CN113588187A - 测试转子悬浮刚度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测试转子悬浮刚度的装置及方法。该装置包括固定机构、负荷加载机构；固定机构包括定位座及设于定位座上的固定夹具，负荷加载机构包括加载底座结构、设于加载底座结构上并与定位座对应设置的发射组件及与发射组件连接的控制模块。本发明可解决相关技术中对转子进行接触式刚度测试破坏性大、周期性差，且加载无法恒定，控制难度大，测试结果不准确性的问题。

Description

测试转子悬浮刚度的装置及方法

技术领域

本发明涉及转子刚度测试技术领域，特别涉及一种测试转子悬浮刚度的装置及方法。

背景技术

磁悬浮电机的工作原理是使转子在悬浮状态下运动，转子和定子之间不发生任何机械接触。磁悬浮电机具有加速度大，机械摩损小等优点，适用于具有特殊需要的领域。在电子工业、轨道交通、生命科学等领域，磁悬浮电机都得到了广泛应用。在生命科学领域，可通过马达驱动磁悬浮的转子运转(即转子结构通过磁悬浮技术被马达驱动旋转)，用于实现体外血液循环。而且，该转子可收纳在一个泵壳里，而该泵壳可拆卸的设在马达上。该转子上设有一个被动磁体，被动磁体上还设有叶轮，马达的转轴上可设置一个主动磁体，主动磁体与被动磁体耦合，使转子悬浮在泵壳中，并可将马达的旋转传递给叶轮。

为了获取磁悬浮的转子的性能，通常需要对其性能进行测试，而刚度是转子的一个重要性能指标。在传统技术中，通常采用接触式测试方式对磁悬浮转子的刚度进行检测，但是接触式刚度测试存在破坏性大和周期性差等缺点，且加载无法恒定，控制难度大，影响测试结果的准确性；同时数据分析基于力与位移物理量，无法验证出磁悬浮转子的刚度特性；随着磁悬浮技术快速发展，对磁悬浮电机系统特性研究更加先进与前沿，需要更加系统化和科学性的检测技术满足磁悬浮转子的高性能检测要求。

发明内容

本发明提供一种测试转子悬浮刚度的装置及方法，可解决相关技术中对转子进行接触式刚度测试破坏性大、周期性差，且加载无法恒定，控制难度大，测试结果不准确的问题。

第一方面，本发明提出一种测试转子悬浮刚度的装置，所述转子被配置为可操作地与马达接合，并通过磁悬浮技术被所述马达驱动旋转，所述装置被配置为测试所述转子被所述马达驱动旋转过程中的悬浮刚度；所述装置包括：

固定机构，包括用于定位所述马达的定位座、以及设于所述定位座上用于固定所述马达的固定夹具；

负荷加载机构，包括加载底座结构、设于所述加载底座结构上并与所述定位座对应设置的发射组件、以及控制所述发射组件操作的控制模块；所述发射组件用于在所述控制模块的控制下以脉冲方式向所述转子发射弹射物。

可选地，所述发射组件包括：

发射器底座，设于所述加载底座结构上；

驱动机构，设于所述发射器底座一端，与所述控制模块连接；

定位机构，设于所述发射器底座的另一端并与所述定位座对应设置，用于装夹定位弹射物；以及，

弹射机构，连接于所述驱动机构和所述定位机构之间，用于将定位机构中定位的弹射物向所述定位座上定位固定的所述转子弹射。

可选地，所述驱动机构包括滑动设于所述发射器底座上的驱动底板、安设于所述驱动底板上的驱动电机、连接于所述驱动电机的输出轴和所述发射器底座之间的传动结构、以及连接设于所述弹射机构与所述驱动底板之间的磁性连接结构；所述磁性连接结构和所述驱动电机均与所述控制模块连接。

可选地，所述传动结构包括传动齿条、以及设于所述驱动电机的输出轴上的驱动齿轮；所述驱动齿轮与所述传动齿条啮合。

可选地，所述磁性连接结构包括设于所述驱动底板上的第一磁吸结构、以及设于所述弹射机构上的第二磁吸结构；所述第一磁吸结构与所述第二磁吸结构磁性连接；

其中，所述第一磁吸结构和所述第二磁吸结构的二者之一设为与所述控制模块连接的电磁铁结构，二者之另一设为磁吸块。

可选地，所述弹射机构包括设于所述发射器底座上的弹射定位板、部分活动穿设于所述弹射定位板上的弹射杆结构、以及设于所述弹射杆结构上的弹性件；所述弹性件设于所述定位机构和所述弹射定位板之间，所述弹射杆结构一端与所述磁性连接结构连接、另一端伸缩设于所述定位机构中。

可选地，所述弹射杆结构包括活动穿设于所述弹射定位板上的弹射杆体、分别设于所述弹射杆体两端的杆体连接头和杆体弹射头、以及设于所述弹射杆体和所述杆体弹射头之间的杆体隔板；所述杆体连接头与所述磁性连接结构连接，所述杆体弹射头伸缩设于所述定位机构中；

