电机测试系统及方法与流程

本发明属于电机测试技术领域，具体涉及一种电机测试系统及方法。

背景技术：

冰箱压缩机在研制过程中，电机效率很大一部分决定了压缩机的节能效果；此外，压缩机产品追求高性价比，需要电机做到合理满足压缩机泵体负载的功率需求。在这两种情况下，技术人员都需要通过电机性能测试台进行输出功率、转速、电流和效率评估，以判断设计方案的优劣。

目前电机性能测试设备较多，如图1所示，电机性能测试设备包括稳压变频电源1’、测试台架2’、测功机3’、被测电机夹具4’、测功机控制器5’、功率分析仪6’、安装有数据采集处理软件电脑7’。图1所示的设备适合测试自带机壳端盖的工业标准电机，图2为其测试原理遵循电机能流图，其中图2所示的：p1—电机输入功率、pcu1—定子铜损、pfe—定子铁损、pm—电磁功率、pcu2—转子铜损、pω—总机械功率、pω—机械损耗、ph—附加损耗、p2—电机输出功率。

图1所示的电机性能测试设备通过测功机控制器5’，控制测功机3’输出的转矩大小，以此来模拟机械负载。时时采集被测电机瞬时速度n和输入功率p1，通过以下公式后台计算得出被测电机在此负载转矩下的效率值η：

p2＝t·n/60*2π

η＝p2/p1

然而，对于制冷压缩机电机类无壳电机，使用上述设备，会面临被测电机安装和测试精度问题。

专利zl200520064759.2公开了一种压缩机电机测试夹具，可解决类似如空调和冰箱压缩机电机，因没有外壳和端盖而存在测试困难的问题，该夹具最大特点是可适应一定范围内的压缩机电机外形尺寸，通用化较好。但其结构中，支撑套与主轴间有轴承座机构，两端的滚珠轴承有滚动摩擦损耗，虽然其机械摩擦损耗绝对值较小，但在冰箱压缩机电机这类微特电机损耗中占比却很大，影响测试的精度，直观表现在同一台电机两次测试效率波动3个点以上。

专利zl200920311716.8公开了一种无壳电机测试装置，其测试平台上安装有测功机和轴承座，通用电机主轴安装在轴承座中的轴承中，主轴一端与测功机的测试轴连接，另一端有安装转子的专用夹具，并转子外套有一个可移开的定子。该装置测试电机时操作简单，大幅度提高无壳电机测试精确度。但由于轴承座和轴承的存在，依然有机械摩擦损耗，影响电机测试数据的稳定性和一致性。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机测试系统及方法，以解决无壳电机在电机测试系统上测试时稳定性和一致性不高的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种电机测试系统，包括用于夹紧待测电机定子的夹具、用于测试所述待测电机功率的测功机及与所述测功机的伸出轴连接的连接轴；所述电机测试系统还包括轴承，所述轴承包括连接所述连接轴的主轴以及套设于所述主轴外的轴套；其中，所述轴套与所述夹具固定设置，所述主轴悬浮于所述轴套内。

优选地，所述轴承为气浮轴承。

优选地，所述电机测试系统还包括用于给所述轴承提供气体的气源，所述气源与所述轴承连通。

优选地，所述电机测试系统还包括调压器，所述调压器设置于所述气源与所述轴承之间的气道上。

优选地，所述电机测试系统还包括控制开关，所述控制开关设置于所述气源与所述轴承之间的气道上。

优选地，所述电机测试系统还包括用于干燥所述气源的干燥过滤器，所述干燥过滤器设置于所述气源与所述轴承之间的气道上。

优选地，所述电机测试系统还包括与所述测功机连接的功率分析仪。

优选地，所述测功机包括测功机主机以及用于控制所述测功机主机的测功机控制器。

优选地，所述测功机还包括用于冷却所述测功机主机的测功机冷却装置，所述测功机冷却装置设置于所述测功机主机上。

优选地，所述轴承为磁悬浮轴承。

优选地，所述电机测试系统包括用于控制所述磁悬浮轴承的磁悬浮轴承控制器及监测所述磁悬浮轴承的位置传感器。

本发明另一方面还提供了一种电机测试方法，应用于上述的电机测试系统，包括：测试所述电机测试系统的轴承的主轴与轴套是否有接触；将待测电机的转子连接于所述主轴，所述待测电机的定子固定于所述电机测试系统的夹具上；打开测功机；设置测试参数；开启待测电机。

优选地，所述设置测试参数的步骤包括：设置pω＝0，其中pω为机械摩擦损耗。

本发明提供的电机测试系统及方法，通过将与待测电机的转子连接的主轴悬浮于轴套内，避免主轴转动时与轴套的内壁直接接触，减少电机测试系统的机械摩擦损耗，提高电机测试时的稳定性和一致性。

