一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置

本发明涉及电机，特别涉及一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置。

背景技术：

1、高速内置式永磁同步电机具有高功率密度、高效率、小型化、宽调速范围和出色的过载能力等优势。因此，它在高速耐磨机床、空气循环制冷系统、储能飞轮和燃料电池等领域具有广泛的应用前景。高速内置式永磁转子在高速旋转时，转子隔磁桥需要承受由极靴和永磁引起的巨大离心力，而隔磁桥结构相对薄弱，转子结构完整性极易受到破坏。因此，对内置式转子结构的机械应变进行准确测量，确保转子强度满足要求，对于高速内置式永磁同步电机的安全可靠运行具有重要意义。

2、目前测试内置式永磁转子强度主要有以下三种方法，第一种是可靠性测试法，通过制作样机使其高速旋转，观察其是否能够长期正常运行确定转子是否满足设计要求；第二种是塑性变形观测法，内置式永磁转子铁心试样在不同转速下运行，停机后观察其是否发生塑性变形评估转子强度；第三种是静态等效实验法，通过在一对磁极的辅助桥处施加与离心力大小相等的拉力观察内置式永磁转子是否发生塑性变形评估转子强度；第一种方法测试周期长，前两种方法无法反映出弹性变形阶段转子结构强度随转速和结构参数的变化规律，第三种方法无法精确反映出动态情况下转子铁心机械强度随转速和结构参数的变化规律。

3、可以看出，上述方案均不能精确确定转子动态强度随转速和结构参数的变化规律。对转子强度进行直接测试的最有效的方法是测量转子结构的应力，目前缺乏一种高速内置式永磁转子机械应力的动态测试装置。

技术实现思路

1、本发明解决的目的在于提供一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，动态测量高速内置式永磁转子隔磁桥处的应变，获取永磁转子机械强度随转速和结构参数的变化规律，为准确评估永磁转子强度性能、验证内置式永磁转子强度设计的可靠性提供一种有效测量手段。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其采用的技术方案如下：

3、一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，包括驱动系统、测试系统以及电信号采集处理系统；

4、所述驱动系统包括高速原动机与弹性膜片联轴器；高速原动机可以通过加减速使其在不同转速下稳定旋转；

5、所述测试系统包括高速滑环装置、内置式永磁转子铁心、应变片以及供电装置，所述高速滑环装置包括多个电刷以及多个滑环，所述内置式永磁转子铁心通过花键与高速滑环装置的转子连接，所述应变片粘贴在所述内置式永磁转子铁心的隔磁桥处，所述弹性膜片联轴器一端连接高速原动机的转轴，另一端连接所述高速滑环装置；

6、单个隔磁桥应变测试电信号传输路线为：供电装置→第一电刷→第一滑环→应变片→第二滑环→第二电刷→电信号采集处理系统。

7、进一步地，所述供电装置与第一电刷、第一滑环与应变片、应变片与第二滑环/第二电刷与电信号采集处理系统之间通过引线传输电信号，第一电刷与第一滑环、第二滑环与第二电刷之间通过摩擦接触传输电信号。

