一种超高速永磁电机损耗分离装置及其损耗分离方法

1.本发明涉及电力传动技术领域，尤其是一种超高速永磁电机损耗分离装置及其损耗分离方法。


背景技术：

2.随着航空航天、国防安全、生产生活等领域对便携式、高功率密度能量转换装置需求的急剧上升，超高速微型电机成为了当今必要的研究内容和发展方向。超高速电机定转子磁场含有高频旋转的空间谐波，同时供电电流含有高频的基波和谐波，这都会在定转子中产生大量的铜损、铁损和转子涡流损耗。此外，电机超高的机械旋转频率也将造成大量的机械摩擦损耗，其中包括轴承摩擦损耗和空气摩擦损耗。超高速微型永磁电机体积很小，损耗密度大，因此如何准确测定分析电机系统损耗，成为电机向超高速发展的关键所在。
3.电机在超高速运行时需要考虑了高频的旋转磁场和谐波，电机各类损耗比较难实现高精度的计算和实测，目前常见的损耗计算方法主要有解析法和有限元法，而损耗实验测试一直以来都是一个难点，目前实验测试的主要方法包括：自然降速法、堵转/无转子对比测试法、利用拖动平台测试法。然而，目前几乎所有的测试方法均存在一定的理论误差和测试误差，在测试精度和测试简易程度方面，现有损耗测试装置及测试方法均有进一步提升空间。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种超高速永磁电机损耗分离装置及其损耗分离方法，能够分析损耗分布，优化电机效率。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种超高速永磁电机损耗分离装置，包括：一套空载电机平台和一套对拖电机平台；对拖电机平台中的电动电机部分和拖动电机部分与空载电机平台结构参数完全一致，通过控制两个平台的结构差量，以此对比分离出电机各种损耗值。
6.优选的，空载电机平台包括单端整体式机械轴承1、转子结构2、定子结构3、机壳和端盖；定子结构3与单端整体式机械轴承1在机壳的轴向两端分别进行固定装配；转子结构2与单端整体式机械轴承1进行同轴转配，并且转子结构2与定子结构3在轴向上对齐，径向上留有一定气隙；端盖与机壳进行固定装配，起到电机内腔封闭作用。
7.优选的，对拖电机平台包括单端整体式机械轴承1、转子结构2、定子结构3；转子结构2、定子结构3以单端整体式机械轴承1为中心对称安装，并分别构成了电动电机部分和拖动电机部分；电动电机部分、拖动电机部分转子转轴同轴连接，且共用一套整体式机械滚珠轴承。
8.优选的，对拖电机平台中的电动电机部分、拖动电机部分和空载电机平台中的电动电机部分结构参数完全一致。
9.相应的，一种超高速永磁电机损耗分离装置的损耗分离方法，包括如下步骤：
10.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出定子铁心损耗，包含以下步骤：
11.(1)将对拖电机平台的拖动电机部分进行有定子安装，但绕组开路设置，然后通过电动电机部分将转子拖动到额定转速，用功率分析仪测出电动电机输入侧有功功率，记为p1；
12.(2)将对拖电机平台拖动电机部分进行无定子安装，然后通过电动电机部分将转子拖动到额定转速，用功率分析仪测出电动电机输入侧有功功率，记为p2；
13.(3)步骤(1)和步骤(2)测得两次有功功率之差p1‑
p2为被测电机铁损p
fe
；
14.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出定子绕组损耗，包含以下步骤：
15.(4)利用lcr电桥测得定子相绕组电阻值r；
16.(5)利用电流探头和示波器测出额定工况下电流值i；
17.(6)利用步骤(4)和步骤(5)所测得的结果，根据p
cu
＝mi2r可以直接计算出定子绕组损耗p
cu
；式中m为电机相数；
18.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出转子风摩损耗，包含以下步骤：
19.(7)将对拖电机平台的拖动电机部分进行无定子装配，并通过电动电机部分将转子拖动到额定转速，用功率分析仪测量电动电机输入有功功率，记为p3；
20.(8)将空载电机平台运转到额定转速，用功率分析仪测量电机输入有功功率，记为p4；
21.(9)步骤(7)和步骤(8)两次测得有功功率之差p3‑
p4为被测电机风摩损耗p
air
；
22.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出转子涡流损耗，包含以下步骤：
