一种轴向电磁力测量装置及电机测试系统的制作方法

本实用新型涉及电机测试领域，尤其涉及一种轴向电磁力测量装置及电机测试系统。

背景技术：

磁悬浮高速电机（以下简称为“电机”）中设置有轴向磁轴承，能够为转子提供轴向电磁力。轴向电磁力的大小决定了电机轴向负载力的大小，是电机的重要参数之一。若轴向电磁力不足，则会导致电机在工作运行中存在失稳的风险，严重影响电机运行的可靠性。

目前，对轴向电磁力的测试困难，厂家和使用方无法对出厂电机进行有效地检验。

技术实现要素：

为了解决现有技术中难以测试轴向电磁力的问题，本实用新型的目的之一是提供一种轴向电磁力测量装置。

本实用新型提供如下技术方案：

一种轴向电磁力测量装置，应用于电机测试系统，所述轴向电磁力测量装置包括：

试验电机，所述试验电机包括壳体和转子，所述转子上设有第一轴向磁轴承、第二轴向磁轴承和推力盘，所述第一轴向磁轴承和所述第二轴向磁轴承均与所述壳体固定连接，所述推力盘位于所述第一轴向磁轴承与所述第二轴向磁轴承之间，所述推力盘与所述转子固定连接；

第一固定座，与所述壳体沿轴线方向的一端固定连接，所述第一固定座上设有第一力传感器，所述第一力传感器与所述转子的一端相接；和

第二固定座，与所述壳体背向所述第一固定座的一端固定连接，所述第二固定座上设有第二力传感器，所述第二力传感器与所述转子背向所述第一力传感器的一端相接。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述推力盘与所述第一轴向磁轴承之间设有第一气隙，所述第一力传感器与所述第一固定座之间设有第一垫片，所述第一垫片用于改变所述第一气隙的宽度。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述推力盘与所述第二轴向磁轴承之间设有第二气隙，所述第二力传感器与所述第二固定座之间设有第二垫片，所述第二垫片用于改变所述第二气隙的宽度。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述转子上套设有套杯，所述套杯呈筒状，所述套杯与所述转子固定连接，所述套杯上套设有第一保护轴承，所述第一保护轴承与所述套杯间隙配合，所述第一保护轴承与所述壳体固定连接。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述转子上设有第一径向磁轴承和第二径向磁轴承，所述第一径向磁轴承和所述第二径向磁轴承均与所述壳体固定连接。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述转子上设有第二保护轴承，所述第二保护轴承与所述转子间隙配合，所述第二保护轴承与所述壳体固定连接。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述第一力传感器和所述第二力传感器均为压力传感器，所述第一力传感器在测量时与所述转子的端面抵接，所述第二力传感器在测量时与所述转子的端面抵接。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述第一力传感器和所述第二力传感器均为拉力传感器，所述第一力传感器和所述第二力传感器分别与所述转子的两端固定连接。

作为对所述轴向电磁力测量装置的进一步可选的方案，所述第一力传感器和所述第二力传感器上分别设置有显示器，所述显示器用于显示所述转子所受的轴向电磁力的大小。

本实用新型的另一目的是提供一种电机测试系统。

本实用新型提供如下技术方案：

一种电机测试系统，包括上述轴向电磁力测量装置。

本实用新型的实施例具有如下有益效果：

向第一轴向磁轴承的内置线圈通入电流后，第一轴向磁轴承对推力盘施加沿转子轴向的吸力，该吸力通过推力盘传递至转子上，使转子与第一力传感器相互作用，最终由第一力传感器测量出该吸力的大小。

同样地，向第二轴向磁轴承的内置线圈通入电流后，第二轴向磁轴承对推力盘施加沿转子轴向的吸力，该吸力通过推力盘传递至转子上，使转子与第二力传感器相互作用，最终由第二力传感器测量出该吸力的大小。

将第一轴向磁轴承和第二轴向磁轴承施加于推力盘的吸力结合，即可得到试验电机的轴向电磁力。只需将第一力传感器安装在第一固定座上，将第二力传感器安装在第二固定座上，再将第一固定座和第二固定座分别固定在壳体的两端，即可进行测量，结构简单，操作方便快捷。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种轴向电磁力测量装置的整体结构示意图；

图2示出了图1中a处放大示意图；

图3示出了常规的磁悬浮高速电机的整体结构示意图；

图4示出了图3中b处放大示意图。

主要元件符号说明：

100-试验电机；101-壳体；102-转子；103-第一轴向磁轴承；104-第二轴向磁轴承；105-推力盘；106-套杯；107-第一保护轴承；108-第二保护轴承；109-第一径向磁轴承；110-第二径向磁轴承；111-定子；112-挡环；113-支脚；200-第一固定座；201-第一力传感器；202-第一垫片；300-第二固定座；301-第二力传感器；302-第二垫片。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

