低温电机性能测试系统

技术领域

本发明涉及低温制冷技术领域，特别是涉及一种低温电机性能测试系统。

背景技术

低温泵是用于输送流体或使流体增压的机械，它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。在低温系统中，低温泵有着能够保持低温工作条件和稳定的流体输送的突出优越性能。其中，液氢燃料泵应用于航空航天领域，即液体火箭发动机；在石油化工和空分装置领域，低温泵可作为液氢、液氮等低温流体的输送泵(为贮槽/槽车灌送液体加压)；在民用领域，低温泵主要应用于氢燃料汽车；在大科学装置领域，以液氦/液氢循环泵为代表的低温泵已被应用于CERN等大科学装置上。

低温泵包括泵部分和电机部分，电机部分与叶轮直连，为泵部分提供机械动力，使泵部分能够输送流体或使流体增压。在低温系统中的电机长期浸泡在低温下，其性能直接会影响整个低温泵的性能，因此低温电机的性能测试尤为重要。目前对于电机的性能测试都是常温的测试，常温电机的性能测试平台一般是采用卧式系统，如果在卧式系统添加低温储罐，则温度梯度与轴的方向是垂直分布，同时，低温电机会向常温侧传递大量冷量，造成轴承、扭力传感器等处在低温的环境下，无法正常工作。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中如何在低温环境中对低温电机性能测试的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低温电机性能测试系统，用于对低温下的测试电机进行性能测试，包括立式支撑架；低温液体储罐，其安装于所述立式支撑架，所述低温液体储罐的筒体内灌注低温介质，并用于容置测试电机；磁力联轴器，其设置在所述筒体的上方并连接所述测试电机，所述磁力联轴器包括均安装有永磁体的内转子和外转子，所述内转子和所述外转子通过永磁体间隙配合，所述内转子连接测试电机的输出端；扭力传感器，其设置在所述磁力联轴器的上方，所述扭力传感器的主轴一端通过第一联轴器与所述磁力联轴器的外转子连接；负载部件，其设置在所述扭力传感器的上方，且与所述扭力传感器的主轴通过第二联轴器连接。通过将低温部分的测试电机与常温部分的扭力传感器的连接处采用可在低温下工作且传热量少的磁力联轴器，实现低温与常温部分的刚性传动，完成低温电机的性能测试。同时利用磁力联轴器的内转子与外转子的间隙形成真空夹层，在相对较短的轴向长度下，可以避免低温下的测试电机对常温部分的扭力传感器传递冷量影响扭力传感器的正常使用。

可选地，所述外转子的外侧设置有气浮轴承，所述气浮轴承所支撑的主轴与所述外转子为一体式结构。通过气浮轴承通入带压气体形成气膜支撑力对磁力联轴器的外转子提供非接触支撑，有效减小了测试电机输出端到扭力传感器的损耗，提高了测试的精度。

可选地，所述立式支撑架包括第一法兰，所述低温液体储罐包括设置于所述筒体的顶部的第二法兰，所述第一法兰与所述第二法兰之间设置有中间转接的第三法兰，依次连接所述第一法兰、所述第三法兰和所述第二法兰使得所述低温液体储罐可拆卸地连接于所述立式支撑架。

可选地，该低温电机性能测试系统还包括第四法兰，所述第四法兰设置在所述第三法兰下方且与所述第三法兰连接形成法兰封闭空腔，所述法兰封闭空腔为真空腔；所述磁力联轴器的所述内转子与所测试的低温电机的主轴连接，间隙置于所述第四法兰的内圈，所述磁力联轴器的所述外转子间隙置于所述第三法兰的内圈。通过将第三法兰和第四法兰配合形成法兰封闭空腔，在低温部分与常温部分的连接处进行真空隔绝，能够进一步减少测试电机对常温部分传递冷量。

可选地，所述气浮轴承通过轴承固定架安装在第三法兰上方。轴承固定架可以限制气浮轴承的移动。

可选地，测试电机上端设置有安装法兰，所述安装法兰通过拉杆连接所述第二法兰，所述拉杆强度跟个数根据测试电机的重量确定，并沿所述安装法兰的圆周方向均匀布置，测试电机通过所述安装法兰和所述拉杆实现吊装于所述筒体内。