附图说明

图1是现有技术的电机测试系统的结构示意图；

图2是图1所示的电机测试系统的电机能流图；

图3是本发明实施例的电机测试系统的结构示意图；

图4是本发明实施例的夹具与轴承的配合结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明实施例的电机测试方法的流程图。

附图标记表示为：

1’、稳压变频电源；2’、测试台架；3’、测功机；4’、被测电机夹具；5’、测功机控制器；6’、功率分析仪；7’、电脑；

1、夹具；21、测功机主机；22、测功机控制器；23、测功机冷却装置；3、连接轴；4、轴承；41、主轴；42、轴套；5、电源；6、测试台架；7、功率分析仪；8、数据采集和处理器；9、气源；10、调压器；11、控制开关；12、干燥过滤器。

具体实施方式

本发明的下述各实施例中，仅是为了便于对结构进行描述，并不对本发明所要保护的结构进行限制。

结合参见图3至图5所示，根据本发明的实施例，本发明提供了一种电机测试系统，包括用于夹紧待测电机定子的夹具1、用于测试待测电机功率的测功机、与所述测功机的伸出轴连接的连接轴3及轴承4，轴承4包括连接所述连接轴3的主轴41以及套设于主轴41外的轴套42；其中，轴套42与夹具1固定设置，主轴41悬浮于轴套42内。本发明通过将与待测电机的转子连接的主轴41悬浮于轴套42内，避免主轴41转动时与轴套42的内壁直接接触，减少电机测试系统的机械摩擦损耗，提高电机测试时的稳定性和一致性。

具体地，如图3所示，本发明的电机测试系统包括电源5，通过电源5给整个电机测试系统供电。在一个优选地实施例中，本发明的电源5为变频稳压电源，以满足电机测试系统的需求。

结合参见图4和图5，本发明的电机测试系统的夹具1与轴承4的轴套42固定设置，连接轴3穿过夹具1并与测功机的伸出轴连接，连接轴3悬浮于夹具1的中心。主轴41外连接连接轴3，且该主轴41悬浮于轴套42内，主轴41的制造精度可比连接轴3的精度高，以当在转动过程中，即使主轴41与轴套42的内壁接触，也能减少主轴41与轴套42的摩擦。在另一具体实施方式中，电机测试系统还包括测试台架6，可将轴承4、夹具1及测功机均至于测试台架6上。

本发明的测功机包括测功机主机21和用于控制测功机主机21工作的测功机控制器22。测功机控制器22可以是设置于测功机主机21内，也可以是独立于测功机主机21的。在一个优选地实施例中，测功机还包括用于冷却测功机主机21的测功机冷却装置23，测功机冷却装置23可以直接设置于测功机主机21上，以避免测功机主机21工作过热，影响电机测试系统的测试结果。

本发明的电机测试系统还包括与测功机连接的功率分析仪7，用于测量测功机的功率或其他参数。

本发明的电机测试系统还包括数据采集和处理器8，在本发明的一个具体实施方式中，本发明的数据采集和处理器8可以是电脑，电脑上装载数据采集和处理软件；在其他的实施方式中，本发明的数据采集和处理器8还可以是其他电子设备，如装载有数据采集和处理软件的手机。数据采集和处理器8与测功机控制器22和功率分析仪7连接，获取测功机控制器22和功率分析仪7的相关数据，以对待测电机进行分析。

以上为本发明的电机测试系统的总体描述，在一个具体的实施例中，本发明的轴承4可以为气浮轴承，即在轴套42腔内导入一定压力的空气使得主轴41悬浮于轴套42腔内。由于气浮轴承的主轴41悬浮于轴套42腔内旋转，因此可以保证主轴41旋转时不会与轴套42的内壁产生机械摩擦。

如图3所示，为了给气浮轴承的轴套42腔内提供气体，使得在整个电机测试系统中，气浮轴承的主轴41都不会与轴套42的内壁接触，本发明还提供了气源9，气源9通过气道与轴承4连通。在一个优选的实施方式中，本发明的气源9为稳压气源9，以给轴套42腔内提供稳压气源9，气压稳定，则能有效避免主轴41与轴套42内壁的接触。

为了实现调压，在气源9与气浮轴承之间的气道上还可以设置调压器10。

为了更好的控制气源9，在气源9与气浮轴承之间的气道上还可以设置控制开关11；在一个具体的实施例中，控制开关11可以为压力继电器。

一般地，轴承4属于精密器件，需要保证轴承4的干燥，减少轴承4的腐蚀，因此电机测试系统还包括用于干燥气源9的干燥过滤器12，干燥过滤器12设置在气源9与气浮轴承之间的气道上，使得输送到气浮轴承的轴套42内的空气是干燥的。

