高速转子系统磁悬浮支承装置试验台的制作方法

本实用新型专利涉及磁悬浮支承技术领域，具体涉及一种高速转子系统磁悬浮支承装置试验台。

背景技术：

磁力轴承是磁悬浮原理应用在机械工程领域中的一项新的支承技术，其区别于传统的支承方式，具有无摩擦、无磨损、无润滑、运动阻力小、转速高、精度高、功耗低以及寿命长等优点，随着有关研究的不断发展，已有的电磁轴承种类很多，按工作原理可分为三类：主动磁轴承、被动磁轴承、混合磁轴承。由于主动磁力轴承具有转子位置、轴承刚度和阻尼可由控制系统确定等优点，所以在磁悬浮应用领域中，主动磁力轴承得到了最为广泛的应用。

目前主动磁悬浮支撑技术已经日趋完善，基于此项技术的应用也逐渐丰富，如应用在军事上的用于卫星姿态控制的动量飞轮，应用于储能飞轮电池的磁悬浮轴承，应用于精密机加工的磁力轴承真空泵等等。尽管磁悬浮轴承的应用已经有很多，但磁悬浮轴承应用于高速柔性转子系统的支承领域的研究不多，尤其是能进行高速磁悬浮系统性能检测的试验台在磁悬浮技术开发领域更是很少涉及。随着高速柔性转子系统理论研究的深入，迫切需要进行适应不同应用领域的磁悬浮轴承综合试验台的研发。

对高速磁悬浮支承技术的研究中，实验研究是很重要的一环，从之前的研究结果可看出高速柔性转子系统磁悬浮支承的理论及仿真研究结果与实验研究结果还是存在一定的误差，所以说要对磁悬浮支承装置进行开发，实验研究显得的尤为重要。对磁悬浮支承技术进行实验研究需要有试验台对其性能进行测试检验，本实用新型专利设计研发了一种可以对高速磁悬浮支承系统进行综合实验分析的实验台，为磁悬浮支承技术的优化设计提供了依据，以期将高速磁悬浮支承技术推向更广泛的应用领域。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型设计了一种高速转子系统磁悬浮支承装置试验台，采用的技术方案是：磁悬浮支承试验台主体部分包含磁悬浮支承主轴部分以及负载模拟测量部分，主要包含磁悬浮轴承，高速电机，磁粉离合器，负载飞轮组，电涡流测功机五个部分，其中磁悬浮轴承和高速电机构成磁悬浮支承主轴系统；磁粉离合器用来模拟负载的突然加载；负载飞轮组为多个由铸铁材料制造的不同直径的飞轮盘组成，用来模拟不同大小的负载；由电涡流测功机以及控制器组成的测量装置，可以测取被测高速转轴的输出转矩和转速，从而得出输出功率，并且具有试验台制动器的功能。

本实用新型的技术方案还有：该试验台通过加载不同的飞轮配组实现高速磁悬浮支承装置的不同负载模拟以适应不同领域的实验要求。

本实用新型的技术方案还有：该试验台采用电涡流测功机和磁悬浮轴承转子位移传感器作为主要测量装置，电涡流测功机可以测量试验台主轴的转矩，转速和功率等数据，位移传感器可以测量磁悬浮轴承的转子位移，从而分析和控制轴承的稳定性。

本实用新型的技术方案还有：该试验台主要设备同轴分布在工字型底座上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

（1）该试验台可对高速磁悬浮支承装置进行，起浮实验，静态悬浮实验，动态悬浮实验，空载运行实验，突加负载稳定性实验，负载运行实验，外部冲击扰动实验等实验过程的状态测量；

（2）该试验台可以测试装置在不同运行状态下的功率，承载能力，轴系的转速、转矩，刚度，阻尼以及回转精度等性能参数；

（3）该试验台通过加载不同的飞轮配组实现高速磁悬浮支承装置的不同负载模拟以适应不同领域的实验要求；

（4）该试验台结构灵活，可适应于多种高速磁悬浮支承装置的模拟实验，特性分析；也可用于中低速磁悬浮支承装置的实验模拟，具有良好的通用性能。

附图说明

图1是本实用新型高速转子系统磁悬浮支承装置试验台的系统框图；

图2是本实用新型高速转子系统磁悬浮支承装置试验台的整体结构图；

图中，1. 轴向磁轴承；2. 磁悬浮轴承转子位移传感器；3. 高速电机；4. 径向磁轴承；5. 联轴器；6. 磁粉离合器；7. 负载模拟飞轮组；8. 电涡流测功机； 9. 电机支承结构；10. 试验台工字型底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进一步详细描述。以下实施例用来说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图2所示，本实用新型高速转子系统磁悬浮支承装置试验台，各组成部分分别为轴向磁轴承1， 磁悬浮轴承转子位移传感器2，高速电3，径向磁轴承4，联轴器5，磁粉离合器6，负载模拟飞轮组7，电涡流测功机8，电机支承结构9，试验台工字型底10。

下面结合图1图2说明高速转子系统磁悬浮支承装置试验台的具体实施过程：

先将试验台底座10固定住，之后在底座上由左至右依次安装磁悬浮主轴系统（轴向磁悬浮轴承1，高速电机3，径向磁悬浮轴承4），联轴器5，磁粉离合器6，负载模拟飞轮组7，电涡流测功机8。所有设备排布在同一水平高度轴线上，以满足试验台的精度要求。联轴器5保证了当负载过大时磁悬浮主轴系统的安全性，磁粉离合器6可以模拟主轴系统高速运转时的突加负载和突卸负载，负载模拟飞轮组7设计为可更换不同质量配组结构，可以实现不同负载下高速磁悬浮主轴的状态参数测量，电涡流测功机8可以对轴系的转速转矩进行测量，进而求出转子系统功率，同时电涡流测功机还可以起到制动器的作用。

由图1高速转子系统磁悬浮支承装置试验台的系统框图所示：试验台系统总体包含磁悬浮支承装置机械结构部分以及信号测量控制上位机部分。其中磁悬浮支承机械结构部分包含磁悬浮支承主轴部分以及负载模拟测量部分，是试验台进行磁悬浮轴承性能测试的主体机械部分。信号测量控制上位机部分包含电机控制系统，磁轴承控制系统，磁粉离合器控制系统，电涡流测功机控制系统以及各传感器的信号采集部分。

该试验台可对高速转子系统磁悬浮主轴系统进行以下实验分析。

（1）磁悬浮主轴空载起浮实验

可以进行高速转子系统磁悬浮支承装置的起浮稳定性实验，通过电机转速传感器，磁悬浮轴承位移传感器测量的实验数据，分析起浮过程中转子的功率，刚度，阻尼，以及转子稳定性。

（2）磁悬浮主轴静态悬浮实验

当控制磁悬浮轴承稳定悬浮之后，需要对磁悬浮轴承的转子位置进行持续监测，以测试磁悬浮轴承性能。

（3）磁悬浮主轴动态悬浮实验

当磁悬浮轴承稳定浮动一段时间之后需要加载高速电机稳定启动以达到动态悬浮状态，分析动态悬浮过程中转子的功率，刚度，阻尼，以及转子稳定性。

（4）磁悬浮主轴突加负载稳定性实验

通过磁粉离合器实现转子高速运动过程中的突加负载，测试系统突加负载时的稳定性以及性能参数。

（5）磁悬浮主轴的外部冲击扰动试验

当高速磁悬浮主轴系统稳定运行时，对系统施加如锤击等外部扰动，观察系统动态性能的改变以及系统的稳定性指标。