23.(10)对空载电机平台进行转子堵转实验，保证实验电流幅值和频率与额定工况一致，并测得电机输入功率，记为p5；
24.(11)对空载电机平台进行无转子实验，保证实验电流幅值和频率与额定工况一致，并测得电机输入功率，记为p6；
25.(12)步骤(11)和步骤(12)两次测得有功功率之差p5‑
p6为被测电机转子涡流损耗p
e
。
26.本发明的有益效果为：(1)空载电机平台和对拖电机平台均采用整体式支撑装置，其中对拖电机平台的电动电机部分和拖动电机部分以整体轴承为中心对称分布，该结构中所有转子部件同轴连接、不需要联轴器，一致性高，整体性好，可以保障电机在超高速下稳定运行；(2)不借助有限元方法辅助，完全通过实验的方法进行损耗测试；(3)利用本发明的测试平台和测试方法，可以考虑到电机超高转速带来高频电磁损耗和机械损耗，并将超高速永磁电机定子铁损、绕组铜损、风摩损耗、转子涡流损耗逐一分离测试出来；(4)本测试方法主要基于两套电机平台，利用结构参数控制变量的方法进行部件损耗分离，操作简单，易于实现。
附图说明
27.图1为本发明的空载电机平台结构示意图。
28.图2为本发明的对拖电机平台结构示意图。
29.图3为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
30.如图1和图2所示，一种超高速永磁电机损耗分离装置，包括：一套空载电机平台和一套对拖电机平台；对拖电机平台中的电动电机部分和拖动电机部分与空载电机平台结构参数完全一致，通过控制两个平台的结构差量，以此对比分离出电机各种损耗值。
31.空载电机平台包括单端整体式机械轴承1、转子结构2、定子结构3、机壳和端盖；定子结构3与单端整体式机械轴承1在机壳的轴向两端分别进行固定装配；转子结构2与单端整体式机械轴承1进行同轴转配，并且转子结构2与定子结构3在轴向上对齐，径向上留有一定气隙；端盖与机壳进行固定装配，起到电机内腔封闭作用。
32.对拖电机平台包括单端整体式机械轴承1、转子结构2、定子结构3；转子结构2、定子结构3以单端整体式机械轴承1为中心对称安装，并分别构成了电动电机部分和拖动电机部分；电动电机部分、拖动电机部分转子转轴同轴连接，且共用一套整体式机械滚珠轴承。
33.对拖电机平台中的电动电机部分、拖动电机部分和空载电机平台中的电动电机部分结构参数完全一致。
34.如图3所示，相应的，一种超高速永磁电机损耗分离装置的损耗分离方法，包括如下步骤：
35.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出定子铁心损耗，包含以下步骤：
36.(1)将对拖电机平台的拖动电机部分进行有定子安装，但绕组开路设置，然后通过电动电机部分将转子拖动到额定转速，用功率分析仪测出电动电机输入侧有功功率，记为p1；
37.(2)将对拖电机平台拖动电机部分进行无定子安装，然后通过电动电机部分将转子拖动到额定转速，用功率分析仪测出电动电机输入侧有功功率，记为p2；
38.(3)步骤(1)和步骤(2)测得两次有功功率之差p1‑
p2为被测电机铁损p
fe
；
39.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出定子绕组损耗，包含以下步骤：
40.(4)利用lcr电桥测得定子相绕组电阻值r；
41.(5)利用电流探头和示波器测出额定工况下电流值i；
42.(6)利用步骤(4)和步骤(5)所测得的结果，根据p
cu
＝mi2r可以直接计算出定子绕组损耗p
cu
；式中m为电机相数；
43.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出转子风摩损耗，包含以下步骤：
44.(7)将对拖电机平台的拖动电机部分进行无定子装配，并通过电动电机部分将转子拖动到额定转速，用功率分析仪测量电动电机输入有功功率，记为p3；
45.(8)将空载电机平台运转到额定转速，用功率分析仪测量电机输入有功功率，记为
p4；
46.(9)步骤(7)和步骤(8)两次测得有功功率之差p3‑
p4为被测电机风摩损耗p
air
；
47.利用所述超高速永磁电机损耗分离装置测试分离出转子涡流损耗，包含以下步骤：
48.(10)对空载电机平台进行转子堵转实验，保证实验电流幅值和频率与额定工况一致，并测得电机输入功率，记为p5；
49.(11)对空载电机平台进行无转子实验，保证实验电流幅值和频率与额定工况一致，并测得电机输入功率，记为p6；
50.(12)步骤(11)和步骤(12)两次测得有功功率之差p5‑
p6为被测电机转子涡流损耗p
e
。