一种超导电机转子试验平台和超导磁体测试方法与流程

1.本技术涉及超导电机技术领域，尤其涉及一种超导电机转子试验平台和超导磁体测试方法。


背景技术：

2.在超导电机研制过程中，需要对超导电机的相关零部件进行测试，验证关键零部件的技术性能和可靠性。测试时，需要通过实验平台来实现，试验平台可以模拟超导电机实际运转时的高速旋转、通电等条件。对于超导电磁的旋转低温实验，传统方法是采用转子整体拆装方式进行超导磁体的安装，首先将超导磁体安装在转子内部，然后依次安装好其他零部件后，最后将转子整体吊装到轴承座上，并进行对中调试，使其同轴，在测试不同超导磁体时，需要拆卸转子、更换超导磁体，重新安装超导磁体及其相关部件，再安装和调试整个转子，存在测试效率低的问题。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种超导电机转子试验平台和超导磁体测试方法，用于改善现有的试验平台在测试不同的超导磁体时，存在测试过程复杂，测试效率低的技术问题。
4.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种超导电机转子试验平台，包括：
5.低温系统、旋转密封装置、转子输入轴、强电滑环、超导转子、信号采集系统、联轴器和底座；
6.所述超导电机转子试验平台的一端设置有所述低温系统，另一端设置有所述联轴器，用于连接驱动装置，以驱动所述超导转子旋转；
7.所述旋转密封装置的一侧连接所述低温系统，另一侧连接所述转子输入轴的一侧，所述旋转密封装置通过轴承座连接所述底座；所述转子输入轴的另一侧连接所述超导转子，所述强电滑环套接在所述转子输入轴与所述超导转子之间的旋转轴上；
8.所述超导转子包括转子主骨架、转子真空腔、真空腔盖板、绝热力矩管，所述转子真空腔内设置有所述转子主骨架，超导磁体通过极靴固定在所述转子主骨架上，所述转子主骨架通过两侧的同轴环与所述绝热力矩管进行同轴连接；所述转子真空腔表面设置有可拆卸的所述真空腔盖板，在所述转子真空腔表面形成窗口结构，使得超导磁体通过该窗口结构进入所述超导转子内部进行安装；所述超导转子两侧的专用轴均通过轴承座连接所述底座；
9.所述信号采集系统设置于所述超导转子和所述联轴器之间的专用轴上，用于采集旋转状态下的超导磁体内的传感器信号和电压信号。
10.可选的，所述低温系统包括制冷机、氦气泵和氦气管道，用于提供低温循环氦气。
11.可选的，所述旋转密封装置的一侧通过vcr接头与所述氦气管道连接，另一侧通过波纹管连接所述转子输入轴的一侧。
12.可选的，所述极靴的材料为不锈钢材料。
13.可选的，所述转子主骨架的材料为不锈钢材料。
14.可选的，所述转子真空腔的材料为不锈钢材料。
15.可选的，所述绝热力矩管的材料为玻璃钢材料。
16.可选的，所述转子骨架上设置有上下两个对称的凸极，所述凸极为阶梯状结构，用于安装超导磁体。
17.本技术第二方面提供了一种超导磁体测试方法，包括：
18.将超导电机转子试验平台中的超导转子旋转至真空腔盖板朝上的位置，并移除所述真空腔盖板，形成转子窗口，所述超导电机转子试验平台为第一方面任一种所述的超导电机转子试验平台；
19.将待测试的超导磁体从所述转子窗口吊装进所述超导转子中，并通过极靴将所述超导磁体固定在所述转子骨架上；
20.连接所述超导磁体的氦气管道和电流引线，安装所述真空腔盖板；
21.对转子真空腔进行抽真空，当所述转子真空腔内的真空度满足预置条件后，启动降温系统，通过所述降温系统输出循环冷氦气对所述超导系统进行降温；
22.启动驱动装置，使得所述驱动装置通过联轴器带动所述超导转子、信号采集系统和转子输入轴旋转，对旋转状态下的超导磁体进行通流测试；
23.通过所述信号采集系统采集旋转状态下的所述超导磁体内的传感器信号和电压信号。
24.可选的，还包括：
25.在测试完成后，将所述超导转子旋转至真空腔盖板朝上的位置，并移除所述真空腔盖板，形成转子窗口；
26.拆除所述极靴，解开所述超导磁体的氦气管道和电流引线；