可选地，所述立式支撑架还包括竖直导轨以及横向导轨，所述竖直导轨和所述横向导轨均安装在所述第一法兰下方，所述竖直导轨与所述立式支撑架的高度方向平行设置，所述横向导轨与所述竖直导轨垂直设置，并可滑动地安装在所述竖直导轨上，所述低温液体储罐可滑动地安装在所述横向导轨上。

可选地，所述筒体由外向内依次包括外筒体、中间筒体以及内筒体，所述中间筒体与所述内筒体之间设置有中间内筒体；所述内筒体内灌注低温介质，测试电机容置于所述内筒体的内部；其中，所述中间内筒体、所述内筒体和所述第二法兰形成第一封闭空腔，所述中间内筒体、所述中间筒体形成第二封闭空腔，所述外筒体、所述中间筒体与所述第二法兰形成第三封闭空腔；所述第一封闭空腔和所述第三封闭空腔设置有真空抽口，以实现对所述第一封闭空腔和所述第三封闭空腔进行真空抽吸；所述第二封闭空腔内用于盛置低温液体以形成冷屏。通过采用多层真空加冷屏，以保证低温液体储罐更好的绝热效果。

可选地，所述中间筒体与所述中间内筒体背离所述第二封闭空腔的一面，以及所述内筒体相对于所述中间内筒体的表面均分别包覆多层真空绝热材料，可以进一步地提高绝热效果。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：

本发明提供一种低温电机性能测试系统，用于对低温下的测试电机进行性能测试，其包括立式支撑架、低温液体储罐、磁力联轴器、扭力传感器、负载部件、第一联轴器和第二联轴器。其中，低温液体储罐安装于立式支撑架，低温液体储罐的筒体内灌注低温介质，并用于容置测试电机；磁力联轴器设置在筒体的上方并连接所述测试电机，磁力联轴器、扭力传感器及负载部件自下而上依次连接，从而使得该低温电机性能测试系统能够实现整体立式安装。通过将低温部分的测试电机与常温部分的扭力传感器采用能够在低温下工作且传热少的磁力联轴器进行连接，实现低温部分与常温部分的刚性传动；通过利用磁力联轴器的内转子与外转子的间隙形成真空夹层，可有效减少冷端低温的热量耗散，在相对较短的轴向长度下，可以避免低温下的测试电机对常温部分的扭力传感器传递冷量影响扭力传感器的正常使用，实现对低温下的电机性能的测试。

附图说明

图1是本发明一实施例的整体结构示意图。

图2是图1所示的实施例中低温液体储罐的剖视图。

图3是图1所示的实施例中第三法兰与第四法兰配合组成真空腔体的结构示意图。

图4是图1所示的实施例中A部分的放大结构示意图。

附图标记说明如下：

10、立式支撑架；11、第一法兰；12、负载安装支架；13、竖直导轨；14、横向导轨；15、安装法兰；16、拉杆；20、低温液体储罐；21、第二法兰；22、筒体；221、外筒体；222、中间筒体；223、内筒体；224、中间内筒体；225、进液通道；226、排气通道；23、第三法兰；231、第三法兰阶梯壁；24、第四法兰；241、第四法兰外壁；242、第四法兰阶梯壁；25、法兰封闭空腔；25a、内通孔；20a、第一封闭空腔；20b、第二封闭空腔；20c、第三封闭空腔；30、磁力联轴器；31、内转子；32、外转子；40、气浮轴承；41、轴承固定架；50、扭力传感器；60、负载部件；70、第一联轴器；80、第二联轴器；90、测试电机。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。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所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本申请提供一种低温电机性能测试系统，用于在低温的情况下测试低温电机的功率，效率，扭矩等参数。请参阅图1，该低温电机性能测试系统包括立式支撑架10、低温液体储罐20、磁力联轴器30、扭力传感器50、负载部件60、第一联轴器70和第二联轴器80。

