CN1484009A - 高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验台 - Google Patents

Abstract

本发明是高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验台，可模拟磁悬浮转子系统0～72000rpm之间的任意工作状态。其结构是：有底板(6)，T形槽将其分为两半部分，两部分各装有一个变频器(1)和由支架(3)支撑的变频电机(2)，左半部分由螺栓固定，右半部分自由放置并由垂直膨胀轴(7)支撑，T形槽在底板中部形成一狭长区域即变形梁(9)，槽开口处与水平膨胀轴(8)相连，两电机头部相对、轴心线重合，其机轴分别装有模拟转子(4)、模拟定子(5)；还有功放、隔离电路和电加热元件，以及温度、动压测试、功耗测试传感器及其各自的放大、D/A转换电路，所有信号均经接口电路至计算机，计算机控制变频器进而控制变频电机工作。

Description

高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验台

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，特别是高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验台。

背景技术

磁悬浮转子系统是一种利用磁力轴承技术的产物，具有磁力轴承的优点，是机、电一体化的高科技产品。磁力轴承可以将被支承件稳定地悬浮在空间，使支承件与被支承件之间没有任何机械接触。与传统的轴承相比具有下列主要优点：无接触，无磨损，轴承寿命理论上是无限的；速度高，最高线速度可达200m/s；无需润滑和密封，不产生环境污染；功耗低，节能；精度高，抗振动，无噪音；易于实现各种智能控制。但由于其高转速的工作特性，磁悬浮转子系统中的气流特性对整个系统产生了多方面的影响，例如高速轻载荷工作条件下的气体动压效应；系统中的涡流极其引起的温升、噪音、功率损耗等等。这些影响随着磁悬浮转子系统的转速升高而增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验台，它能够模拟磁悬浮转子的实际工作状态，实现可控制的径向偏心调节和倾斜角度调节，以便研究气流特性对整个系统产生的动压、涡流、温升、噪音、功耗的影响，从而为磁力轴承以及其它磁悬浮转子系列产品的研制、开发和生产奠定基础。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：包括机械和电控部分。

机械部分：设有底板，其中部开有一T形槽，将底板分为左、右两半部分，两部分各装有一个变频器和由支架支撑的变频电机，并且左半部分由螺栓固定，右半部分自由放置且由垂直膨胀轴支撑，T形槽在底板中部形成一狭长区域，该狭长区域是变形梁，槽开口处的两端与水平膨胀轴的两端紧密相连；两变频电机头部相对、轴心线重合，其电机轴分别装有模拟转子、模拟定子；变形梁在水平热膨胀轴或者垂直热膨胀轴的热变形力的驱动下产生弹性变形，即弯曲变形或者扭转变形，分别模拟电机转子的偏心或者倾斜。

电控部分：设有功放电路，隔离电路，电加热元件，温度传感器及其放大电路、D/A转换电路，动压测试传感器、放大和D/A转换电路，以及功耗测试传感器、放大和D/A转换电路；所有信号均经接口电路至计算机，计算机控制变频器，进而控制变频电机工作。

本发明具有如下主要优点：

其一.实现可控制的磁悬浮转子系统0～72000rpm之间的任意工作状态。

其二.可模拟径向偏心调节和倾斜角度调节。

其三.能够为磁悬浮转子系统的气流特性的模拟实验提供手段。若配备特定的仪器仪表和测试装置，可以进行多种高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验研究，例如动压效应测试、功耗测试实验、温度场的测试、噪音测试和涡流测试等。

其四.能为磁悬浮转子系统的结构设计、系统建模和控制系统的设计提供实验数据，以便开发和生产出性能优良的磁力轴承以及其它磁悬浮转子系列产品。

附图说明

图1是实验台的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中A-A剖视放大图。

图4是实验台的电控原理方框示意图。

具体实施方式

磁悬浮转子系统在实际工作中，转子悬浮在空间，因此转子不但存在径向偏心，还存在沿转子轴线的倾斜。为了模拟磁悬浮转子的实际工作状态，实验台必须实现可控制的径向偏心调节和倾斜角度调节。由于磁悬浮转子实际工作时的偏心和轴线倾斜很小，因此，模拟磁悬浮转子实际工作时的转子偏心和轴线倾斜是通过控制热膨胀轴的热变形量来实现的。

本发明实验台设计原理包括：以两台变频电机2相对安装、反向旋转、分别控制的方式，模拟磁悬浮转子系统0～72000rpm之间的任意工作状态。以计算机控制的膨胀轴的热膨胀伸长，变形梁9的弹性弯曲变形、弹性扭转变形的方法，模拟转子的微小偏心和微小倾斜。以计算机分别控制径向磁力轴承x和y方向磁极电流变化。以及实验台的整体电控制系统。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