所述弹性件设为套设于所述弹射杆体上的弹簧，所述弹簧一端抵接于所述杆体隔板上、另一端抵接于所述弹射定位板上。

可选地，所述定位机构包括设于所述发射器底座上的具有安置和发射弹射物的发射通道的定位块结构、设于所述定位块结构中并位于所述发射通道两侧的弹射定位夹、以及设于所述定位块结构上并与所述发射通道对应的弹射物存储结构；所述弹射机构与所述发射通道对应配合，所述发射通道的出口与所述定位座对应设置。

可选地，所述控制模块包括与所述驱动机构通信连接的加载控制器、以及与所述加载控制器通信连接的加载力检测传感器；所述加载力检测传感器设于所述弹射机构上，用于检测所述弹射机构的加载力大小。

可选地，所述控制模块包括与所述加载控制器通信连接的加载位置检测传感器，所述加载位置检测传感器用于检测对所述弹射机构进行加载的加载位置。

可选地，所述加载底座结构包括加载底座台、设于所述加载底座台上的升降驱动台、以及设于所述升降驱动台上的转动驱动台；所述发射器底座设于所述转动驱动台上。

可选地，所述装置包括用于测量所述转子的位移量的位移检测元件、以及与所述位移检测元件连接的数据处理单元。

可选地，所述位移检测元件包括用于设置在所述马达上的多个位移检测传感器，多个所述位移检测传感器均与所述数据处理单元通信连接，多个所述位移检测传感器用于一一对应地测量所述转子的多个方位的位移量。

可选地，所述数据处理单元包括与多个所述位移检测传感器均通信连接的数据采集器、与所述数据采集器通信连接的数据处理器、以及与所述数据处理器通信连接的数据显示器。

可选地，所述定位座包括定位底板、设于所述定位底板上的定位底座块、以及围设于所述定位底板四周的防护罩；

所述固定夹具包括设于所述定位底板上的至少两个定位夹体，至少两个所述定位夹体围设于所述定位底座块的周围。

第二方面，本发明提出一种测试转子悬浮刚度的方法，所述方法包括如下步骤：

控制发射组件以预设加载力和加载周期，向被马达利用磁悬浮原理驱动旋转的待测试转子发射弹射物；

弹射物在撞击待测试转子后，获取待测试转子的位移量；

根据得到的待测试转子的位移量，获取待测试转子的悬浮刚度。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明提供的测试转子悬浮刚度的装置，通过固定机构可对待测试转子进行定位和固定，通过负荷加载机构的控制模块可以控制发射组件以脉冲式载荷周期性的发射弹射物，使弹射物对待测试转子进行撞击。相对于传统的接触式刚度测试方式，本发明采用非接触式的测试方式对待测试转子的破坏性小，具有良好的测试周期性，而且加载可以恒定控制，使得测试结构准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例所述测试转子悬浮刚度的装置的立体结构示意图；

图2为图1中所述的测试转子悬浮刚度的装置的负荷加载机构的立体结构示意图；

图3为图1中所述的测试转子悬浮刚度的装置的发射组件的立体结构示意图；

图4为图3中所述发射组件移除驱动电机及驱动底板时的立体结构示意图；

图5为图3或图4中所述弹射机构与所述定位机构配合的立体结构示意图一；

图6为图3或图4中所述弹射机构与所述定位机构配合的立体结构示意图二；

图7为本发明实施例所述测试转子悬浮刚度的方法的步骤流程示意图。

图中：10、安装平台；20、马达；100、定位底板；200、定位底座块；300、固定夹具；310、马达夹持座；320、肘夹；400、加载底座台；500、加载调节台；510、升降驱动台；514、升降平台；520、转动驱动台；522、铰接底座；524、铰接平台；600、弹射物发射器；610、发射器底座；612、滑轨；620、驱动机构；622、驱动底板；624、驱动电机；626、传动结构；6262、传动齿条；6264、驱动齿轮；628、磁性连接结构；6282、第一磁吸结构；6284、第二磁吸结构；630、弹射机构；632、弹射定位板；634、弹射杆结构；6342、弹射杆体；6343、杆体隔板；6344、杆体连接头；63442、限位挡板；63444、阻尼结构；6346、杆体弹射头；63462、弹射头主体；63464、弹射撞针；63466、导向定位套筒(或直线轴承)；636、弹性件；638、端部定位板；640、定位机构；642、定位块结构；6422、发射通道；644、弹射定位夹；648、弹射物存储结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在传统技术中，通常采用接触式测试方式对磁悬浮转子的刚度进行检测。但是，接触式刚度测试存在破坏性大和周期性差等缺点，且加载无法恒定，控制难度大，影响测试结果的准确性。同时数据分析基于力与位移物理量，无法验证出磁悬浮转子的刚度特性。

随着磁悬浮技术快速发展，对磁悬浮电机系统特性研究更加先进与前沿，需要更加系统化和科学性的检测技术满足磁悬浮转子的高性能检测要求。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种测试转子悬浮刚度的装置及方法。而且，测试转子悬浮刚度的装置及方法中涉及的转子，被配置为可操作地与马达接合，并通过磁悬浮技术被所述马达驱动旋转。

虽然本发明附图并未示出，但在专利CN110711275B以及CN111561519B公开的已知实施例中，本领域技术人员应当知晓转子的结构以及与马达20之间可操作地接合。