请一并参阅图1和图2，本实施例提供一种轴向电磁力测量装置，作为电机测试系统的一部分，对电机的参数进行测量。轴向电磁力测量装置包括试验电机100、第一固定座200、第一力传感器201、第二固定座300和第二力传感器301。

试验电机100为磁悬浮高速电机，测试人员从同一批生产的磁悬浮高速电机中选取一个或者多个作为试验电机100，对试验电机100的轴向电磁力进行测量，并将测量结果作为整批磁悬浮高速电机的参数。

具体地，试验电机100包括壳体101、转子102、定子111、磁悬浮轴承控制器和电流发生器。其中，壳体101呈筒状，两端通透。壳体101下表面的两端分别设置有支脚113，且支脚113与壳体101一体成型。

转子102的轴线与壳体101的轴线重合，转子102上套设有第一保护轴承107、第二保护轴承108、第一径向磁轴承109、第二径向磁轴承110、第一轴向磁轴承103、第二轴向磁轴承104和推力盘105。第二保护轴承108、第一径向磁轴承109、定子111、第二径向磁轴承110、第一轴向磁轴承103、推力盘105和第二轴向磁轴承104沿转子102的轴线方向依次排列，且第二保护轴承108位于转子102的输出端。

第二保护轴承108、第一径向磁轴承109、定子111、第二径向磁轴承110、第一轴向磁轴承103和第二轴向磁轴承104均与壳体101的内壁固定连接。第一保护轴承107设置在第一轴向磁轴承103与转子102之间，并与第一轴向磁轴承103固定连接。此外，第二保护轴承108、第一径向磁轴承109、定子111、第二径向磁轴承110、第一保护轴承107和第二轴向磁轴承104均与转子102间隙配合。

磁悬浮轴承控制器与电流发生器电连接，电流发生器则与第一径向磁轴承109、第二径向磁轴承110、第一轴向磁轴承103以及第二轴向磁轴承104的线圈电连接。

在工作或者测试过程中，磁悬浮轴承控制器控制电流发生器，利用电流发生器向第一径向磁轴承109和第二径向磁轴承110的线圈通入电流，使转子102悬浮，消除因转子102与第一保护轴承107等结构接触而造成的测量误差。

工作或者测试结束后，电流发生器停止供电，使转子102落下并搁置在第一保护轴承107和第二保护轴承108上，避免第一径向磁轴承109和第二径向磁轴承110上的传感器等电子元件与转子102接触后受损。

推力盘105环绕转子102设置，与转子102固定连接，随转子102转动。推力盘105与第一轴向磁轴承103之间存在第一气隙δ1，推力盘105与第二轴向磁轴承104之间则存在第二气隙δ2，且δ1和δ2的理论值均为0.4mm。

具体地，第一固定座200设置在壳体101沿轴线方向的一端，并与转子102的输出端相对。转子102的输出端突出于壳体101端面，故第一固定座200设置为筒状。第一固定座200的轴线与壳体101的轴线重合，第一固定座200朝向壳体101的一端敞口设置，并通过螺钉与壳体101固定连接，第一固定座200背向壳体101的一端封闭。

第一力传感器201可拆卸地设置在第一固定座200的内壁底面上，与转子102的输出端相接。

具体地，第二固定座300设置在壳体101背向第一固定座200的一端，并与转子102的尾端相对。转子102的尾端没入壳体101端面，故第二固定座300设置为板状，并通过螺钉与壳体101固定连接。

第二力传感器301可拆卸地设置在第二固定座300朝向壳体101一侧的中部，与转子102的尾端相接。

在工作或者测试过程中，磁悬浮轴承控制器控制电流发生器，利用电流发生器向第一轴向磁轴承103或者第二轴向磁轴承104的线圈通入电流，进而使第一轴向磁轴承103或者第二轴向磁轴承104对推力盘105施加吸力。吸力传递至转子102上，使转子102与第一力传感器201或者第二力传感器301相互作用，进而由第一力传感器201或者第二力传感器301测出吸力的大小。

在本实施例中，第一力传感器201和第二力传感器301均为压力传感器，且第一力传感器201与转子102的输出端抵接，第二力传感器301则与转子102的尾端抵接。

当第一轴向磁轴承103对推力盘105施加吸力时，推力盘105带动转子102压于第一力传感器201上，由第一力传感器201测量出该吸力的大小。当第二轴向磁轴承104对推力盘105施加吸力时，推力盘105带动转子102压于第二力传感器301上，由第二力传感器301测量出该吸力的大小。

将第一轴向磁轴承103和第二轴向磁轴承104施加于推力盘105的吸力结合，即可得到试验电机100的轴向电磁力。只需将第一力传感器201安装在第一固定座200上，将第二力传感器301安装在第二固定座上300，再将第一固定座200和第二固定座300分别固定在壳体101的两端，即可进行测量，结构简单，操作方便快捷。