1.实验台的结构

如图1、图2、图3、图4所示：包括机械和电控部分。

机械部分：设有底板6，其中部开有一T形槽，将底板分为左、右两半部分，两部分各装有一个变频器1和由支架3支撑的变频电机2，并且左半部分由螺栓10固定，右半部分自由放置且由垂直膨胀轴7支撑，T形槽在底板中部形成一狭长区域，该狭长区域是变形梁9，槽开口处的两端与水平膨胀轴8的两端紧密相连；两变频电机2头部相对、轴心线重合，其电机轴分别装有模拟转子4、模拟定子5；变形梁9在水平热膨胀轴8或者垂直热膨胀轴7的热变形力的驱动下产生弹性弯曲变形或者弹性扭转变形时，分别用以模拟电机转子的偏心或者倾斜。

两个变频电机2采用相同型号的交流变频电机，它们在变频器1的作用下，可以在0～36000rpm之间实现无级调速；两电机旋转时，模拟转子4与模拟定子5以不同的旋转方向旋转，因此，模拟转子4与模拟定子5之间的相对转速可以在0～72000rpm之间实现无级调速，故能模拟0～72000rpm之间的任意工作状态。水平膨胀轴8用以模拟磁悬浮转子的轴线倾斜，垂直膨胀轴7用以模拟磁悬浮转子的偏心，也就是说在水平膨胀轴8或者垂直膨胀轴7的热变形力的驱动下，底板6的右半部分可相对左半部分进行移动或者转动。在水平膨胀轴8和垂直膨胀轴7的外表面上，分别附有电热元件和温度传感器，可以在计算机的控制下达到指定的温度。膨胀轴采用热膨胀系数为17.1×10^-6(1/C°)的工程钢，长度为58.5mm。膨胀轴温度的改变，将引起其长度的变化，每变化一度，其长度变化1μm，进而使实验台处于模拟状态。

变频器1、支架3，均由螺栓固定在底板6上。

电控部分的结构如图4所示：设有功放电路，隔离电路，电加热元件，温度传感器及其放大电路、D/A转换电路，动压测试传感器、放大和D/A转换电路，以及功耗测试传感器、放大和D/A转换电路；所有信号均经接口电路至计算机，计算机控制变频器1，进而控制变频电机2工作。

电热元件、功放电路经隔离电路，温度传感器经放大电路、D/A转换电路，动压测试传感器经放大电路和D/A转换电路，以及功耗测试传感器经放大电路和D/A转换电路，一一通过接口电路与计算机相连。

在本实验台上，若配备特定的仪器仪表和测试装置，可以进行多种高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验研究。例如：

动压效应测试和功耗测试实验，可通过专用动压测试传感器和功耗测试传感器测试。

温度场的测试，可采用HY-2001G红外温度热成像仪测试。

噪音测试，可采用B&K振动噪声测试硬件及其配套软件系统进行测试。

涡流，可采用高速摄影机及附加装置进行测试。

2.实验台的工作过程补充说明

水平膨胀轴8的长度变化，使得底板6上的变形梁9发生弯曲变形，底板6的变形使得安装在底板两侧的两个支架3的轴线发生倾斜，即使模拟定子5与模拟转子4的轴线发生倾斜。垂直膨胀轴7的长度变化，使得变形梁9发生扭转变形，底板6的变形使得两个支架3的轴线发生偏心，即使模拟定子5与模拟转子4的轴线发生偏心。

Claims (3)

1.一种高速磁悬浮转子系统中的气流特性实验台，其特征在于：包括机械和电控部分，

机械部分：设有底板(6)，其中部开有一T形槽，将底板分为左、右两半部分，两部分各装有一个变频器(1)和由支架(3)支撑的变频电机(2)，并且左半部分由螺栓固定，右半部分自由放置且由垂直膨胀轴(7)支撑；T形槽在底板(6)中部形成一狭长区域，该狭长区域是变形梁(9)，槽开口处的两端与水平膨胀轴(8)的两端紧密相连；两变频电机(2)头部相对、轴心线重合，其电机轴分别装有模拟转子(4)、模拟定子(5)；变形梁(9)在水平热膨胀轴(8)或者垂直热膨胀轴(7)的热变形力的驱动下产生弹性变形，即弯曲变形或者扭转变形，分别模拟电机转子的偏心或者倾斜，

电控部分：设有功放电路，隔离电路，电加热元件，温度传感器及其放大电路、D/A转换电路，动压测试传感器、放大和D/A转换电路，以及功耗测试传感器、放大和D/A转换电路；所有信号均经接口电路至计算机，计算机控制变频器(1)，进而控制变频电机(2)工作。

2.根据权利要求1所述的实验台，其特征是：在水平膨胀轴(8)和垂直膨胀轴(7)的外表面上，分别附有由计算机控制温度的电热元件和热传感器。

3.根据权利要求1所述的实验台，其特征在于电控部分中，电热元件、功放电路经隔离电路，温度传感器经放大电路、D/A转换电路，动压测试传感器经放大电路和D/A转换电路，以及功耗测试传感器经放大电路和D/A转换电路，一一通过接口电路与计算机相连。

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