简言之，转子收纳在泵壳内，转子上设有被动磁体，被动磁体上可拆卸的设有叶轮，马达20的输出轴上设有与被动磁体耦合的主动磁体，借助两个磁体的耦合作用使转子悬浮在泵壳中。

籍此，转子通过磁悬浮技术可被马达驱动旋转。在旋转过程中，借助悬浮，转子不与泵壳内壁之间发生接触是期望的。

由上述内容可知，转子收纳在泵壳中，因此转子与马达20的可操作地接合，可通过泵壳与马达20的接合而实现。泵壳与马达20之间的可操作地接合，可采用或符合公告号为CN209187707U、CN209204247U、CN209204246U描述的技术特征，在此不作赘述。

由上述内容可知，在排除大的外力作用的情况下，上述的转子与泵壳内壁之间的非期望接触一般是不会发生的。而习知的，转子抵抗外力而稳定的悬浮于泵壳中的能力，表征为所述悬浮刚度。

如图1所示，本发明实施例提出的测试转子悬浮刚度的装置，用于测试转子被马达20驱动旋转过程中的悬浮刚度。该装置包括设于安装平台(可为地面或大理石平台或其他台面)10上的固定机构，设于安装平台并与固定机构对应设置的负荷加载机构，以及与固定机构对应设置的处理模块。

通过固定机构可对马达20以及马达20驱动旋转的转子进行定位和固定，通过负荷加载机构可对定位的转子进行载荷冲击测试，通过处理模块可对受到载荷冲击的转子的刚度进行检测分析，从而获得待测试转子的悬浮刚度。

具体地，如图1至图2所示，上述固定机构可包括用于定位马达20以定位待测试转子的定位座(100/200)，以及设于定位座(100/200)上用于固定马达的固定夹具300。

上述负荷加载机构可包括加载底座结构(400/500)，设于加载底座结构(400/500)上、并与定位座对应设置的发射组件600，以及与发射组件600连接的控制模块(图中未示意出)。发射组件600用于在控制模块的控制下以脉冲方式向转子发射弹射物。

上述处理模块(图中未示意出)可包括设于定位座(100/200)上方、用于测量待测试转子的位移量的位移检测元件，以及与位移检测元件连接的数据处理单元。

值得注意的是，处理模块可设在加载底座台400内，加载底座台400的侧面可设有与处理模块连接的按键和显示屏(未示出)。按键被配置为接收用户按压而将设定的参数提供给处理模块，该设定的参数包括加载力大小、加载周期(频率)等。处理模块可基于接收到的控制指令，控制发射组件600操作。

在利用本装置对转子的悬浮刚度进行检测时，泵壳上盖被打开，使转子露出。继而在转子被马达20驱动旋转过程中，有发射组件600发射的弹射物撞击旋转的叶轮上，通过检测转子受该撞击而发生的位移量，测试得到悬浮刚度。

在一些可选地实施例中，马达20可采用或符合CN110711275B描述的技术特征，或者可采用或符合CN305927879S的外形设计的现有构造，上述文本以引用的方式公开于此。因此，本发明对此对其不作赘述，并且，尽管附图对其进行了有别于上述文本附图的简化，但本领域技术人员应当理解，这并构成对本实施例保护范围的限制。

在本实施例中，固定机构可通过固定马达20，间接实现对待测试转子的固定。具体地，如图1所示，马达20可设在定位座200上，由固定夹具300夹持下压其上端面，使其实现固定。

通过固定机构的定位座(100/200)可对转子进行定位，并可通过固定夹具300对转子进行固定；通过负荷加载机构的控制模块可以控制发射组件600以脉冲式载荷周期性的发射弹射物(可设为弹珠或柱状弹头)，使弹射物对转子进行撞击，并通过处理模块的位移检测元件对待测试转子的位移量进行检测，然后通过数据处理单元对检测到的待测试转子的位移量进行分析处理，将位移量转换为位移时域数据，并通过数据处理得到与转子刚度相关的位移频域图，可以科学系统地分析待测试转子的刚度特性。

相对于传统的接触式刚度测试方式，本发明采用非接触式的测试方式对转子的破坏性小，具有良好的测试周期性，而且加载可以恒定控制，使得测试结构准确可靠；而且，通过数据分析可将转子的位移量转换为时域类数据，能够得到载荷时转子变化情况和时间点，可通过频域点峰值间接分析转子刚度值，可以很好地验证出转子的刚度特性。

如图1所示，定位座可包括定位底板100，设于定位底板100上的定位底座块200，以及围设于定位底板100四周的防护罩(图中未示意出)。通过设置定位底板100，可方便设置定位底座块200和固定夹具300。而通过定位底座块200，可方便对马达20及转子进行定位。而通过在定位底板100的周围围设防护罩，可将转子围设住，同时可使得对转子进行测试的弹射物在撞击被磁悬浮技术驱动的转子(叶轮)后不会飞溅出去，可通过防护罩进行防护和收集，保护装置安全性和提高弹射物的收集效率。

固定夹具300可包括设于定位底板100上的至少两个定位夹体，至少两个定位夹体围设于定位底座块200的周围。通过在定位底座块200的周围设置至少了两个定位夹体，可从多个位置处将马达20及待测试转子夹持固定住，更加牢固可靠。

