一种实验用转子结构、转子强度验证装置及方法与流程

1.本发明涉及飞轮储能技术领域，尤其是涉及一种实验用转子结构、转子强度验证装置及方法。


背景技术：

2.飞轮储能系统是通过电机对储能飞轮进行驱动或制动的方式实现机械能与电能双向转换的系统，这种系统通常复杂而且庞大。如果电机转子结构设计强度不能满足系统正常工作的需要，则会威胁整个系统的可靠性和产品使用者的人身财产安全。所以，对电机转子结构强度的验证非常重要。
3.现有技术中，是在完成整套系统样机制造完成后进行实际工况运行验证，这种产品研发模式中对选用电机转子材料的材料性能要求非常高，验证时间周期非常长，并且一旦验证结果不合格，前期的产品设计和样机制造工作完全作废；造成时间成本和经济成本的增加；
4.另一种方式是依据电机转子设计方案制作一个实验样件，发给第三方高速旋转实验室进行实验验证，由于，高速旋转试验机一般都是针对大型航空航天动力机械等高速高压特种装备设计制造的，其试验成本按照时间计费，如进行电机转子试验，造成经济成本增加。
5.由此可知，本领域中急需一种能够应用与飞轮储能电机中转子高速旋转实验的设备及方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种实验用转子结构、转子强度验证装置及方法，该实验用转子结构、转子强度验证装置及方法能够对样件进行强度验证并获取验证结构，可根据验证结构进行后续操作；
7.本发明提供一种实验用转子结构，包括：
8.模拟转轴及穿设在模拟转轴上的模拟铁芯；
9.止动组，穿设在模拟转轴上，并与模拟铁芯固定连接。
10.作为进一步的技术方案，还包括：
11.定心凸台，设置在模拟转轴的一端；
12.固定机构，设置在模拟转轴的另一端。
13.作为进一步的技术方案，止动组包括：
14.止动垫圈，穿设在模拟转轴上；
15.锁紧螺母，与模拟转轴的螺纹连接，并与止动垫圈卡接。
16.本发明还提出一种对实验用转子结构进行强度验证的转子强度验证装置，包括：
17.用于对实验用转子结构进行固定，并带动实验用转子结构进行旋转的测试部，设置在使用地；
18.用于获取测试部的检测结果，并对测试部进行控制的控制部，设置在使用地，并与测试部连接。
19.作为进一步的技术方案，测试部包括：
20.测试架，设置在使用地，且在测试架上设置有测试箱；
21.驱动装置，设置在测试架上，输出端穿过测试架后置于测试箱内，并与实验用转子结构连接；且驱动装置与控制部连接；
22.测试装置，设置在测试箱内，并与控制部连接。
23.作为进一步的技术方案，测试部还包括；
24.进风机构，一端与测试箱连通；
25.测试箱上设置有出风口。
26.作为进一步的技术方案，还包括：加热装置，设置在进风机构与测试箱的连接处。
27.作为进一步的技术方案，还包括：润滑机构，与驱动装置连通。
28.作为进一步的技术方案，控制部包括：
29.工控机，通过数据采集器与测试部连接；
30.监视器，与工控机连接。
31.本发明还提出了一种转子强度验证方法，包括转子强度验证装置，还包括如下步骤：
32.s1、进行实验用转子结构的制作和转子强度验证装置的搭建；
33.s2、通过控制部对测试部进行控制，实现测试部带动试验用转子结构的旋转；
34.s3、通过控制部对测试部进行控制，使测试部停止动作，并检测试验用转子结构的情况，确定试验结果。
35.本发明的技术方案通过验证装置中的测试部对制作的试验用转子结构进行旋转试验，并在检测的过程中根据实际情况通过控制部对测试部进行调整，保证测试部处于实际运行状态，以保证试验用转子在旋转的过程中等同于在实际环境中旋转，并在达到设定时间后获取转子状态信息，以确定试验用转子是否能够承受高速旋转，与现有技术相比，本发明的技术方案直接用于转子试验，无需制作为成品后再进行试验，且验证装置结构简单，专用于转子试验，无需高额的试验费用产生，进而在降低时间成本的同时降低经济成本。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
37.图1为本发明一种实验用转子结构的结构示意图；
38.图2为本发明一种实验用转子结构的立体图；
39.图3为仰视图1后，实验用转子结构的结构示意图；
40.图4为本发明一种转子强度验证装置的结构示意图；
41.图5为本发明中一种转子结构强度验证方法的流程图。
42.附图标记说明：
43.11
‑
模拟转轴；12
‑
模拟铁芯；13
‑
止动组；131
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止动垫圈；132