请参阅图1和图4，其中，低温液体储罐20固定于立式支撑架10上，测试电机90浸泡于低温液体储罐20内；磁力联轴器30、扭力传感器50和负载部件60自下而上依次连接，测试电机90的输出轴与磁力联轴器30的内转子31连接，磁力联轴器30的外转子32通过第一联轴器70与扭力传感器50的主轴连接，扭力传感器50的主轴另一端与负载部件60的主轴通过第二联轴器80相连。

具体地在本实施例中，立式支撑架10上设置第一法兰11，低温液体储罐20的筒体22顶部设置有第二法兰21，第一法兰11与第二法兰21之间设置有中间转接的第三法兰23，第二法兰21与第三法兰23螺栓连接，第三法兰23与立式支撑架10上的第一法兰11连接，进而使得低温液体储罐20可拆卸地安装在立式支撑架10上。可以理解地是，在其他的实施例中，低温液体储罐20还可以采用其他的方式安装于立式支撑架10上，例如将低温液体储罐20直接焊接固定于立式支撑架10，只要保证低温液体储罐20竖直安装于立式支撑加上以实现测试电机90可以采用立式的方式进行低温下的性能测试即可。

进一步地，在本实施例中，立式支撑架10还包括竖直导轨13以及横向导轨14。竖直导轨13和横向导轨14均安装在第一法兰11下方，竖直导轨13与立式支撑架10的高度方向平行设置，横向导轨14与竖直导轨13垂直设置并可滑动地安装在竖直导轨13上；低温液体储罐20由横向导轨14带动沿竖直导轨13实现上下移动，并通过滑动地安装在横向导轨14实现左右水平移动。当系统复温后，需要更换测试电机90时，可以将第二法兰21与第三法兰23分离，通过竖向导轨将低温液体储罐20竖直下移到合适的距离，再通过横向导轨14将低温液体储罐20水平移动，留出测试电机90的操作空间，进行测试电机90的更换。更换完毕，再按照原来移动的轨迹的相反方向将低温液体储罐20送回，将第二法兰21与第三法兰23重新连接。

为了保证系统的正常运行，在第一法兰11和第三法兰23上还配合设置有气体置换口、抽真空口、安全泄放口、加注孔、低温电器贯穿件孔等。

请参阅图2，低温液体储罐20的筒体22由外向内依次包括外筒体221、中间筒体222以及内筒体223，中间筒体222与内筒体223之间设置有中间内筒体224；筒体22上分别开设有进液通道225和排气通道226，进液通道225焊接在外筒体221上，同时，进液通道225开口于中间筒体222；排气通道226焊接在外筒体221上，同时排气通道226开口于中间筒体222。

具体地，中间内筒体224、内筒体223和第二法兰21形成第一封闭空腔20a，第一封闭空腔20a设置有真空抽口，以对第一封闭腔室20a进行真空抽吸，使得第一封闭空腔20a为真空度小于1x10

进一步地，在中间筒体222与中间内筒体224背离第二封闭空腔20b的一面，以及内筒体223相对于中间内筒体224的表面均分别包覆多层真空绝热材料(图中未示出)，以降低热辐射，提高绝热效果。

请参阅图1和图3，该低温电机性能测试系统还包括第四法兰24，第四法兰24与第三法兰23连接形成法兰封闭空腔25。具体地，第三法兰23的内圈沿其轴向方向延伸形成第三法兰阶梯壁231，第四法兰24的外圈沿其轴向延伸形成第四法兰外壁241，第四法兰24的内圈沿第四法兰外壁241的反向延伸形成第四法兰阶梯壁242，第四法兰24设置在第三法兰23下方，通过将第四法兰外壁241的顶端固定连接于第三法兰23底端，第四法兰阶梯壁242的端部与第三法兰阶梯壁231的端部连接，以此围合形成法兰封闭空腔25，第四法兰阶梯壁242与第三法兰阶梯壁231连接处形成一内通孔25a。通过将法兰封闭空腔25进行抽真空，法兰封闭空腔25的真空层能够实现热量隔绝，实现第三法兰23上方为用于安置扭力传感器50的常温部分，第三法兰23下方为低温部分的测试电机90，进一步减少测试电机90对常温部分传递冷量。