在本实施例中，可在定位底座块200的两侧对称设置两个定位夹体，可从两侧将马达20及转子夹持定位住。此外，也可在定位底座块200的周侧设置两个以上的定位夹体，从多个位置对待测试转子进行夹持固定。

进一步地，定位夹体包括设于定位底板100上的马达夹持座310，以及设于马达夹持座310上的肘夹320(也可称为夹钳)。

此外，加载底座结构可包括加载底座台400，设于加载底座台400上的加载调节台500。加载调节台500可包括设于加载底座台400上的升降驱动台510，以及设于升降驱动台510上的转动驱动台520，上述发射组件600可设于转动驱动台520上。

其中，加载底座台400可设于定位座200的一侧，并高于定位座200设置，使得设置在加载底座台400上的发射组件600位于定位座200上定位固定的马达20及转子的上方，便于通过发射组件600向待测试转子发射弹射物。

通过在加载底座台400上设置升降驱动台510，可对发射组件600的高度进行调节，以适应不同的测试高度需求。通过在升降驱动台510上设置转动驱动台520，可对发射组件600的角度进行调节，从而对弹射物的发射角度进行调节，以满足不同的测试角度需求。

如图2所示，升降驱动台510可包括设于加载底座台400上的升降驱动结构(图中未标示出)，以及设于升降驱动结构上的升降平台514，上述转动驱动台520设于升降平台514上。通过升降驱动结构可驱动升降平台514升降，从而驱动转动驱动台520及发射组件600升降移动。

在本实施例中，上述升降驱动结构可设为剪叉式液压升降结构。

在一些替代的实施例中，上述升降驱动结构可设为液压升降驱动结构或电机升降驱动结构。

如图2所示，转动驱动台520可包括设于升降平台514上的铰接底座522，以及铰接于铰接底座522上的铰接平台524，上述发射组件600设于铰接平台524上。这样，可使得铰接平台524及发射组件600可相对铰接底座522转动，以调整发射组件600的角度位置。

转动驱动台520还可包括设于升降平台514上的转动驱动结构(图中未示意出)，转动驱动结构可与铰接平台524连接，可通过该转动驱动结构自动驱动铰接平台524转动。

转动驱动结构可设为液压顶升机构，可通过伸缩移动而驱动铰接平台524转动。此外，上述转动驱动结构也可设为电机驱动结构，可直接驱动铰接平台524转动。

如图3至图6所示，上述发射组件600可包括设于铰接平台524的发射器底座610，设于发射器底座610一端、与控制模块连接的驱动机构620，设于发射器底座610的另一端、并与定位座200对应设置、并用于装夹定位弹射物的定位机构640，以及连接于驱动机构620和定位机构640之间的弹射机构630。弹射机构630可用于将定位机构640中定位的弹射物向定位座200上定位固定的待测试转子弹射。

控制模块可以控制驱动机构620周期性地对弹射机构630进行加载，并对弹射机构630的加载力大小进行控制，使得弹射机构630可以预定的加载力、周期性地将定位机构640中安设定位的弹射物弹射出去，并使得弹射物向定位座200上定位固定的待测试转子进行撞击。

如图3所示，驱动机构620可包括滑动设于发射器底座610上的驱动底板622，安设于驱动底板622上、并与控制模块连接的驱动电机624，连接于驱动电机624的输出轴和发射器底座610之间的传动结构626，以及连接设于弹射机构630与驱动底板622之间的磁性连接结构628，磁性连接结构628和驱动电机624均与控制模块连接。

通过控制模块可控制驱动电机624正转工作，可驱动传动结构626直线运动，可驱使驱动底板622及磁性连接结构628向远离定位机构640的方向移动，就可带动弹射机构630向远离定位机构640的方向移动，从而可对弹射机构630进行加载。

当对弹射机构630的加载力达到一定大小时，可使得磁性连接结构628的磁性连接断开，使得弹射机构630向定位机构640中的弹射物方向释放加载力以复位，就可将弹射物从定位机构640中弹射出去，并对待测试转子进行撞击。

然后，可以通过控制模块可控制驱动电机624反转工作，可驱使驱动底板622向靠近定位机构640的方向移动复位，并可使得磁性连接结构628重新磁性连接起来，可通过磁性连接结构628重新将弹射机构630和驱动底板622连接起来，方便对弹射机构630再次进行加载。

这样，就可以通过驱动机构620，实现弹射机构对定位机构定位固定的弹射物的周期性加载和弹射操作。

接合图4所示，更进一步地，上述传动结构626可包括沿发射器底座610的长度方向延伸设置并与发射器底座610固定的传动齿条6262，以及设于驱动电机622的输出轴上的驱动齿轮6264，驱动齿轮6264与传动齿条6262啮合。

通过控制模块控制驱动电机624周期性地正转或反转，可以驱动驱动齿轮6264正转或反转，就可通过驱动齿轮6264驱动驱动电机624及驱动底板622沿着传动齿条6262前后往复移动，从而可驱使弹射机构630周期性地进行加载蓄能和释能复位。