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锁紧螺母；14
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第一端板；15
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第二端板；16
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定心凸台；17
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固定机构；21
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测试部；211
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测试架；212
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测试箱；213
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驱动装置；214
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测试装置；2141
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转速传感器；2142
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温度传感器；215
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进风机构；2151
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风机；2152
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风道；216
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出风口；217
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加热装置；218
‑
润滑机构；2181
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气泵；2182
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润滑油雾化器；22
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控制部；221
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工控机；222
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数据采集器；223
‑
监视器。
具体实施方式
44.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.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特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.如图1
‑
3所示，本发明提出的一种实验用转子结构，包括：
48.模拟转轴11及穿设在模拟转轴11上的模拟铁芯12；本发明中，在模拟铁芯12上还设置永磁体，以便在测试的过程中趋近真实状态；止动组13穿设在模拟转轴11上，并与模拟铁芯12固定连接；实现将模拟提心固定在模拟转轴11上，具体的，
49.模拟转轴11的一端直径大于另一端直径，且在变径的位置有直径大的一端形成限位部，这样在进行模拟铁芯12安装时，能够在限位部限制模拟铁芯12一侧的位置，模拟铁芯12另一侧的位置通过止动组13进行限制；如图1所示，止动组13包括止动垫圈131和锁紧螺母132，该止动垫圈131穿设在模拟转轴11上；锁紧螺母132与模拟转轴11的螺纹连接，并与止动垫圈131卡接；即，模拟转轴11的另一端设置有螺纹，且该螺纹与锁紧螺母132的螺纹相适配，这样在固定阶段可以采用锁紧螺母132与模拟转轴11另一端的螺纹配合，限制模拟铁芯12的位置；另外，止动垫圈131设置在模拟铁芯12和锁紧螺母132之间，且止动垫圈131上的至少一个齿是压在锁紧螺母132的一直止动槽内；通过止动组13的设置能够进行模拟铁芯12的快速拆装，提高整体的组装和拆卸的效率；