27.将所述超导磁体从所述转子窗口吊出。
28.从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：
29.本技术提供了一种超导电机转子试验平台，包括：低温系统、旋转密封装置、转子输入轴、强电滑环、超导转子、信号采集系统、联轴器和底座；超导电机转子试验平台的一端设置有低温系统，另一端设置有联轴器，用于连接驱动装置，以驱动超导转子旋转；旋转密封装置的一侧连接低温系统，另一侧连接转子输入轴的一侧，旋转密封装置通过轴承座连接底座；转子输入轴的另一侧连接超导转子，强电滑环套接在转子输入轴与超导转子之间的旋转轴上；超导转子包括转子主骨架、转子真空腔、真空腔盖板、绝热力矩管，转子真空腔内设置有转子主骨架，超导磁体通过极靴固定在转子主骨架上，转子主骨架通过两侧的同轴环与绝热力矩管进行同轴连接；转子真空腔表面设置有可拆卸的真空腔盖板，在转子真空腔表面形成窗口结构，使得超导磁体通过该窗口结构进入超导转子内部进行安装；超导转子两侧的专用轴均通过轴承座连接底座；信号采集系统设置于超导转子和联轴器之间的专用轴上，用于采集旋转状态下的超导磁体内的传感器信号和电压信号。
30.本技术中，在转子真空腔上设置可拆卸的真空腔盖板，形成窗口结构，从而可以通过该窗口安装和拆卸超导磁体，安装和拆卸过程中，超导转子中的绝热力矩管、转子真空腔等部件不需要做任何变动，安装完超导磁体后，也不需要对超导转子重新进行对中调试，简化了安装过程，提高了测试效率，从而改善了现有的试验平台在测试不同的超导磁体时，存
在测试过程复杂，测试效率低的技术问题。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.图1为本技术实施例提供的一种超导电机转子试验平台的一个结构示意图；
33.图2为本技术实施例提供的一种超导转子的一个全局结构示意图；
34.图3为本技术实施例提供的一种超导转子的内部结构示意图；
35.图4为本技术实施例提供的一种转子真空腔的一个结构示意图；
36.图5为本技术实施例提供的一种超导磁体安装的一个示意图。
具体实施方式
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.本技术实施例发现，对于超导磁体的旋转低温试验，传统方法是采用转子整体拆装方式进行超导磁体的安装：首先将超导磁体安装在转子主骨架上，然后将极靴、绝热力矩管、转子真空腔等零部件和内部管线依次安装好，最后将转子整体吊装到轴承座上，并进行对中调试。由于超导转子内部结构复杂，转子主骨架、绝热力矩管等均需要精确安装，且内部管线(电流引线、传感器信号线、氦气管等)众多，对安装设备和人员要求高，若频繁的拆装容易造成零件破坏。用于现有的超导转子特定的结构，在一个超导磁体样品试验完成后，必须将整个超导转子拆卸后才能去除超导磁体样品，并更换下一个超导磁体样品，需要重新安装整个超导转子，测试过程中的装配过程复杂，测试效率低。
41.并且，由于更换超导磁体时需要拆卸整个超导转子，再次测试时，需要重新对超导转子进行对中调试，由于超导转子高速旋转1500rpm以上，要求超导转子重新进行对中调试以达到很高的同轴度，传统方法是将超导转子吊起后安装到驱动端和从动端轴承座上，再将超导转子连同两端的轴承座吊起后安装到平台底座上。转子轴系对中调试时，需要通过
增减螺栓垫片等方法反复调整轴承座在底座上的安装高度和位置，调试难度和工作量都很大。
42.为了改善上述问题，请参阅图1，本技术实施例提供了一种超导电机转子试验平台，包括：低温系统1、旋转密封装置2、转子输入轴3、强电滑环4、超导转子5、信号采集系统6、联轴器7和底座8；
43.超导电机转子试验平台的一端设置有低温系统1，另一端设置有联轴器7，用于连接驱动装置，以驱动超导转子5旋转；
44.旋转密封装置2的一侧连接低温系统1，另一侧连接转子输入轴3的一侧，旋转密封装置2通过轴承座9连接底座8；转子输入轴3的另一侧连接超导转子5，强电滑环套4接在转子输入轴3与超导转子5之间的旋转轴上；