此外，还可将上述传动结构626设为丝杆螺母传动结构，或者设为其他的直线式传动结构。

而且，为了使得驱动底板622在发射器底座610上稳定可靠地滑动，还可在发射器底座610上沿长度方向延伸设置滑轨612，并在驱动底板622的底部设置对应的滑槽结构，使得滑轨612滑动卡设于滑槽结构中。而且，可将一条滑轨612和传动齿条6262并排设置在发射器底座610的两侧，也可将两条滑轨612分别设于传动齿条6262的两侧。

而且，上述磁性连接结构628可包括设于弹射机构630(具体为弹射杆结构634一端)上的第一磁吸结构6282，以及设于驱动机构620(具体为驱动底板622)上的第二磁吸结构6284，第一磁吸结构6282与第二磁吸结构6284磁性连接。

第一磁吸结构6282和第二磁吸结构6284通过磁力实现磁性连接，可将驱动底板622和弹射机构630磁性连接在一起。当驱动底板622在驱动电机624的驱动作用下，向远离弹射机构630及定位机构640的方向移动时，可通过磁性连接的第一磁吸结构6282与第二磁吸结构6284对弹射机构630进行加载蓄能。

而当蓄能所产生的加载力足够大时，具体为蓄能的力大于第一磁吸结构6282与第二磁吸结构6284的磁性连接力时，两个磁吸结构就会断开(也就是，弹射机构630的蓄能所产生的力克服了二者之间的磁吸力)，弹射机构630就会释放蓄能，向定位机构640方向移动复位，将定位机构640中的弹射物弹射出去。

在本实施例中，上述第一磁吸结构6282和第二磁吸结构6284的二者之一可设为与控制模块连接的电磁铁结构，二者之另一可设为磁吸块。该磁吸块可以为本身带磁的元件例如磁体，也可以为可被磁化进而能被磁吸的部件，例如含有铁、钴、镍等成分的结构。

即可将第一磁吸结构6282和第二磁吸结构6284中的一个设为电磁铁结构，并将另一个设为可与电磁铁结构磁性连接的磁吸块。可通过控制模块对电磁铁结构的磁性进行控制调节，可以调节电磁铁结构和磁吸块之间的磁吸力大小(具体为控制电磁铁结构的通电电流大小)，从而可以控制调节弹射机构630的加载力大小。

继续参阅图3和图4，此外，上述弹射机构630可包括设于发射器底座610上的弹射定位板632，部分活动穿设于弹射定位板632上的弹射杆结构634(具体指弹射杆结构634的部分结构可活动穿设弹射定位板632，而非全部结构均可活动穿设弹射定位板632)，以及设于弹射杆结构634上的弹性件636。弹性件636设于定位机构640和磁性连接结构628之间，弹射杆结构634一端与磁性连接结构628连接、另一端伸缩设于定位机构640中。

通过上述驱动机构620，可周期性地驱动弹射杆结构634穿过弹射定位板632向远离定位机构640的方向移动，可对弹射杆结构630上的弹性件进行压缩蓄能，以实现对弹射杆结构630的蓄能加载。

而且，弹射定位板632可对弹射杆结构634进行定位和导向，使得弹射杆结构634在释放载荷(释能复位)的过程中，可准确稳定地向定位机构640中的弹射物方向进行移动和冲击，以将弹射物向待测试转子方向弹射出去。

此外，可将弹性件636设为套设于弹射杆结构634上的弹簧。

如图3所示，进一步地，上述弹射杆结构634可包括活动穿设于弹射定位板632上的弹射杆体6342，分别设于弹射杆体6342两端的杆体连接头6344和杆体弹射头6346，以及设于弹射杆体6342和杆体弹射头6346之间的杆体隔板6343。

结合图4所示，杆体连接头6342与磁性连接结构628的第一磁吸结构6282连接，杆体弹射头6346伸缩设于定位机构640中。

如图5所示，杆体连接头6344的直径可大于弹射杆体6342的直径，且杆体连接头6344的外周侧可突出设有环状限位挡板63442，限位挡板63442限位于弹射定位板632的外侧，杆体连接头6344的端部通过磁性连接结构628与驱动底板622连接。

杆体弹射头6346与弹射杆体6342之间可隔设截面积较大的杆体隔板6343，可将弹簧套设在弹射杆体6342上，并使得弹簧一端抵接于弹射定位板632上、另一端抵接于杆体隔板6343上。

操作过程大致为，弹射杆体6342在受到杆体连接头6344的拉力(驱动电机624带动驱动底板622向远离定位机构方向移动时，可通过与驱动底板622连接的磁性连接结构628产生向远离定位机构方向的拉力，即可对杆体连接头6344及弹射杆体6342产生相应的拉力)时，会将弹射杆体6342向弹射定位板632另一侧移动，可对位于弹射定位板632和杆体隔板6343之间的弹簧进行压缩蓄能，并对杆体弹射头6346进行加载。

在磁性连接结构628断开磁性连接时，弹簧会释能复位，可将杆体弹射头6346向定位机构640中的弹射物方向快速移动，使得弹射物在杆体弹射头6346冲击下从定位机构640中弹射出去。

