一种高速电机损耗高精度实验测试装置及测试方法与流程

本发明涉及高速电机性能测试，更具体的说是涉及一种高速电机损耗高精度实验测试装置及测试方法。

背景技术：

1、随着高速电机在航空航天、离心压缩及精密制造等领域的应用日益广泛，其损耗的精确分离与测量对于优化电磁设计与机械结构具有重要意义。高速电机的损耗主要包括铜耗、轴承损耗、风摩损耗、铁耗及永磁体涡流损耗等多个分量，不同损耗分量的物理来源各异，其产生机理和影响因素也各不相同。只有将上述损耗分量逐一精确分离并量化，才能有针对性地指导电机设计与工艺改进，从而提升电机效率与系统可靠性。因此，为确保损耗测试结果的准确性与各损耗分量的可辨识性，必须采用能够逐级分离不同物理来源损耗的精确测试方法。

2、然而，现有的高速电机损耗测试方法普遍存在损耗耦合严重、无法在同一平台上实现全部分离的局限性。具体而言，多数现有方案将被试电机定子绕组通电或依赖测功机拖动，导致铜耗与铁耗、机械损耗相互耦合，难以直接区分各损耗分量；部分方案虽采用真空环境以消除风摩损耗，但真空度控制稳定性不足，导致测量重复性差；另有方案需在多个平台分别测量不同损耗分量，平台间的装配公差、对中误差及环境温湿度差异引入的系统性偏差进一步降低了分离结果的可信度。上述问题使得现有技术难以满足高速电机高精度损耗分离的工程需求。

3、中国专利cn113447814a提供了一种采用无定子装置的电机损耗测试方案，但因无定子结构导致风摩损耗测量不准确，无法反映真实运行条件下的风摩特性。

4、中国专利cn219065685u提供了一种损耗测试方案，部分平台不采用真实整机，而是以模拟转子代替，忽略了机壳、端盖及紧固件等部件在实际运行中产生的机壳涡流损耗和端部漏磁损耗等，导致测量值偏离真实损耗。

5、中国专利cn103675467a提供了一种电机损耗测试方法，采用假转子替代真实转子进行损耗测量，但因假转子与真实转子的结构与质量存在差异，导致轴承负载与实际运行状态不符，测量结果无法反映真实损耗特性。同时该方案依赖磁悬浮轴承支撑，改变了转子系统的固有机械损耗特性，使测量结果不具代表性。

6、中国专利cn121783553a提供了一种高速磁悬浮轴承损耗测试方案，采用单真空舱一体式结构，所有单元均集中安装在同一舱体内，高速旋转时转子动载荷大、振动传递无阻隔，整机振动幅值高。同时，单罐结构在真空负压下周向受力不均、局部应力集中，整体刚性与抗变形能力差，易在高速下出现腔体形变、主轴挠度变大、轴承气隙波动，直接导致损耗测量失真。此外，该方案依靠滑轨与滑轮将试验台推入舱内，支撑刚度不足、同轴度难以保证，进一步加剧振动与偏心损耗；且动密封与散热通道集中布置，密封气流扰动与温升耦合，使损耗的分离精度大幅降低。

7、中国专利cn119849222a提供了一种纯计算或拟合类的电机损耗估算方法，该方法缺乏实测数据支撑，误差较大，难以满足高精度损耗分离的实际工程需求。

8、此外，上述方法多将被试电机定子绕组通电或依赖测功机，导致铜耗与铁耗、涡流损失相互耦合，难以实现各类损耗的高精度逐级分离。

9、因此，如何提供一种能够在同一平台上实现损耗逐级分离、测量精度高且重复性好的高速电机损耗高精度实验测试装置及测试方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种高速电机损耗高精度实验测试装置及测试方法，旨在解决上述背景技术中的问题之一，能够在同一平台上实现损耗逐级分离、测量精度高且重复性好。

2、为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种高速电机损耗高精度实验测试装置，包括：

3、底座，所述底座上设有中间支架，所述中间支架垂直固定安装于所述底座的中心位置，所述中间支架将所述底座划分为原动机安装区域与被试电机安装区域，所述中间支架的中心开设有传动轴贯通孔，所述传动轴贯通孔穿设有传动轴；

4、原动机真空罐和被试电机真空罐，所述原动机真空罐与被试电机真空罐均设置为卧式圆柱形腔体结构且分体布置于所述中间支架的两侧，所述原动机真空罐的内部设有原动机，所述被试电机真空罐的内部设有被试电机，所述原动机真空罐和被试电机真空罐分别通过高精度静密封与所述中间支架两侧端面贴合形成真空腔，所述原动机真空罐和被试电机真空罐均与抽真空机连接；

