用于电机转子温升实时测量的空心共轴对拖电机试验台

摘要

本发明公开了一种用于电机转子温升实时测量的空心共轴对拖电机试验台。两台对拖电机转子共用同一根对拖共用空心转轴，机壳内装有两台对拖电机；电机转子套在对拖共用空心转轴两端，电机定子安装在电机转子外周围；机壳上设有风冷通道、水冷通道和散热片；对拖共用空心转轴中心孔中均装有温度传感器，温度传感器接滑环上，滑环装在机壳外的对拖共用空心转轴的周面，滑环两侧设有电刷，电刷接外部的信号处理模块。本发明对拖电机采用同轴连接，避免了联轴器在高速旋转下因同轴度不足而产生的应力与振动；其空心轴结构可方便填埋放置温度传感器，对转子、转轴的温度信号进行采集；通过电刷、滑环结构实现外部静态提取动态转轴内部温升信号的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机试验台，具体地说是涉及一种用于电机转子温升实时测量的空心共轴对拖电机试验台。

背景技术

高速永磁电机具有效率高、运行可靠、功率因数高、控制特性好等优点，已成为高速电机新的发展方向。转速达到数万转/分的高速电机在尺寸、重量等方面具有显著的优势，但其突出的问题是风摩损耗与高频电磁损耗下的散热问题，这对于大功率小型化高速电机更具挑战性。对永磁电机而言，转子的温升会带来更严重的问题：转子上的永磁体承受离心力有限，需要外加护套保护；转子的散热效果差，其温升过高会导致永磁体失磁。为了提高电机的运行寿命与可靠性，高速永磁电机转子的温升测量问题亟待解决。

电机与加载设备的连接通常通过联轴器实现。高速电机转速快，因而对于联轴器的同轴度要求极高否则会对电机产生巨大扰动，故在实验条件下实现电机的无联轴器加载优势显著。

由于转子高速运转，永磁同步电机转子温升的测量存在一定的困难。对于转子温升的试验测量，目前通常采用转子轴端温升测量、停机测量、非接触式测温等方法。转子轴端温升测量用测量转子的轴端温升近似代替转子内部温升，这种方法偏差大且无法得到转子内局部过热点的温度值。停机测量是在运行一定时间后，拆开电机测量转子表面温升。由于在拆卸中存在热量的损失，即便经过校正，也会存在偏差。非接触式测温法以红外测温居多，需要提供有关物性参数（如辐射系数等），测量得到的为被测温度场的平均温度，精度较低。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种用于电机转子温升实时测量的空心共轴对拖电机试验台，可用于高速永磁同步电机，目的在于验证电机温度场模型的准确性，提高电机的运行寿命与可靠性，同时为电机的散热结构设计提供参考依据。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

两台对拖电机转子共用同一根对拖共用空心转轴和同一机壳，机壳通过轴承套在对拖共用空心转轴上，机壳内装有两台对拖电机；两个电机转子分别固定套在对拖共用空心转轴两端，电机定子安装在电机转子外周围，固定在机壳内壁上；机壳的两端均开有用于冷却的风冷通道，每台对拖电机处的机壳上均设有一水冷通道，机壳中部设有散热片；对拖共用空心转轴开有中心孔，每台对拖电机处的对拖共用空心转轴中心孔中均装有一温度传感器，温度传感器经传感器引线连接到外端的滑环上，滑环安装在机壳外的对拖共用空心转轴的周面，滑环两侧设有电刷，电刷经电刷引线连接外部的信号处理模块。