如图2至图4所示，上述杆体弹射头6346处也可设有端部定位板638，并使得杆体弹射头6346活动穿设在该端部定位板638上，可从端部对杆体弹射头6346进行导向和限位，使其可准确可靠地对定位机构640中的弹射物进行弹射。

如图4和图5所示，上述杆体弹射头6346可包括弹射头主体63462，以及设于弹射头主体6346端部的弹射撞针63464，可通过弹射撞针63464将定位机构640中的弹射物撞出。

弹射头主体63462上还可套设有导向定位套筒63466或直线轴承，并可将导向定位套筒63466或直线轴承设于定位机构640中。

还可在端部定位板638外侧设置缓冲柔性板，可减少杆体弹射头6346对定位机构640的冲击。此外，还可在限位挡板63442与弹射定位板632之间设置阻尼结构63444，即可对杆体连接头6344和弹射杆体6342进行导向，还可减少冲击。

如图3至图5所示，定位机构640可包括设于发射器底座610上的定位块结构642，设于定位块结构642中的弹射定位夹644，定位块结构642中具有安置和发射弹射物的发射通道6422，弹射定位夹644位于发射通道646两侧。弹射机构620的杆体弹射头6346与发射通道6422对应配合，发射通道6422的出口与定位座200对应设置。

定位块结构642内部设有发射通道6422，发射通道6422可对弹射物进行容纳定位和发射。在将弹射物设置在发射通道6422中后，可通过弹射定位夹644对弹射物进行夹持定位。在弹射机构630的杆体弹射头6346在弹簧释能时，可对发射通道646中的弹射物进行冲击，使弹射物从发射通道646中弹射出去，并向定位座200上定位固定的待测试转子进行飞射撞击。

定位块结构642内还有与发射通道6422对接的导向通道，用于容置弹射头主体63462。在一些实施例中，弹射头主体63462与弹射撞针63464均大致呈圆柱状设置，但弹射头主体63462的直径大于弹射撞针63464的直径。相应的，与之分别匹配的发射通道6422直径小于导向通道的直径，进而在两个交接处形成台阶，该台阶形成对弹射头主体63462的限位。

如图1和图2所示，定位块结构642可包括设于发射器底座610上的定位块底座，以及设于定位块底座上的定位块盖体。上述发射通道6422可设于定位块底座上，或者设于定位块底座和定位块盖体之间。弹射定位夹644可设于定位块底座上。

如图3和图4所示，定位机构640可包括设于定位块结构642的定位块盖体上的弹射物存储结构648。该弹射物存储结构648与发射通道6422对应，可对弹射物进行存储，并可利用弹射物的自身重力使其落入发射通道6422中。

在一些可选的实施例中，弹射物可为球体状结构，弹射物存储结构648为变径的空心圆柱状结构，上部的空心圆柱状结构的内径大于弹射物外径，但不超过弹射物外径的2倍，用于方便弹射物的装载和存储足量的弹射物。下部的空心圆柱状结构的内径略大于弹射物外径，用于一次仅供一个弹射物下落。两个空心圆柱状结构之间由渐变结构(例如锥状变形)接续，以使上部空心圆柱状结构中存储的弹射物顺滑的进入下部空心圆柱状结构中。

当发射通道6422中的弹射物被打出去后，弹射物存储结构648中底部的弹射物在重力作用下，会自动下落进入两个定位夹644之间的发射通道6422中。

此外，控制模块包括与驱动机构的驱动电机624和电磁铁结构通信连接的加载控制器(图中未示意出)，以及与加载控制器通信连接的加载力检测传感器(图中未示意出)。

加载力检测传感器可设于弹射机构630上、用于检测弹射机构630的加载力大小(即可检测弹性件的蓄能加载力大小)。通过加载控制器可以控制驱动电机624周期性地驱动弹射机构630，对定位机构640中的弹射物进行加载蓄能和释能弹射。加载力检测传感器可以检测加载到弹射机构630上的加载力大小(即可检测弹性件636的弹性力，也可检测磁性连接结构628的磁吸力，以检测加载力大小)，可以对加载力进行准确控制，保证冲击力载荷恒定。

在本实施例中，通过加载控制器可控制电磁铁结构的通电电流和电压大小，控制其产生的磁力大小，从而可控制弹簧636的压缩程度，进而控制弹射杆结构被弹射出的初始速度。

此外，上述控制模块还可包括与加载控制器通信连接的触控屏(图中未示意出)，通过触控屏可直观地设置和调整加载载荷。

控制模块主要作用是控制载荷力的大小，并且根据试验效果，灵活调节加载力，并且控制模块设有触控屏，能够直接输入加载力的数量值，精确度很高。

进一步地，控制模块可包括与加载控制器通信连接的加载位置检测传感器(图中未示意出)，加载位置检测传感器用于检测对弹射机构630进行加载的加载位置。

在发射组件600上设置加载位置检测传感器(图中未示意出)，主要作用是瞄准弹射机构630的加载点，保证加载载荷的位置准确，根据测试需求能灵活调节载荷位置，保证测试科学性。

在本实施例中，加载位置检测传感器可设为激光瞄准器，可直接对弹射杆结构的加载位置进行瞄准定位。

此外，上述位移检测元件(图中未示意出)可包括设于马达上的多个位移检测传感器，多个位移检测传感器均与数据处理单元通信连接，多个位移检测传感器用于一一对应地测量转子的多个方位的位移量。