在另一个具体的实施方式中，本发明的轴承4为磁悬浮轴承，利用磁力作用将主轴41悬浮于轴套42内，使主轴41与轴套42之间没有机械接触。优选地，电机测试系统还包括用于控制磁悬浮轴承的磁悬浮轴承控制器及监测磁悬浮轴承的位置传感器，以能够实时监控和控制磁悬浮轴承的主轴41与轴套42之间的位置，防止主轴41与轴套42之间的内壁接触，减少电机测试系统的机械摩擦损耗，提高电机测试时的稳定性和一致性。

如图6所示，本发明还提供了一种应用于上述电机测试系统的电机测试方法，包括以下步骤：测试电机测试系统的轴承4的主轴41与轴套42是否有接触；将待测电机的转子连接于主轴41，待测电机的定子固定于电机测试系统的夹具1上；打开测功机；设置测试参数；开启电机。

具体地，步骤s1：测试轴承4的主轴41与轴套42是否有接触。

以气浮轴承为例，在待测电机在电机测试系统之前，先静态调试气浮轴承，可使用万用表测试主轴41与轴套42间的稳态电阻值大小，可简便判断气浮效果和主轴41与轴套42的间隙大小。万用表测试的电阻值如果是∞，则表示气膜良好，气浮轴承可以工作。如果电阻变化不定或为零，表示主轴41与轴套42有接触，需要拆下主轴41清洗或修理。

步骤s2：将待测电机的转子连接于主轴41，待测电机的定子固定于电机测试系统的夹具1上。

在测试轴承4的主轴41与轴套42没有接触后，再将待测电机的转子连接于主轴41，待测电机的定子固定于电机测试系统的夹具1。

在待测电机装配好后，可进一步通过上述方法确认测试轴承4的主轴41与轴套42是否有接触，并针对测试结果进行调试。

步骤s3：打开测功机。

步骤s4：设置测试参数。

其中，将pω＝0，其中pω为机械摩擦损耗，在电机测试系统工作时，受轴承4磨损、装配影响，每次测试时pω的值变化无常。通过现有技术的图2可以看出pω的值对p1的值影响比较大，p1为电机的输入功率。pω的值大，p1的值大，电机效率低；pω的值小，p1的值小，电机效率高。本实施例中，轴承4的主轴41悬浮于轴套42内，基本可以忽略轴承4摩擦以及装配对于电机测试结果的影响，因此，设pω＝0，可排除机械摩擦的干扰，提高电机测试系统的稳定性和一致性。

步骤s5:开启待测电机。

上述电机测试方法，由于应用的电机测试系统的主轴悬浮于轴套内，能够避免主轴转动时与轴套的内壁直接接触，消除了轴承的摩擦以及装配对电机测试结果的影响；且在测试过程中，设pω＝0，可排除机械摩擦的干扰，提高电机测试系统的稳定性和一致性。

下面以气浮轴承为例，来说明下带有气浮轴承的电机测试系统的测试方法：

步骤s10：接通气源9，使气源9的气压达到4×10⁵pa；

为了使气浮轴承更好的工作，需保证气源9提供气压达到4×10⁵pa，如气压未达到4×10⁵pa，则可以通过调压器10增压或调换供气源9。

步骤s20：测试气浮轴承的主轴41与轴套42是否有接触；

静态调试气浮轴承，使用万用表测试主轴41与轴套42间的稳态电阻值大小，可判断气浮效果和主轴41与轴套42的间隙大小。万用表测试的电阻值如果是∞，则表示气膜良好，气浮轴承可以工作。如果电阻变化不定或为零，表示主轴41与轴套42有接触，需要拆下主轴41清洗或修理。

步骤s30、将待测电机的转子连接于主轴41，待测电机的定子固定于电机测试系统的夹具1上。

在测试轴承4的主轴41与轴套42没有接触后，再将待测电机的转子连接于主轴41，待测电机的定子固定于电机测试系统的夹具1。

在待测电机装配好后，如有必要，可进一步确认测试轴承4的主轴41与轴套42是否有接触，并针对测试结果进行调试。

步骤s40、启动变频稳压电源5，选择调节所需的供电电压和频率；

步骤s50、打开测功机及功率分析仪7；

步骤s60、打开数据采集和处理器，设置配置参数，选择合适的量程范围；

其中，将配置参数中的pω＝0，pω为机械摩擦损耗，其他参数设置可参照现有技术。

步骤s70、启动待测电机运转，调节待测电机的驱动控制器的运行频率；

步骤s80、调节设定测功机主机的加载扭矩；

步骤s90、稳定运行一定时间后，将数据保存及后处理。

综上，本发明通过将与待测电机的转子连接的主轴悬浮于轴套内，避免主轴转动时与轴套的内壁直接接触，减少电机测试系统的机械摩擦损耗，提高电机测试时的稳定性和一致性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。