50.当然，在本发明中，为更好的进行模拟铁芯12的安装，并在安装后保证模拟铁芯12固定的强度，本发明中，还设置有第一端板14和第二端板15，具体的第一端板14设置在模拟铁芯12与限位部之间，第二端板15设置在止动组13和模拟铁芯12之间；并在通过止动组13
进行锁紧时，通过第一端板14和第二端板15的配合增加模拟铁芯12的固定强度；
51.另外，在本发明中，为更好的进行连接，优选的设置有定心凸台16和固定机构17，该定心凸台16设置在模拟转轴11的一端；固定机构17设置在模拟转轴11的另一端；通过定心凸台16和固定机构17的设置，实现根据需要与相应设备或部件连接；当然，在本发明中，定心凸台16和固定机构17可以选择其他方式替换，如光轴、平键或花键等，具体的以实际情况为准，本发明不再进一步限定；在本发明中，固定机构17优选的为若干螺孔，设置在模拟转轴11另一端的端面上，用于与转子强度验证装置中的驱动装置213的输出端连接；
52.如图4所示，本发明还提出一种对实验用转子结构进行强度验证的转子强度验证装置，包括：
53.测试部21设置在使用地，通过测试部21对实验用转子结构进行固定，并带动实验用转子结构进行旋转；控制部22设置在使用地，并与测试部21连接；通过控制部22获取测试部21的检测结果，并对测试部21进行控制；实际试验阶段，在测试部21的带动下模拟转轴11和模拟铁芯12进行旋转，并在动作的过程中通过控制部22获取测试部21和实验用转子结构的相应数据后，对测试部21进行相应的调整；当达到设定的条件(测试部21的运行时间)后，控制部22停止测试部21动作，并获取实验用转子结构的状态，进而确定实验用转子机构是否满足高速旋转的需求；其中，
54.测试部21包括：测试架211、驱动装置213和测试装置214，该测试架211设置在使用地，且在测试架211上设置有测试箱212；驱动装置213设置在测试架211上，输出端穿过测试架211后置于测试箱212内，并与实验用转子结构连接；且驱动装置213与控制部22连接；测试装置214设置在测试箱212内，并与控制部22连接；
55.其中，测试箱212为封闭空间，以保证将实验用转子结构置于到测试箱212后，能够使测试箱212内更加趋近于真实的使用环境；进行测试前，将实验用转子结构与驱动装置213的输出端连接；启动驱动装置213，带动实验用转子结构进行旋转，在旋转的过程中通过测试装置214获取实验用转子结构的状态，并通过控制部22对驱动装置213进行调整；本发明中，优选的驱动装置213为电机，电机的输出轴穿过测试架211后置于测试箱212内，且输出轴通过螺栓与若干螺孔连接，完成实验用转子结构与输出轴的固定；
56.当然，考虑到更加趋近真实的环境，本发明中，测试部21还包括进风机构215，该进风机构215，一端与测试箱212连通；且测试箱212上设置有出风口216；如图4所示，进风机构215包括风机2151和风道2152，通过风机2151将空气吸入并产生风，并通过风道2152将产生的风输送到测试箱212内，以增加测试箱212内的模拟的真实性；
57.另外，实际使用时，会随着旋转的周期增加，转子所在的环境会发生温度变化，因此，为趋近真实环境，在本发明中，还设置有加热装置217，该加热装置217设置在进风机构215与测试箱212的连接处；这样通过进风机构215输送来的风会被加热装置217进行加热，使得进入到测试箱212内的风的温度升高；
58.需要说明的是，本发明中，进风机构215中的风机2151和加热装置217均与控制部22连接；且当设置有进风机构215和加热装置217时，测试装置214包括转速传感器2141和温度传感器2142，这样一方面获取实验用转子结构的转速，另一方面能够通过温度传感器2142获取使用环境的温度，并通过控制部22获取相应的数据后，对进风机构215和加热装置217进行对应的调整；以满足测试箱212的环境更加趋近真实环境；
59.如图4所示，为降低驱动装置213的磨损，本发明中优选的设置有润滑机构218，该润滑机构218与驱动装置213连通；通过润滑机构218向驱动装置213输送润滑油，来降低驱动装置213的磨损；当然，在本发明中，由于电机的输出轴需要穿过测试架211，因此在穿过测试架211的位置为避免与输出轴与测试架211接触，该位置设置有第一轴承，而在电机壳体的端部同样设置第二轴承，避免与输出轴直接接触产生磨损；而润滑机构218则会同时向第一轴承和第二轴承输送润滑油，降低第一轴承和第二轴承与输出轴之间的磨损；具体的，润滑机构218包括气泵2181和润滑油雾化器2182，气泵2181和润滑油雾化器2182连通，且润滑油雾化器2182通过两个不同的管道与第一轴承和第二轴承所在位置连通；当使用时气泵2181动作，通过气泵2181产生的气体推动润滑油雾化器2182雾化后的润滑油到达第一轴承和第二轴承的位置，对第一轴承和第二轴承进行润滑；