多个位移检测传感器可通过安装架安设在定位座的上方(或马达上)，以方便与定位座上定位固定的待测试转子对应。多个位移检测传感器可对受到弹射物周期性冲击的待测试转子的多个方位的位移量分别进行检测。

而且，上述数据处理单元可包括与多个位移检测传感器均通信连接的数据采集器(图中未示意出)，与数据采集器通信连接的数据处理器(图中未示意出)，以及与数据处理器通信连接的数据显示器。

在本实施例中，位移检测传感器可设为激光测距传感器，且激光测距传感器可设为四个。四个激光测距传感器分别测量待测试转子的四个方位的位移量，并通过数据采集器采集测量得到的位移数据，通过数据处理器对位移数据进行分析算出待测试转子整体的位移量。

数据采集器主要是数据采集与处理，通过下位机即数据处理器将激光测距传感器的测量得到的位移数值转换为时域分析量，再转换为频域数据，并能显示为可视化坐标图，而通过频域点峰值即可间接分析转子的刚度。

数据显示器主要是显示测试的结果，试验结果能够直观的分析出结果，能够准确的分析出待测试转子的刚度，并能得到不同载荷条件下，不同加载周期条件下待测试转子的转子刚度。

此外，如图7所示，针对上述的测试转子悬浮刚度的装置，本发明还提出一种测试转子悬浮刚度的方法，包括如下步骤：

S100、控制发射组件600以预设加载力和加载周期，向被马达利用磁悬浮原理驱动旋转的待测试转子发射弹射物；

S200、弹射物在撞击待测试转子后，获取待测试转子的位移量；

S300、根据得到的待测试转子的位移量，获取待测试转子的悬浮刚度。

通过马达利用磁悬浮技术驱动旋转的待测试转子不存在机械支撑，因此对待测试转子施加一定载荷会产生一定频率的振动，而待测试转子在工作时会驱动转子在不同频率之下运转，如果产生共振，会使得转子的刚度在某些转速下大幅降低，严重影响待测试转子的使用安全。

通过控制发射组件600以预设加载力和加载周期，向被马达利用磁悬浮原理驱动旋转的转子发射弹射物，使得弹射物撞击待测试转子(叶轮)，以激发处于稳态悬浮的待测试转子产生位移偏差，通过检测获取待测试转子在被动控制自由度方向上的位移时域信号，并通过FFT频谱分析转换得到位移频域信号，位移频域信号的峰值中的一个即为该动刚度引起的共振频率，然后即可换算得到待测试转子的悬浮刚度。

进一步地，上述步骤S100，即“控制发射组件以预设加载力和加载周期，向被马达利用磁悬浮原理驱动旋转的待测试转子发射弹射物”步骤，具体可包括如下步骤：

S110、控制驱动机构620的驱动电机624工作，驱使驱动底板622向远离定位机构640的方向移动，通过磁性连接结构628驱使弹射机构630的弹簧压缩蓄能，以预设加载周期对弹射杆结构634进行加载蓄能；

S120、在对弹射杆结构634进行加载的过程中，控制加载力检测传感器检测加载力的大小，并控制加载位置检测传感器检测弹射杆结构634(或弹簧)的加载位置；

S130、当检测到对弹射杆结构634加载达到预设加载力，并检测到对弹射杆结构634的加载位置达到预设位置时，停止对弹射杆结构634进行加载、并使得磁性连接结构628断开连接；

S140、在磁性连接结构628断开连接时，通过弹簧进行加载蓄能的弹射杆结构634释能复位，使得弹射杆结构634对定位机构640中定位的弹射物进行弹射，使弹射物向定位固定于定位座200上的待测试转子进行冲击。

而且，上述步骤S200，即“弹射物在撞击待测试转子后，获取待测试转子的位移量”步骤，具体可包括如下步骤：

S210、在弹射物在撞击待测试转子后，控制多个位移检测传感器分别获取待测试转子在多个方位的位移量；

S220、控制数据采集器对位移检测传感器检测到的转子位移量进行采集，并对采集到的转子位移量进行处理得到转子整体的位移量。

而且，上述步骤S300，即“根据得到的待测试转子的位移量，获取待测试转子的悬浮刚度”步骤，具体可包括如下步骤：

S310、通过数据处理器将得到的转子整体的位移量进行转换，获取待测试转子在被动控制自由度方向上的位移时域信号；

S320、对得到的位移时域信号进行FFT频谱分析转换，获取待测试转子在被动控制自由度方向上的位移频域信号；

S330、根据位移频域信号的峰值，得到转子刚度的共振频率，计算得到悬浮刚度。

本发明提供的技术方案，通过控制模块提供恒定载荷，并且能够根据试验工况快速调节载荷大小；针对待测试转子采用非接触式载荷模式，无损坏，保护待测试转子的结构；

采用脉冲式加载，根据试验工况快速调节脉冲周期，大大提高测试应用范围，灵活调节测试需求；

采用安全防护和子弹收集装置(防护罩)，保护系统安全性和提高子弹快速收集效率；

采用激光瞄准装置，精确定位载荷位置，保证试验方案的准确度和不同试验条件的要求；

采用多点(四点)激光测距传感器进行数据采集，快速准确测出转子微位移量，测试方式可靠准确；

数据处理时，将激光传感器位移量转换为时域数据，通过数据处理将时域数据转换成转子的刚度频域图，可科学分析待测试转子的转子刚度特性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种测试转子悬浮刚度的装置，所述转子被配置为可操作地与马达接合，并通过磁悬浮技术被所述马达驱动旋转，所述装置被配置为测试所述转子被所述马达驱动旋转过程中的悬浮刚度；