45.超导转子5包括转子主骨架、转子真空腔、真空腔盖板、绝热力矩管，转子真空腔内设置有转子主骨架，超导磁体通过极靴固定在转子主骨架上，转子主骨架通过两侧的同轴环与绝热力矩管进行同轴连接；转子真空腔表面设置有可拆卸的真空腔盖板，在转子真空腔表面形成窗口结构，使得超导磁体通过该窗口结构进入超导转子内部进行安装；超导转子两侧的专用轴均通过轴承座连接底座。
46.信号采集系统6设置于超导转子5和联轴器7之间的专用轴上，用于采集旋转状态下的超导磁体内的传感器信号和电压信号。
47.本技术实施例中的低温系统1包括制冷机、氦气泵和氦气管道，用于提供低温循环氦气，以实现对超导转子5中的超导磁体的冷却。
48.旋转密封装置2的主体部分由磁流体密封组件组成，该磁流体密封组件内有双轴承结构，为保证其旋转轴心与超导转子轴心同轴，需要将其按照在刚度较好的底座上，通过止口和定位槽进行定位。旋转密封装置2的一侧连接低温系统1的氦气管道，可以通过vcr接头连接，也可以直接将管道焊接在一起。旋转密封装置2的一侧与电网系统的真空腔相连接，以保证绝热效果，旋转密封装置2的另一侧焊接有一段波纹管，波纹管另一侧连接转子输入轴3。波纹管伸缩量较大，其内是氦气管道的接头位置，氦气管道连接时，可将波纹管进行压缩，漏出接头位置，操作完成后将波纹管恢复原长，使得真空腔封闭。
49.转子输入轴3用于将氦气进气管和回气管、电流引线输入到超导转子5中，转子输入轴3的一侧与波纹管连接，另一侧为连接超导转子5的法兰，该法兰上设有止口，以保证跟超导转子同轴，法兰上设置了0圈槽用来进行真空密封。
50.强电滑环4用于对高速旋转的超导转子输入直流电流，具备500a以上的电流的能力，额定转速需高于1500rpm。强电滑环4由集电环和碳刷构成，集电环套接在转子输入轴与超导转子之间的旋转轴上，碳刷固定在静止的刷架上。
51.请参考图2至图4，超导转子5包括转子主骨架12、转子真空腔15、真空腔盖板16、绝热力矩管13、端子法兰14等部分。转子主骨架12的材料为不锈钢材料，用于安装和支持超导磁体，转子主骨架12有上下两个对称的凸极，用于安装超导磁体，转子主骨架12上的凸极为阶梯状结构，分为3级，每级最多可以同时安装3个不同尺寸的超导线圈。
52.转子真空腔15内设置有转子主骨架12，转子真空腔15的材料为不锈钢材料，用于形成密封的真空结构，减少外部对超导磁体的辐射漏热，转子真空腔15的结构如图4所示，从侧面看类似哑铃的形状。绝热力矩管13的材料为玻璃钢材料，强度高但热导率低，用于支
持转子主骨架12并减少超导漏热。转子真空腔15由于其特殊的结构，需要在其中设置较为粗壮的“筋”结构，使得转子真空腔15在旋转的过程中不易变形。请参考图5，超导磁体18通过极靴17固定在转子主骨架12上，极靴17的材料为不锈钢材料，超导磁体18和转子主骨架12的接触面为凹凸配合的阶梯状结构。转子主骨架12通过两侧的同轴环与绝热力矩管13进行同轴连接。转子真空腔的上下两个表面设置有真空腔盖板16，真空腔盖板16可以打开，在转子真空腔表面形成窗口结构，使得超导磁体18通过该窗口结构进入超导转子5内部进行安装，真空腔盖板16与转子真空腔15之间有密封圈，通过螺栓连接实现密封；超导转子5两侧的专用轴均通过轴承座连接底座8，超导转子5左侧的专用轴通过轴承座10连接底座8，右侧的专用轴通过轴承座11连接底座8。
53.信号采集系统6用于采集旋转状态下的超导磁体内的传感器信号和电压信号采集出来并通过无线发射的方式传递到监控系统。信号采集系统6中包含采集卡模块、电源模块、光电隔离模块，每个超导磁极的磁体都对应一组模块。信号采集系统中的各个传感器(包括电阻温度传感器、霍尔磁场传感器等)和电压引线的信号通过真空馈穿件连接到外部的旋转弱电信号采集系统中。信号采集系统6安装在试验平台另一侧的专用轴上，该轴也安装在轴承座上，可以左右滑动。专用轴的另一侧装有联轴器7，用于连接驱动装置(如电机)驱动转子旋转。