请参阅图1和图4，第四法兰24与内筒体223以及第三法兰底端形成用于灌注低温介质的腔室，测试电机90浸泡于内筒体223内，测试电机90上端连接安装法兰15，安装法兰15通过拉杆16连接第二法兰21，拉杆16强度跟个数根据测试电机90的重量确定，沿所述安装法兰15的圆周方向均匀布置，测试电机90通过安装法兰15和拉杆16实现吊装于内筒体223内。

请再参阅图4，磁力联轴器30为非接触式联轴器，其设置在测试电机90的上方，包括内转子31和外转子32，内转子31与外转子32间隙连接，内转子31穿设第四法兰阶梯壁242形成的内通孔25a，外转子32间隙置于第三法兰23的第三法兰阶梯壁231形成的槽内，内转子31与外转子32上均固定安装有永磁体。内转子31与测试电机90的输出轴相连，工作时内转子31随着测试电机90的输出轴一起转动。磁力联轴器30通过内转子31与外转子32的永磁体磁极之间的合理布置，实现内转子31和外转子32与其连接的测试电机90的主轴的同步运转，达到刚性联轴器的作用。

进一步地，磁力联轴器30的外转子32的外侧设置有气浮轴承40，气浮轴承40所支撑的主轴与外转子32为一体式结构，其主轴与扭力传感器50主轴的一端连接。具体地，气浮轴承40通过轴承固定架41安装在第三法兰23上。扭力传感器50设置在磁力联轴器30的上方，扭力传感器50的主轴一端与磁力联轴器30的外转子32通过第一联轴器70连接，用于测试动态工况中的测试电机90的扭矩。

通过磁力联轴器30分别连接低温部分的测试电机90以及常温部分的扭力传感器50，实现了低温部分的测试电机90以及常温部分的扭力传感器50的同步转动。同时，利用磁力联轴器30的内转子31与外转子32的间隙，形成真空夹层，有效减少了冷端低温的热量耗散。气浮轴承40通过通入带压氮气/氦气(根据底部低温工质的不同选取，其沸点要低于低温工质)，利用气膜力支撑气浮轴承40的主轴。通过采用气浮轴承40的非接触式支撑及磁力联轴器30的非接触式连接方式，有效减小了测试电机90的输出端到扭力传感器50的损耗，提高了测试的精度，获得更精确的扭力数据。

负载部件60设置在扭力传感器50的上方，具体地，负载部件60固定在与立式支撑架10连接的负载安装支架12上，负载部件60的主轴通过第二联轴器80与扭力传感器50的主轴的另一端连接。负载部件60用于为测试电机90提供测试范围内所需的反向扭矩。

本发明提供一种低温电机性能测试系统，用于对低温下的测试电机90进行性能测试，其包括立式支撑架10、低温液体储罐20、磁力联轴器30、气浮轴承40、扭力传感器50、负载部件60、第一联轴器70和第二联轴器80；低温液体储罐20安装于立式支撑架10，低温液体储罐20的筒体22内灌注低温介质，并用于容置测试电机90；磁力联轴器30设置在筒体22的上方并连接测试电机90，其包括均安装有永磁体的且间隙配合的内转子31和外转子32，内转子31连接测试电机90的输出端，外转子32与气浮轴承40所支撑的主轴为一体式结构，外转子32通过第一联轴器70与扭力传感器50的主轴一端连接，扭力传感器50的主轴的另一端与负载部件60连接。通过将磁力联轴器30、扭力传感器50及负载部件60自下而上依次连接，从而使得该低温电机性能测试系统能够实现整体立式安装；且通过将低温部分的测试电机90与常温部分的扭力传感器50的连接处采用可在低温下工作且热传导少的磁力联轴器30，利用磁力联轴器30的内转子31与外转子32的间隙形成真空夹层，可以避免低温下的测试电机90对常温部分的扭力传感器50传递冷量影响扭力传感器50的正常使用，从而实现对低温下的电机性能的测试。并通过气浮轴承40通入带压气体形成气膜支撑力，实现低温与常温部分的刚性传动，形成对磁力联轴器30的外转子32的非接触式支撑；通过磁力联轴器30的非接触式连接方式，有效减小了测试电机90的输出端到扭力传感器50的损耗，提高了测试的精度。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。