8、进一步地，所述高速滑环装置包括定子、转子、轴承卡环以及轴承，所述转子与定子之间通过轴承连接；

9、所述定子包括上端盖、下端盖、上端盖支架、电刷支架、护套以及电刷，所述上端盖与所述下端盖之间通过上端盖支架连接，所述电刷支架与所述下端盖通过螺母连接；

10、所述转子包括滑环转子转轴以及滑环，所述滑环固定在滑环转子转轴上与所述滑环转子转轴同步转动。

11、进一步地，所述上端盖设有第一通孔、第一轴承定位孔、引线孔以及止转片，所述第一通孔和第一轴承定位孔设置为多个，

12、所述止转片用于防止下端盖转动；

13、所述引线孔用于实现供电装置与电刷、电信号采集处理系统与电刷之间的引线连接，

14、所述第一轴承定位孔用于实现轴承的径向、轴向定位；

15、螺母穿过所述第一通孔以将上端盖支架、电刷支架与下端盖连接。

16、进一步地，所述上端盖支架的两端设有螺纹孔，利用所述螺纹孔与螺纹组件配合以固定所述上端盖与所述下端盖之间的轴向距离。

17、进一步地，所述电刷支架上通过螺纹装配有所述电刷，以使所述电刷与滑环保持摩擦接触传输电信号。

18、进一步地，所述下端盖上设置有与所述上端盖上设置的第一通孔和第一轴承定位孔相对应的第二通孔和第二轴承定位孔。

19、进一步地，所述滑环转子转轴的上端设置有多个径向引线孔、一个轴向引线孔、多个轴承卡环槽、多个滑环槽、一个内置式永磁转子铁心轴肩以及多个花键；

20、所述滑环槽用于实现滑环的轴向定位；

21、所述轴承卡环槽用于实现滑环转子转轴的轴向定位；

22、所述轴向引线孔用于将与应变片、滑环连接的引线引出；

23、所述内置式永磁转子铁心轴肩用于实现铁心轴向定位；

24、所述花键用于实现滑环转子转轴与弹性膜片联轴器、永磁转子铁心的周向定位。

25、进一步地，所述滑环的厚度小于所述滑环槽的深度。

26、进一步地，所述内置式永磁转子铁心轴肩的半径小于内置式永磁转子铁心的隔磁桥所处位置的半径。

27、本发明的有益效果是：

28、本发明应用动态摩擦接触的方法，通过高速滑环解决了粘贴在高速旋转的转子隔磁桥上的应变片引线的引出问题，充分考虑了内置式永磁转子铁心的结构特征，设计出合理的动态应变测试装置，实现高速永磁转子铁心应变的动态测量功能。该测试装置具有结构简单、成本低、测试周期短、测试精度高的特点，可获取永磁转子机械强度随转速和结构参数的变化规律，为准确评估永磁转子强度性能、验证永磁转子强度设计的可靠性提供一种有效测量手段。

技术特征：

1.一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，包括驱动系统、测试系统以及电信号采集处理系统；

2.如权利要求1所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述供电装置与第一电刷、第一滑环与应变片、应变片与第二滑环/第二电刷与电信号采集处理系统之间通过引线传输电信号，第一电刷与第一滑环、第二滑环与第二电刷之间通过摩擦接触传输电信号。

3.如权利要求1所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述高速滑环装置包括定子、转子、轴承卡环以及轴承，所述转子与定子之间通过轴承连接；

4.如权利要求3所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述下端盖设有第一通孔、第一轴承定位孔、引线孔以及止转片，所述第一通孔和第一轴承定位孔设置为多个，

5.如权利要求3所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述上端盖支架的两端设有螺纹孔，利用所述螺纹孔与螺纹组件配合以固定所述上端盖与所述下端盖之间的轴向距离。

6.如权利要求3所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述电刷支架上通过螺纹装配有所述电刷，以使所述电刷与滑环保持摩擦接触传输电信号。

7.如权利要求4所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述下端盖上设置有与所述上端盖上设置的第一通孔和第一轴承定位孔相对应的第二通孔和第二轴承定位孔。

8.如权利要求3所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述滑环转子转轴的上端设置有多个径向引线孔、一个轴向引线孔、多个轴承卡环槽、多个滑环槽、一个内置式永磁转子铁心轴肩以及多个花键；

9.如权利要求8所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述滑环的厚度小于所述滑环槽的深度。

10.如权利要求8所述的高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，其特征在于，所述内置式永磁转子铁心轴肩的半径小于内置式永磁转子铁心的隔磁桥所处位置的半径。

技术总结
本发明公开一种高速内置式永磁转子应变的动态测试装置，包括驱动系统、测试系统以及电信号采集处理系统；驱动系统包括高速原动机与弹性膜片联轴器；高速原动机可以通过加减速使其在不同转速下稳定旋转；测试系统包括高速滑环装置、内置式永磁转子铁心、应变片以及供电装置构成，内置式永磁转子铁心通过花键与高速滑环装置的转子连接，应变片粘贴在所述内置式永磁转子铁心的隔磁桥处，弹性膜片联轴器一端连接高速原动机的转轴，另一端连接所述高速滑环装置。本发明具有测试周期短、测试精度高的特点，可获取永磁转子机械强度随转速和结构参数的变化规律，为准确评估永磁转子强度性能、验证永磁转子强度设计的可靠性提供一种有效测量手段。

技术研发人员：王东雄,曹康磊,章菊,王光辉
受保护的技术使用者：湖北汽车工业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29