54.请参考图5，在安装超导磁体时，将超导转子5旋转至真空腔盖板16朝上的位置，拧开盖板螺栓，移开转子真空腔盖板16，形成转子窗口。将超导磁体18从转子窗口直接吊装进超导转子5中，将超导磁体18中心孔与转子主骨架12阶梯状的凸极对齐；将极靴17放置在超导磁体之上，通过螺栓将超导磁体固定在转子主骨架12上；连接超导磁体18的氦气管道和电流引线；安装转子真空腔盖板16。超导磁体18安装过程中，超导转子5中的绝热力矩管13、转子端法兰14和转子真空腔15等部件均不需要做任何拆装工作，安装后超导转子5不需要重新进行对中调试，大大简化了安装过程，可以改善由于超导转子内部结构复杂，试验过程需要反复拆装导致的测试效率低的即使问题。
55.本技术实施例中，在转子真空腔上设置可拆卸的真空腔盖板，形成窗口结构，从而可以通过该窗口安装和拆卸超导磁体，安装和拆卸过程中，超导转子中的绝热力矩管、转子真空腔等部件不需要做任何变动，安装完超导磁体后，也不需要对超导转子重新进行对中调试，简化了安装过程，提高了测试效率，从而改善了现有的试验平台在测试不同的超导磁体时，存在测试过程复杂，测试效率低的技术问题。
56.以上为本技术提供的一种超导电机转子试验平台的一个实施例，以下为本技术提供的一种超导磁体测试方法的一个实施例。
57.本技术实施例提供的一种超导磁体测试方法，包括：
58.步骤101、在超导电机转子试验平台中安装超导磁体。
59.具体的，将超导电机转子试验平台中的超导转子旋转至真空腔盖板朝上的位置，并移除真空腔盖板，形成转子窗口，超导电机转子试验平台为前述方法实施例中的超导电机转子试验平台；将待测试的超导磁体从转子窗口吊装进超导转子中，并通过极靴将超导磁体固定在转子骨架上；连接超导磁体的氦气管道和电流引线，安装真空腔盖板。
60.超导磁体安装过程中，超导转子中的绝热力矩管、转子端法兰和转子真空腔等部件均不需要做任何拆装工作，安装后超导转子不需要重新进行对中调试，大大简化了安装
过程，可以改善由于超导转子内部结构复杂，试验过程需要反复拆装导致的测试效率低的即使问题。
61.步骤102、对转子真空腔进行抽真空，当转子真空腔内的真空度满足预置条件后，启动降温系统，通过降温系统输出循环冷氦气对超导系统进行降温。
62.超导磁体安装完成后，首先对转子真空腔抽真空，真空度达到标准后方可开展降温试验，降温试验时，启动低温系统中的制冷机和氦气泵，通过循环冷氦气对超导磁体进行缓慢降温。
63.步骤103、启动驱动装置，使得驱动装置通过联轴器带动超导转子、信号采集系统和转子输入轴旋转，对旋转状态下的超导磁体进行通流测试。
64.降温试验完成后，可开展低温下的旋转测试。驱动装置通过联轴器带动超导转子、信号采集系统、转子输入轴等部件旋转，开展超导磁体在旋转状态下的通流测试。
65.步骤104、通过信号采集系统采集旋转状态下的超导磁体内的传感器信号和电压信号。
66.测试时，通过信号采集系统采集旋转状态下的超导磁体内的传感器信号和电压信号。
67.进一步，在测试完成后，可以更换超导磁体进行测试。在测试完成后，将超导转子旋转至真空腔盖板朝上的位置，并移除真空腔盖板，形成转子窗口；拆除极靴，解开超导磁体的氦气管道和电流引线；将超导磁体从转子窗口吊出，然后更换安装其他待测试的超导磁体。在更换超导磁体时，不需要拆装超导转子，节省了装配时间，安装超导磁体后，由于不需要拆装超导转子，也就不需要重新进行对中调试，节省了时间，提高了测试效率。
68.本技术实施例中，在转子真空腔上设置可拆卸的真空腔盖板，形成窗口结构，从而可以通过该窗口安装和拆卸超导磁体，安装和拆卸过程中，超导转子中的绝热力矩管、转子真空腔等部件不需要做任何变动，安装完超导磁体后，也不需要对超导转子重新进行对中调试，简化了安装过程，提高了测试效率，从而改善了现有的试验平台在测试不同的超导磁体时，存在测试过程复杂，测试效率低的技术问题。
69.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。