其中，所述装置包括：

固定机构，包括用于定位所述马达的定位座、以及设于所述定位座上用于固定所述马达的固定夹具；

负荷加载机构，包括加载底座结构、设于所述加载底座结构上并与所述定位座对应设置的发射组件、以及控制所述发射组件操作的控制模块；所述发射组件用于在所述控制模块的控制下以脉冲方式向所述转子发射弹射物。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述发射组件包括：

发射器底座，设于所述加载底座结构上；

驱动机构，设于所述发射器底座一端，与所述控制模块连接；

定位机构，设于所述发射器底座的另一端并与所述定位座对应设置，用于装夹定位弹射物；以及，

弹射机构，连接于所述驱动机构和所述定位机构之间，用于将定位机构中定位的弹射物向所述定位座上定位固定的所述转子弹射。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述驱动机构包括滑动设于所述发射器底座上的驱动底板、安设于所述驱动底板上的驱动电机、连接于所述驱动电机的输出轴和所述发射器底座之间的传动结构、以及连接设于所述弹射机构与所述驱动底板之间的磁性连接结构；所述磁性连接结构和所述驱动电机均与所述控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述传动结构包括传动齿条、以及设于所述驱动电机的输出轴上的驱动齿轮；所述驱动齿轮与所述传动齿条啮合。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述磁性连接结构包括设于所述驱动底板上的第一磁吸结构、以及设于所述弹射机构上的第二磁吸结构；所述第一磁吸结构与所述第二磁吸结构磁性连接；

其中，所述第一磁吸结构和所述第二磁吸结构的二者之一设为与所述控制模块连接的电磁铁结构，二者之另一设为磁吸块。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述弹射机构包括设于所述发射器底座上的弹射定位板、部分活动穿设于所述弹射定位板上的弹射杆结构、以及设于所述弹射杆结构上的弹性件；所述弹性件设于所述定位机构和所述弹射定位板之间，所述弹射杆结构一端与所述磁性连接结构连接、另一端伸缩设于所述定位机构中。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述弹射杆结构包括活动穿设于所述弹射定位板上的弹射杆体、分别设于所述弹射杆体两端的杆体连接头和杆体弹射头、以及设于所述弹射杆体和所述杆体弹射头之间的杆体隔板；所述杆体连接头与所述磁性连接结构连接，所述杆体弹射头伸缩设于所述定位机构中；

所述弹性件设为套设于所述弹射杆体上的弹簧，所述弹簧一端抵接于所述杆体隔板上、另一端抵接于所述弹射定位板上。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其中，所述定位机构包括设于所述发射器底座上的具有安置和发射弹射物的发射通道的定位块结构、设于所述定位块结构中并位于所述发射通道两侧的弹射定位夹、以及设于所述定位块结构上并与所述发射通道对应的弹射物存储结构；所述弹射机构与所述发射通道对应配合，所述发射通道的出口与所述定位座对应设置。

9.根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其中，所述控制模块包括与所述驱动机构通信连接的加载控制器、以及与所述加载控制器通信连接的加载力检测传感器；所述加载力检测传感器设于所述弹射机构上，用于检测所述弹射机构的加载力大小。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述控制模块包括与所述加载控制器通信连接的加载位置检测传感器，所述加载位置检测传感器用于检测对所述弹射机构进行加载的加载位置。

11.根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其中，所述加载底座结构包括加载底座台、设于所述加载底座台上的升降驱动台、以及设于所述升降驱动台上的转动驱动台；所述发射器底座设于所述转动驱动台上。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述装置包括用于测量所述转子的位移量的位移检测元件、以及与所述位移检测元件连接的数据处理单元。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述位移检测元件包括用于设置在所述马达上的多个位移检测传感器，多个所述位移检测传感器均与所述数据处理单元通信连接，多个所述位移检测传感器用于一一对应地测量所述转子的多个方位的位移量。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述数据处理单元包括与多个所述位移检测传感器均通信连接的数据采集器、与所述数据采集器通信连接的数据处理器、以及与所述数据处理器通信连接的数据显示器。

15.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述定位座包括定位底板、设于所述定位底板上的定位底座块、以及围设于所述定位底板四周的防护罩；

所述固定夹具包括设于所述定位底板上的至少两个定位夹体，至少两个所述定位夹体围设于所述定位底座块的周围。

16.一种测试转子悬浮刚度的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

控制发射组件以预设加载力和加载周期，向被马达利用磁悬浮原理驱动旋转的待测试转子发射弹射物；

弹射物在撞击待测试转子后，获取待测试转子的位移量；

根据得到的待测试转子的位移量，获取待测试转子的悬浮刚度。

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