一种高速电机风摩损耗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风摩损耗实验测试装置及测试方法。

背景技术：

1、高速永磁电机在航空航天、高超声速装备、离心压缩等领域应用日趋广泛，其风摩损耗的精准测试是提升效率、保障安全运行的关键。高速工况下风摩损耗占比极大，且极易与机械传动损耗、轴承损耗及密封摩擦相互耦合，导致传统方法难以精准分离，严重影响电机设计及效率评估。

2、然而，现有的风摩损耗测试方法普遍存在测量不准确、耦合严重等问题。部分方案虽采用真空环境以消除风摩损耗，但测量重复性差。更为关键的是，现有方案中多数无法彻底解决高速旋转动密封带来的附加摩擦损耗及密封失效问题，动密封自身的摩擦扭矩会直接叠加至风摩损耗测量值中，严重干扰测试精度。

3、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。

4、中国专利cn20222337a及cn202110576a等方案均采用机械联轴器传动，必须设置高速旋转动密封，不仅密封件易失效、维护成本高，动密封自身摩擦还会引入额外损耗，严重干扰测试精度，且真空与常压切换需拆装配，效率低、重复性差。

5、中国专利cn202510336a及cn202410981a以电磁仿真加低精度实测为核心，风摩损耗依赖经验公式拟合，高频高速工况下拟合误差显著，缺乏实测溯源性。

6、中国专利cn109901068a及cn1170925a均未设置真空密闭腔体，无法彻底消除高速风摩损耗，风摩损耗与轴承损耗、铁耗相互耦合，难以精准剥离。

7、综上所述，现有技术均未突破高速动密封干扰与风摩损耗无法精准消除两大核心难题，测试精度、可靠性及工况适配性均无法满足高速永磁电机的研发与应用需求。

8、因此，如何提供一种能够精准分离风摩损耗、彻底消除动密封干扰的高速电机风摩损耗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风摩损耗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，能够精准分离风摩损耗、彻底消除动密封干扰。

2、为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种高速电机风摩损耗实验测试装置，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一端，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；

4、真空罐，所述真空罐设置为一端开口的密闭腔体结构，所述真空罐的开口端与所述中间支架的一侧端面贴合形成独立真空腔，所述真空罐的内部设有被试电机安装座，所述被试电机安装座上设有被试电机，所述被试电机传动轴上设有驱动转子盘；

5、无接触磁场耦合驱动组件，固定安装于所述中间支架远离所述真空罐的一侧端面，所述无接触磁场耦合驱动组件设置在真空环境外部，所述无接触磁场耦合驱动组件用于通过磁场耦合无接触地驱动所述驱动转子盘旋转；

6、原动机安装底座，所述原动机安装底座相对设置所述中间支架的另一侧，所述原动机安装底座上设有原动机，所述原动机的原动机传动轴伸出端与所述无接触磁场耦合驱动组件的外磁转子固定连接；

7、扭矩仪，所述扭矩仪设置在所述被试电机传动轴上，所述扭矩仪用于实时采集扭矩信号和转速信号。

8、进一步的，所述无接触磁场耦合驱动组件设置为永磁转子盘，所述永磁转子盘设置在所述真空罐的外部，所述永磁转子盘通过连接联轴器与原动机的输出轴机械连接，所述永磁转子盘由原动机带动旋转通过磁场耦合无接触地带动所述真空罐内部的驱动转子盘同步旋转。

9、进一步的，所述真空罐设置为卧式圆柱形腔体结构，所述真空罐的罐壁集成设有冷却水接口、油气接口、信号线缆接口、抽真空气路接口和玻璃透视窗。

10、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所述盘式定子结构与电连接以实现无接触地驱动所述真空罐内部的驱动转子盘旋转，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。

11、进一步的，所述中间支架采用奥氏体不锈钢或铝合金制成。

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

13、步骤一，将被试电机通过被试电机安装座安装于真空罐内部，确保其转子端面与外侧永磁转子盘之间的轴向间隙达到设计值；被试电机的定子绕组保持完全断电状态，关闭真空罐，罐内为常压空气环境，初始测试在常压空气环境下进行；

14、步骤二，启动原动机，操作变频驱动系统控制原动机缓慢升速至目标转速，升速过程中，安装于原动机与永磁转子盘之间的扭矩仪实时采集原动机输出轴上的扭矩信号t和转速信号n；

15、数据采集系统计算机械功率p，此功率即为当前转速下原动机输出、并经永磁转子盘传递至驱动转子盘的全部机械功率；由于被试电机定子绕组不通电，不产生任何有功功率输出，因此这部分机械功率全部转化为被试电机内部的损耗；

16、步骤三，待转速稳定在目标转速且扭矩波动小于±1%后，记录损耗值，定子绕组不通电消除了铜耗，因此，此工况下测得的损耗值即为电磁损耗、附加损耗、轴承损耗与风摩损耗之和，即：；

17、步骤四，启动抽真空泵，将真空罐内气压抽至预设真空度，在高度真空环境下，转子旋转时的风摩损耗降为零，保持相同的目标转速，待转速稳定在目标转速且扭矩波动小于±1%后，记录损耗值；

18、真空环境消除了风摩损耗，定子绕组不通电消除了铜耗，因此，此工况下测得的损耗值即为电磁损耗、附加损耗与轴承损耗之和，即：；

19、将减去，即得到独立的风摩损耗，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风摩损耗实验测试装置及测试方法，有益效果：

21、1）采用无接触驱动，驱动部件全部布置于真空环境外部，被试电机整体置于真空环境内部，真空罐与外部没有任何传动轴贯穿，完全不存在高速旋转动密封，彻底消除了动密封自身摩擦扭矩对测量结果的干扰，同时解决了高转速下密封件易磨损、易失效的难题，真空度可长期稳定维持；

22、2）通过真空环境与常压环境两组核心实验工况差值运算，直接分离出风摩损耗，全程无需拆解被试电机、无需更换任何零部件，测试重复性好、精度高；

23、3）被试电机定子绕组全程不通电，铜耗始终为零，无需额外测量或估算，直接剔除了铜耗对损耗测量的干扰；

24、4）原动机、传动轴及冷却、润滑等辅助系统均布置于常压环境中，无需针对真空环境进行特殊密封设计，设备选型不受真空工况限制，系统复杂度大幅降低，驱动部件无需承受真空环境约束，结构简单、工作可靠性高。

25、5）可覆盖从常压到高真空、从低速到超高速的宽范围测试需求。