5、扭矩仪，所述扭矩仪安装于原动机与被试电机之间，用于实时测量转速与拖动扭矩，所述传动轴穿过所述中心贯通孔连接所述扭矩仪输出端与被试电机转轴；

6、高速联轴器，所述高速联轴器连接原动机的输出轴与所述扭矩仪的输入端；

7、非导磁假机壳，所述非导磁假机壳用于替换被试电机的原机壳，采用非导磁材料制成，外形尺寸与原机壳一致。

8、进一步的，所述原动机真空罐与所述被试电机真空罐上均集成设有冷却水接口、油气接口、功率高压电缆接口、信号线缆接口、抽真空气路接口和玻璃透视窗。

9、进一步的，所述原动机真空罐和被试电机真空罐的下方均设有真空罐移动座，所述真空罐移动座通过滑轨可移动的设置在所述底座上。

10、进一步的，所述原动机采用原动机安装座固定于所述中间支架上，所述被试电机采用被试电机安装法兰固定于所述中间支架上。

11、进一步的，还包括变频驱动系统、冷水机、油气润滑站、被试件润滑站、plc控制系统和数据采集系统，所述变频驱动系统与原动机电连接，所述冷水机通过冷却管路与所述冷却水接口相连，所述油气润滑站通过润滑管路与所述油气接口相连，所述被试件润滑站为被试电机轴承提供油气润滑，所述plc控制系统用于实现各设备的启停控制与连锁保护，所述数据采集系统用于实时采集、处理并记录试验数据。

12、另一方面，本发明公开了一种高速电机损耗高精度实验测试方法，基于上述所述的一种高速电机损耗高精度实验测试装置，具体包括以下步骤：

13、步骤一，制备三台外形、尺寸、内部结构及各项参数完全相同的被试电机，区别仅在于转子的磁性与部分材料不同——被试电机a采用正常充磁转子并配备原装导磁机壳与完整绕组；被试电机b采用不充磁转子，其余结构与被试电机a完全一致；被试电机c采用充磁转子，将原有机壳替换为非导磁材料制成的假机壳，并去除定子绕组；

14、步骤二，第一工况，将被试电机a安装于测试平台的被试电机真空罐中，将原动机真空罐与被试电机真空罐同时抽至目标真空度，由原动机拖动被试电机a至目标转速n，置于真空环境消除了风摩损耗，因此，此工况下测得的损耗值即为电磁损耗、轴承损耗与附加损耗之和，即：；

15、步骤三，第二工况，被试电机a转子保持不动，将原动机真空罐与被试电机真空罐恢复为常压空气环境，由原动机拖动至与第一工况相同的目标转速n，空气环境的存在使得风摩损耗得以保留，因此，此工况下测得的损耗值即为电磁损耗、轴承损耗、附加损耗与风摩损耗之和，即：；

16、步骤四，第三工况，将被试电机b安装于测试平台的被试电机真空罐中，将两罐同时抽至目标真空度，由原动机拖动被试电机b至目标转速n，不充磁转子使得电机内部不存在磁场，因此电磁损耗和附加损耗均为零；置于真空环境消除了风摩损耗，因此，此工况下测得的损耗值仅包含轴承损耗，即：；

17、步骤五，第四工况，将被试电机c安装于测试平台的被试电机真空罐中，将两罐同时抽至目标真空度，由原动机拖动被试电机c至目标转速n，使用假机壳并去除定子绕组，消除了因机壳导电或导磁而产生的附加损耗，包括机壳涡流损耗、绕组涡流损耗和端部漏磁损耗，真空环境排除风摩损耗，因此，此工况下测得的损耗值包含轴承损耗、电磁损耗，即：；

18、步骤六，将减去第三工况得到的，可得到电磁损耗，即铁耗与永磁体涡流损耗之和，即：；

19、将第一工况得到的减去，可得到附加损耗，即机壳涡流损耗与端部漏磁损耗等之和，即：。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高速电机损耗高精度实验测试装置及测试方法，有益效果：

21、1）全程采用原动机拖动且定子绕组不通电，从源头消除铜耗干扰，无需额外测量或估算，测试精度更高；

22、2）通过四组核心工况的对比测量，实现了风摩损耗、轴承损耗、电磁损耗和附加损耗的逐级分离，解决了各类损耗相互耦合难以区分的难题；

23、3）基于同一测试平台进行全部测试，避免了多平台间装配公差、对中误差及环境差异引入的系统性偏差，测量结果更接近真实损耗；

24、4）采用双真空罐分体布置，两罐之间的传动轴贯通区域无需设置动密封结构，仅在真空罐最外侧端面采用静密封即可，有效简化了密封系统，减少了旋转密封带来的振动干扰，提升了高速工况下损耗测量的准确性与稳定性；圆柱形壳体周向受压均匀、结构强度高，在真空负压下无应力集中、抗变形能力强、运行振动小，可有效避免单一大容积罐体强度低、易形变、振动大的缺陷；

25、5）将铁耗与永磁体涡流损耗以二者之和的形式给出，统称为电磁损耗；从物理机理上，铁耗与永磁体涡流损耗同源共生、同时存在、同时消失，在真实物理世界中无法通过任何实验手段单独剥离；本发明以电磁损耗合量作为最终的损耗分离粒度，既尊重了物理实际，又避免了现有技术中通过拟合计算或仿真逆向推演引入的误差。