接于转子铁心上。
上述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，转速高时磁钢还可通过无纬带绑扎固定。
上述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，支架由碳纤维材料制作，两端端盖由钢板焊接加工制作，轴承单元部件由钢材锻造加工制作，轴承选用非绝缘轴承。
上述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，定子机座由钢材加工制作，内部设有两层线圈的固定卡槽及槽楔固定槽；电机绕组安装在定子机座的外层卡槽上，通过电机绕组槽楔固定，无源8字线圈安装在定子机座的内层卡槽上，通过8字线圈槽楔固定。
上述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，无源8字线圈由扁铜线绕制，电机绕组为同心式单层绕组，由扁铜线绕制。
上述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，定子机座两侧开有通风孔，试验时在电机侧面布置冷却风扇，实现绕组散热，电机绕组引出线从通风孔引入接线盒中。
本发明技术方案带来的有益效果为：本发明可实现不同电机方案的力学动态性能测试以及不同方案的控制策略调试；整体方案调整灵活，资金投入少，具有良好的应用价值。
附图说明
图1为本发明的方案剖面图。
图2为本发明的三维视图。
图3为本发明的三维剖视图。
图中：1-转轴，2-转子铁心，3-磁钢，4-支架，5-传动端端盖，6-传动端轴承单元，7-第一压板，8-直线导轨，9-定子机座，10-无源8字线圈，11-电机绕组，12-电机绕组槽楔，13-8字线圈槽楔，14-第二压板，15-非传动端端盖，16-非传动端轴承单元，17-旋转变压器，18-微型压力传感器，19-固定螺母，20-固定螺杆，21-接线盒。
具体实施方式
本发明主要由转子、支架和定子三个主要部分构成。
转子包含转轴1，转子铁心2和磁钢3。其中转轴1由高强度合金钢锻造加工制作，转子铁心2由不锈钢材料焊接加工制作，后热套到转轴上，主要起支撑磁钢3的作用；磁钢3粘接于转子铁心2上，转速高时还可通过无纬带绑扎固定，转子部分使用永磁体作为磁极，模拟车辆超导磁极。转子非传动端侧安装有旋转变压器17，用于收集转速信号和转子位置信号，从而匹配调节推进控制软件。转子传动端通过轴头可拖动负载机组，从而实现动态特性测量。
支架4由碳纤维材料制作，两端端盖由钢板焊接加工制作，轴承单元部件由钢材锻造加工制作，轴承选用非绝缘轴承即可。支架4与传动端端盖5、非传动端端盖15及传动端轴承单元6、非传动端轴承单元16配合起到支撑转子及保护的作用，起到支撑、保护作用的同时不影响磁场传递，同时不影响磁场传递。
定子包含定子机座9、无源8字线圈10、电机绕组11，定子机座由钢材加工制作，内部设有两层线圈的固定卡槽及槽楔固定槽。电机绕组11为同心式单层绕组，由扁铜线绕制，安装在定子机座的卡槽上，通过电机绕组槽楔12固定，引出线从通风孔引入接线盒21中，提供旋转磁场，实现牵引动力。无源8字线圈10由扁铜线绕制，安装在定子机座的内层卡槽上，通过内层8字线圈槽楔13固定，与转子磁极配合产生悬浮力。定子两侧开有通风孔，试验时在电机侧面布置冷却风扇，可实现绕组散热。
定子和支架4之间通过直线导轨8连接，定子相对于支架4能够轴向滑动，从而调节8字线圈10与转子的中心线相对位置。支架4和定子轴向方向通过第一压板7和第二压板14固定，其中第一压板7上安装有微型压力传感器18，电机运行后，可通过微型压力传感器18测量定子轴向受力（即悬浮力）大小。第一压板7和第二压板14通过固定螺母19和固定螺杆20实现位置调节与固定。
本发明解决了以下技术问题：
1、验证推进、悬浮系统力学特性仿真计算的准确性，辅助改进仿真算法；
2、实现推进、悬浮系统耦合一体的特性验证；
3、实现8字线圈与运动磁极不同相对位置、不同运动速度下悬浮力的测量，辅助掌握悬浮系统动态特性；
4、实现推进系统负载条件下动态特性测试；
5、实现推进控制系统的地面调试功能，缩短控制系统调试周期；
6、旋转变压器、8字线圈、电机绕组组成的测试系统可实现空间位置波形的测量，模拟实际运行工况；
7、方案可灵活调整，实现方案的快速验证。
Claims (7)
1.一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：包括转子、支架和定子；
转子包括转轴（1）、转子铁心（2）和磁钢（3），
支架（4）为筒状结构，支架（4）两端分别设置有传动端端盖（5）和非传动端端盖（15），传动端端盖（5）上设置有传动端轴承单元（6），非传动端端盖（15）上设置有非传动端轴承单元（16），支架（4）与传动端端盖（5）、非传动端端盖（15）以及传动端轴承单元（6）、非传动端轴承单元（16）配合起到支撑转子及保护的作用；
定子包含定子机座（9）、无源8字线圈（10）和电机绕组（11），无源8字线圈（10）、电机绕组（11）分内外层分别安装在定子机座（9）内，支架（4）中间部分位于定子机座（9）内，且支架（4）与定子机座（9）同轴，定子机座（9）和支架（4）中间部分之间通过直线导轨（8）连接，定子机座（9）相对于支架（4）能够轴向滑动；
在传动端，支架（4）和定子机座（9）之间夹设有第一压板（7），在非传动端，支架（4）和定子机座（9）之间夹设有第二压板（14），第一压板（7）上安装有微型压力传感器（18），支架（4）的传动端和非传动端都设置有固定螺杆（20），固定螺杆（20）上配套有固定螺母（19），固定螺杆（20）的尾端抵住压板。
2.根据权利要求1所述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：转轴（1）由高强度合金钢锻造加工制作，转子铁心（2）由不锈钢材料焊接加工制作，后热套到转轴上，起支撑磁钢（3）的作用；磁钢（3）粘接于转子铁心（2）上。
3.根据权利要求2所述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：转速高时磁钢（3）还可通过无纬带绑扎固定。
4.根据权利要求2或3所述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：支架（4）由碳纤维材料制作，两端端盖由钢板焊接加工制作，轴承单元部件由钢材锻造加工制作，轴承选用非绝缘轴承。
5.根据权利要求3所述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：定子机座（9）由钢材加工制作，内部设有两层线圈的固定卡槽及槽楔固定槽；电机绕组（11）安装在定子机座的外层卡槽上，通过电机绕组槽楔（12）固定，无源8字线圈（10）安装在定子机座（9）的内层卡槽上，通过8字线圈槽楔（13）固定。
6.根据权利要求5所述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：无源8字线圈（10）由扁铜线绕制，电机绕组（11）为同心式单层绕组，由扁铜线绕制。
7.根据权利要求6所述的一种超导电动悬浮推进系统控制开发辅助平台，其特征在于：定子机座（9）两侧开有通风孔，试验时在电机侧面布置冷却风扇，实现绕组散热，电机绕组（11）引出线从通风孔引入接线盒（21）中。
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