60.需要说明的是，本发明中，气泵2181和润滑油雾化器2182也均与控制部22连接，在控制部22获取相应地情况后，控制气泵2181和润滑油雾化器2182的动作；
61.如图4所示，控制部22包括工控机221和监视器223，该工控机221通过数据采集器222与测试部21连接；监视器223与工控机221连接；具体的，工控机221通过数据采集器222与测试装置214连接，而工控机221直接与驱动装置213、进风机构215、加热装置217和润滑装置连接，并对各部分进行控制；如根据获取的测试装置214中的转速传感器2141的数据对驱动装置213进行控制，以便调整驱动装置213的转速；另外，通过获取温度传感器2142的数据，控制进风机构215和加热装置217，调整进入的热封的温度；当然，可以根据需要在出风口216处设置开关，并通过工控机221与控制开关连接，这样可以根据温度传感器2142的数据控制出风口216的开闭，进而能够有效的调节测试箱212内的温度；
62.监视器223能够获取工控机221的信息，并进行显示，以便操作者能够获取工控机221的工作状态及获取的相应数据；
63.如图5所示，本发明还提出了一种转子强度验证方法，包括转子强度验证装置，还包括如下步骤：
64.进行实验用转子结构的制作和转子强度验证装置的搭建；具体的，同步进行实验用转子结构制作和转子强度验证装置的搭建；当进行实验用转子机构制作时，分别进行各部件的加工，并在加工完成后，将第一端板14穿设在模拟转轴11上，继续将模拟铁芯12穿设在模拟转轴11上，再将第二端板15穿设在模拟转轴11上，使得模拟铁芯12固定在第一端板14和第二端板15之间；进行止动垫圈131和锁紧螺母132的安装，并使止动垫圈131置于锁紧螺母132与第二端板15之间，进而完成实验用转子结构的制作，且在实验用转子结构装配完成后，需要进一步进行动平衡校正，以减小实验室用转子结构在告诉旋转时振动的频率；
65.当进行转子强度验证装置搭建时，将测试架211置于所需位置后，进行测试箱212与测试架211的安装，可以采用螺栓的方式将测试架211与测试箱212进行固定；并将转速传感器2141和温度传感器2142通过支板固定在邻近实验室用转子结构的安装位置；将电机与测试架211进行连接，可采用螺栓的方式进行连接，并在连接后，使电机的输出轴穿过测试架211和测试箱212后置于测试箱212中；并将风机2151与风道2152一端连通，将风道2152的另一端与测试箱212连通；当然，在风道2152的另一端与测试箱212连接前，需要先将加热装置217连接在风道2152与测试箱212的连接处，再进行风道2152另一端与测试箱212的连接；进行润滑机构218连接，先将气泵2181与润滑油雾化器2182连通，并通过两个管道分别连接
第一轴承和第二轴承所在位置后完成测试部21的搭建；之后进行监视器223、工控机221和数据采集器222的连接，并在连接后，进行数据采集器222与转速传感器2141和温度传感器2142连接，并进行工控机221与电机、风机2151、加热装置217、气泵2181和润滑油雾化器2182的连接，进而完成本发明技术方案的搭建；
66.通过控制部22对测试部21进行控制，实现测试部21带动试验用转子结构的旋转；具体的，通过工控机221控制电机启动，并带动实验室用转子结构在测试箱212内进行旋转；并在再旋转的过程中，通过数据采集器222获取转速传感器2141和稳固传感器的数据，并根据数据通过工控机221调整驱动装置213、进风机构215、加热装置217和润滑机构218的动作，以配合实验室用转子结构的旋转；
67.通过控制部22对测试部21进行控制，使测试部21停止动作，并检测试验用转子结构的情况，确定试验结果；具体的，根据实际的需要设定驱动装置213的旋转时间，当达到设定的时间后，通过工控机221控制驱动装置213、进风机构215、加热装置217和润滑机构218停止动作；开启测试箱212的箱门，取出实验室用转子结构；确定实验室用转子结构是否损坏，即是否出现裂纹等问题，如无出现，则确定实验室用转子机构符合使用需求，反之，则不符合使用需求。
68.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。