所述的水冷通道为水管，从机壳一侧开口进入穿过电机定子连接到机壳另一侧开口伸出。

所述的机壳中部外侧面设有散热片，朝向两侧的两台对拖电机处的机壳中部内壁设有散热片。

本发明的有益效果是：

1、本发明实现了无联轴器加载，避免了高转速下因联轴器同轴度不足带来的机械扰动。

2、本发明实现了对于电机转子温升的直接测量，提高了测量的准确性。

3、本发明实现了对于电机转子的内部热点的局部温度的测量，为防止转子局部过热提供预警信息。

4、本发明实现了对于电机运行状态下转子温升的实时动态测量，为电机转子损耗的理论计算与数值模拟提供了实验依据。

附图说明

图1是本发明空心转轴对拖电机试验台的整体剖面示意图。

图2是本发明对拖电机试验台信号引出部分结构示意图。

图中：1、对拖共用空心转轴，2、风冷通道，3、水冷通道，4、散热片，5、电机定子，6、电机转子，7、机壳，8、温度传感器，9、传感器引线，10、引线孔，11、滑环，12、电刷，13电刷引线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的两台对拖电机转子6共用同一根对拖共用空心转轴1和同一机壳7，机壳7通过轴承套在对拖共用空心转轴1上，机壳7内装有两台对拖电机；两个电机转子6分别固定套在对拖共用空心转轴1两端，电机定子5安装在电机转子6外周围，固定在机壳7内壁上；机壳7的两端均开有用于冷却的风冷通道2，每台对拖电机处的机壳7上均设有一水冷通道3，机壳7中部设有散热片4。

对拖共用空心转轴1开有中心孔，每台对拖电机处的对拖共用空心转轴1中心孔中均装有一温度传感器8，温度传感器8经传感器引线9连接到外端的滑环11上，如图2所示，滑环11安装在机壳7外的对拖共用空心转轴1的周面，滑环11两侧设有电刷12，电刷12经电刷引线13连接外部的信号处理模块端口。

水冷通道3为水管，从机壳7一侧开口进入穿过电机定子5连接到机壳7另一侧开口伸出。机壳7中部外侧面设有散热片4，朝向两侧的两台对拖电机处的机壳7中部内壁设有散热片4。

本发明两台对拖电机的空心转轴不是通过联轴器连接，而是共用同一根对拖共用空心转轴1，避免高速旋转下联轴器带来的扰动问题，共轴用于确保高速加载时的同轴度要求，中心孔用于填埋温度传感器与放置传感器引线。并设有填埋于转子内部的温度传感器、滑环和电刷，连接到外部的信号处理与分析系统采集信号。

本发明通过所述的电刷与滑环，实现外部静态提取动态转轴内的温度信号的功能。填埋在转子内的温度传感器8产生的电信号通过空心轴由传感器引线9导出至转轴外的滑环11；电机在运行时，通过电刷12将电信号从滑环11上提取，实现了对于电机转子温升的实时动态测量。

转轴1采用空心转轴结构目的是在于为方便温度传感器8的填埋与位置调整。传感器引线9经过空心转轴1的空心部分以及引线孔10将温度转化为的电信号引出到空心转轴1的外表面。

支撑系统位于电机两端，电机的中间部分不再施加支撑约束，避免过约束下高速转轴内部应力过大的情况。

本发明的具体实施工作过程如下：

具体实施中，对拖电机采用两台相同待测高速永磁电机，将待测电机定子及绕组安装在试验台机壳7内定子5位置处，转子安装在对拖空心转轴1转子6位置处。

两台电机共用一根对拖空心转轴1，共用一个机壳7，但其转子6、定子7与冷却系统分别独立。通过外部控制电路使得两台对拖电机分别处于发电和电动状态，可同时作为电动机，发电机测试研究的试验台。利用两台相同构造的永磁电机共轴对拖，可避免高速下因联轴器同轴度不够导致的机械振动，提高了高速电机加载的可靠性。

进行电机性能测试，可根据实际电机采用的冷却方式，选择采用风冷通道2或水冷通道3作为冷却方式。选取对拖空心转轴1内多个位置放置温度传感器8，对电机转子局部温升进行测量。

进行电机散热方式的研究，分别采用风冷通道2，水冷通道3作为冷却方式，进行电机温升测试，同样，选取对拖空心转轴1内多个位置放置温度传感器8，对电机转子局部温升进行测量。得到数据后，分别对于同种散热情况下，转子6不同位置温升情况进行对比研究；以及不同散热情况下，转子6同一位置温升情况进行对比研究。

对拖共用空心转轴1信号采集导出部分如图2所示，传感器引线9将电信号传输到包绕在转轴外的滑环11上，滑环11外侧与电刷12紧密接触，实现了转轴外部静态获取转子内部温度信号的功能。电刷引线13将电刷12获取的电信号传输到计算机进行识别与处理，可获得准确的转子温升数据。

由此，本发明实现了无联轴器加载，避免了高转速下因联轴器同轴度不足带来的机械扰动，并能对电机转子温升实时动态直接测量和内部局部温度的测量，提高了测量的准确性，具有突出显著的技术效果。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。