在本申请的另一实施例中，第一力传感器201和第二力传感器301还可以采用拉力传感器，且第一力传感器201与转子102的输出端固定连接，第二力传感器301则与转子102的尾端固定连接。

当第一轴向磁轴承103对推力盘105施加吸力时，推力盘105带动转子102牵引第二力传感器301，由第二力传感器301测量出该吸力的大小。当第二轴向磁轴承104对推力盘105施加吸力时，推力盘105带动转子102牵引第一力传感器201，由第一力传感器201测量出该吸力的大小。最终，将第一轴向磁轴承103和第二轴向磁轴承104施加于推力盘105的吸力结合，即可得到试验电机100的轴向电磁力。

进一步地，第一力传感器201和第二力传感器301上分别设置有显示器，能够将第一力传感器201和第二力传感器301测得的力以“kg”或者“n”等单位直接显示出来。

进一步地，在第一力传感器201与第一固定座200之间设置有第一垫片202。使用螺钉依次穿过第一力传感器201的外壳和第一垫片202，然后与第一固定座200螺纹配合，从而将第一力传感器201和第一垫片202固定在第一固定座200上。

配备多个不同厚度的第一垫片202，分别将各个第一垫片202置入第一力传感器201与第一固定座200之间，即可调整转子102相对于壳体101的位置，从而改变第一气隙的宽度，最终测量出第一轴向磁轴承103在不同宽度的第一气隙下对推力盘105的吸力。

类似地，在第二力传感器301与第二固定座300之间设置有第二垫片302。使用螺钉依次穿过第二力传感器301的外壳和第二垫片302，然后与第二固定座300螺纹配合，从而将第二力传感器301和第二垫片302固定在第二固定座300上。

配备多个不同厚度的第二垫片302，分别将各个第二垫片302置入第二力传感器301与第二固定座300之间，即可调整转子102相对于壳体101的位置，从而改变第二气隙的宽度，最终测量出第二轴向磁轴承104在不同宽度的第二气隙下对推力盘105的吸力。

由于转子102相对于壳体101的位置发生变化，故第一力传感器201仅在测量第一轴向磁轴承103对推力盘105的吸力时与转子102的输出端抵接，其余时间则与转子102之间留有间隙，以免对第二力传感器301的测量结果造成干扰。

类似地，第二力传感器301仅在测量第二轴向磁轴承104对推力盘105的吸力时与转子102的尾端抵接，其余时间则与转子102之间留有间隙，以免对第一力传感器201的测量结果造成干扰。

请一并参阅图3和图4，在常规的磁悬浮高速电机中，转子102上还套设有套杯106和挡环112。套杯106和挡环112均与转子102固定连接，随转子102转动。

其中，套杯106由杯体和凸块组成。杯体呈筒状，位于第一保护轴承107与转子102之间，并与第一保护轴承107的内沿间隙配合。凸块呈环形，位于杯体外侧壁朝向第二径向磁轴承110的一端，并与杯体一体成型，整个套杯106沿周向的横截面呈l型。相应地，挡环112位于第一保护轴承107背向第二径向磁轴承110的一侧。

凸块和挡环112均与第一保护轴承107之间留有间隙，为轴向保护气隙，且轴向保护气隙的宽度为0.2mm。此时，凸块与挡环112配合，形成第一保护轴承107的两个轴肩，对第一保护轴承107和转子102沿轴向相对移动的范围进行限制。

由于轴向保护气隙的宽度小于第一气隙和第二气隙的理论宽度，在调整转子102相对于壳体101的位置时，调节范围受限于轴向保护气隙的宽度。

请再次参阅图1和图2，为了尽大可能地测量第一轴向磁轴承103在第一气隙的整个设计范围内的吸力，以及第二轴向磁轴承104在第二气隙的整个设计范围内的吸力，在本实施例中，转子102上仅套设有套杯106，且套杯106呈筒状。在常规的磁悬浮高速电机的基础上，对套杯106和挡环112进行改动，即可得到本实施例中的试验电机100。

除了测量第一轴向磁轴承103在不同宽度的第一气隙下对推力盘105的吸力之外，还可以改变电流发生器向第一轴向磁轴承103的线圈内通入的电流，测量第一轴向磁轴承103在不同电流下对推力盘105的吸力。电流大小不得超过第一轴向磁轴承103的线圈的最大承载电流。

类似地，改变电流发生器向第二轴向磁轴承104的线圈内通入的电流，即可测量第二轴向磁轴承104在不同电流下对推力盘105的吸力。电流大小不得超过第二轴向磁轴承104的线圈的最大承载电流。

本实施例还提供一种电机测试系统，包括上述轴向电磁力测量装置。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。