[發明專利]大型磁力耦合器剛度特性綜合測試平臺

有效

• 申請號: 201710037079.9
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106872126B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 劉永光;楊曉偉;陳春旭;李云龍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M13/025
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種大型磁力耦合器剛度特性綜合測試平臺，其特征在于，包括：驅動機構，包括驅動電機、驅動器，為測試部件輸入端提供可控動能；加載機構，包括饋能電機、饋能器，能夠真實模擬測試部件負載，并將能量回饋給驅動器，一方面解決對于大型磁力耦合器，沒有這么大功率的負載加載器的問題，另一方面，解決對于大型磁力耦合器進行試驗時電能損耗巨大，根本無法在實驗室進行試驗的問題，饋能器能夠將80％的能量回饋給驅動器，使得實際試驗電能損耗降至20％；測控系統，包括控制器、驅動扭矩/速度傳感器、振動傳感器、溫度傳感器、饋能狀態傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、輸出扭矩/速度傳感器，輸出軸通過聯軸器與輸出扭矩/速度傳感器相連接，輸出扭矩/速度傳感器既能夠檢測磁力耦合器扭矩大小，又能夠實時檢測磁力耦合器輸出軸的轉速，并將扭矩信號及轉速信號實時傳遞給控制器；所述輸出扭矩/速度傳感器的輸出端與饋能電機相連接；饋能電機與饋能器之間設計有電流傳感器及電壓傳感器，所述電流傳感器及電壓傳感器實時檢測饋能電機返回到饋能器中的電壓及電流信號，并實時傳遞給控制器，控制器根據電壓及電流信號得出饋能電機的使用功率；所述饋能器與驅動器之間設計有饋能狀態傳感器以及門限電流電壓控制器，控制器設置門限電流電壓控制器的門限值，控制饋能器的饋能效率，饋能狀態傳感器實時監測饋能電纜上的電流及電壓值，并實時傳遞給控制器，形成對饋能效果的閉環控制；饋能器反饋的電能直接加載到驅動器直流母線上，作為驅動器供電電流的一部分，供驅動器使用，在試驗過程中，驅動器所需電能的80％自于饋能器，這樣一方面實現電能的二次利用，極大地減小電網實際功率的損耗，另一方面，對于大型磁力耦合器，解決了傳統加載方式無法解決模擬兆瓦級負載加載的問題；磁力耦合器的電磁線圈能夠實現控制耦合器的輸出轉速及傳扭能力的無極調整；驅動電機輸出軸通過聯軸器與驅動扭矩/速度傳感器相連接，驅動扭矩/速度傳感器既能夠檢測扭矩大小，又能夠實時檢測驅動電機輸出軸的轉速；

傳動盤上均勻分布有3對齒輪齒條、6個導向桿以及6個位置傳感器，所述位置傳感器分布在傳動盤兩側，每側各分布3個，檢測兩側導磁盤到傳動盤的距離，從而得到永磁體與渦流盤之間的距離；所述導向桿分布在傳動盤的兩側，每側各分布3個，每個導向桿與導磁盤上的固體潤滑軸承配合，既能夠使得導磁盤能夠在導向桿上自由的滑動，又能夠將導磁盤上的扭矩傳遞給傳動盤，從而將扭矩傳遞給輸出軸輸出；所述齒輪采用圓柱齒輪，圓柱齒輪與傳動盤采用鉸接，使得圓柱齒輪能夠自由地進行自轉運動和擺動，所述齒條采用弧形齒條，圓柱齒輪兩側分布一對弧形齒條，每個弧形齒條都是端部與圓柱齒輪配合，末端連接導磁盤，這樣一對弧形齒條將圓柱齒輪夾住，使得圓柱齒輪能夠位置自動歸位，采用這種齒輪齒條的配合方式以及圓柱齒輪的安裝方式，以保證在傳扭的過程中，防止齒條與圓柱齒輪發生偏轉或者由于加工誤差造成卡死的現象；所述弧形齒條與導磁盤配合處設計有止口，以保證連接時相對位置關系。

2.根據權利要求1所述的大型磁力耦合器剛度特性綜合測試平臺，其特征在于，導磁盤設計有連接止口，保證與非導磁盤連接的同軸度，所述永磁體鑲嵌在永磁嵌體中，永磁體截面可以是扇形、梯形或者矩形，永磁體與永磁嵌體采用過渡配合，所述永磁嵌體安裝在非導磁盤上，采用過盈配合，以保證安裝的同軸度，永磁嵌體與非導磁盤將永磁體可靠擠壓住，采用鉸制孔螺栓將永磁嵌體、非導磁盤以及導磁盤可靠連接，該鉸制孔螺栓材質為不銹鋼，防止普通鐵質螺栓改變永磁體的磁路；所述導磁盤安裝在滑動套上，導磁盤與滑動套之間設計有固體潤滑軸承，以減小導磁盤在滑動套上運行時的摩擦力；所述滑動套通過螺栓固定在傳動盤上，并且傳動盤上設計有安裝止口，采用過盈配合，保證滑動套與傳動盤的同軸度；輸出軸側的導磁盤中部伸出，用于安裝雙列角接觸球軸承。

3.根據權利要求1所述的大型磁力耦合器剛度特性綜合測試平臺，其特征在于，驅動套靠近轉子的一端通過雙列角接觸球軸承安裝在導磁盤上，并用固定端蓋可靠固定；所述驅動套的另一端連接有線圈套，線圈套的下端設計有電磁線圈，永磁體安裝在永磁固定套上，永磁固定套安裝在位置驅動支撐座上，所述永磁體、永磁固定套、位置驅動支撐座位于驅動套的下部；測控系統根據實際工況所需要的從動轉子機構與主動轉子機構之間的相對位置關系，控制電磁線圈的電流大小以及方向，從而產生推動力，向前或者向后推動從動轉子機構，實現對從動轉子機構與主動轉子機構之間的相對位置關系的調整。

4.根據權利要求1所述的大型磁力耦合器剛度特性綜合測試平臺，其特征在于，測控系統中的控制器采用虛擬上位機及虛擬下位機的控制框架，虛擬下位機實時采集磁力耦合器驅動電機扭矩、輸出扭矩、驅動電機轉速、輸出轉速、振動信號、溫度信號、電壓信號、電流信號，虛擬上位機實時顯示虛擬下位機采集的數據曲線，虛擬上位機與虛擬下位機共用共享內存，與傳統上位機與下位機的結構形式相比，傳統框架的上位機與下位機分別有各自獨立的內存，通過數據指令及控制指令相互交換，各內存得到相應的數據，傳統方式實時性差，運算量大；控制采集磁力耦合器驅動電機扭矩、輸出扭矩、驅動電機轉速、輸出轉速，得到磁力耦合器的傳動效率，采集主動轉子及從動轉子的振動信號，包括橫向振動信號及縱向振動信號，分析磁力耦合器減振效果，通過綜合分析傳動效率及減振效果，分析磁力耦合器磁剛度；通過控制電磁線圈中的電流大小及方向，改變從動轉子機構與主動轉子機構之間的氣隙，從而改變磁力耦合器輸出扭矩及轉速，控制器得到不同氣隙下的扭矩信號、速度信號、振動信號、溫度信號，進而得到不同氣隙下的磁力耦合器的剛度特性，并根據主動轉子機構及從動轉子機構溫度場的變化，得出該耦合器的傳動效率使用范圍。