专利名称：屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种研究屏蔽电机屏蔽套间隙流场的实验装置，该实验装置是一种研究两个直径不同的相互的嵌套圆柱形结构在内部圆柱高速旋转的条件下，两个圆柱间隙的流场分布，特别涉及一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置。
背景技术：
在工业使用的屏蔽电机中，转子和定子之间是充满液体的，转子和定子都是由屏蔽套包起来的线圈，屏蔽套可防止液体进入屏蔽电机。转子和定子之间的液体有润滑和冷却电机的功能。在屏蔽电机正常运转的时，转子高速旋转，定子固定不动。在这种工况下，转子和定子之间的液体在转子外壁粘性力的作用下也随着转子旋转，形成转子和定子之间的流场。该流场不可避免的要和转子发生力的相互作用。这种相互作用会对转子的稳定性 造成影响，严重的时候会造成转子的失稳。因此有必要对这种流场展开相关的研究。一般的计算机仿真采用了很多的假设，可能会得到一些近似的解，这种理论分析还需要试验加以验证。经过对现有的实验装置检索发现，一般的实验装置都是使用两个不同直径的圆柱，小的圆柱放置在大的圆柱的内部，在两个圆柱中间的间隙注满水，在一端使用电机带动小的圆柱，在中间形成类似的流场，之后研究流场的分布规律。这种实验装置能够在一定程度上反映该种流动的规律，但是，存在以下缺陷
1、现有的实验装置的变速范围较窄，柔性很差，修改起来很不方便；
2、现有的实验装置的偏心率是固定的，可变的参数很少；
3、现有的实验装置本身不能模拟在屏蔽套间隙的轴向流动，因此不能研究轴向流动对电机转子的影响；
4、现有的实验装置能模拟的流场流动形式单一，不能全方位模拟各种工况下的流场分布。

发明内容
本发明目的在于提供一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，以解决现有技术中的研究屏蔽电机屏蔽套间隙流场的实验装置的变速范围较窄，柔性很差，修改起来很不方便的技术性问题。本发明目的通过以下技术方案实现
一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，包括转子、电机主轴和壳体，所述转子与所述电机主轴连接，所述转子设置在所述壳体内，所述电机主轴上设有测力仪。优选地，所述电机主轴包括五轴联动的电机主轴。优选地，所述壳体包括依次连接的端盖、壳体本体和底盖，所述转子设置在所述壳体本体内。优选地，所述壳体本体和所述底盖上分别开有通孔，所述通孔通过管道连接可形成回路。优选地，所述研究装置还包括若干传感器，所述壳体本体上设有连接孔，所述传感器可通过所述连接孔与所述壳体连接。优选地，所述传感器包括位移传感器。优选地，所述传感器还包括压力传感器和/或加速度传感器。优选地，所述转子的下端侧面可设有径向孔，所述转子的底面可设有轴向孔，所述径向孔与所述轴向孔相通。优选地,所述测力仪包括三维力扭矩力测力仪,所述三维力扭矩力测力仪连接在所述电机主轴上。优选地，所述壳体本体为有机玻璃壳体。 与现有技术相比，本发明有以下优点
1、本发明的研究装置的电机主轴可以在0-8000rpm范围内连续调速，这种转速能够完全满足实验的转速要求，而且为实验中转速改变提供了很大的柔性，可以很方便的在各种转速下试验；
2、本发明的研究装置的电机主轴可以实现高精度的连续位移运动，可以通过调节转子位置实现在各种偏心下进行试验，研究偏心量对流场的影响，可变的参数较多；
3、本发明的研究装置的电机主轴可以实现转子正向和反向的涡动，以模拟转子的实际运动，以便研究装置能够模拟实际电机内部转子的运动情况，使试验结果更可靠，有助于还原实际的流动状态；
4、本发明的研究装置的电机主轴上有三维力扭矩力测力仪，能够测量转子所受到的三维力和扭矩，能够较准确、有效地检测转子在运转过程中受到流场的作用力；
5、可在本发明的研究装置的转子下部设置成叶轮结构，该叶轮结构可以提供轴向流动的水头，形成完整的轴向循环，添加这一结构有助于使研究装置内的流动状态更进一步地接近实际流动状态；
6、本发明的研究装置的传感器的布置密度比较大，沿壳体本体的轴向和径向均匀密布传感器，能够实现整个流场变化状态的实时监控，这些传感器的数据有助于还原整个流场的压力分布以及整个转子的振动状态，并和电机主轴上的测力仪的数据相互印证，使试验结果更为可靠和可信；
7、本发明的研究装置的采用有机玻璃外壳，可以实现流场的可视化，在流场中添加示踪粒子，同时采用高速摄像机能够提取内部流体流动状态的图片，有助于更进一步的熟悉内部流场的流动规律。


图I为本发明的研究装置的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图，详细说明本发明。请参阅图1，本发明的屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，包括转子2、传感器
4、电机主轴I和壳体，转子2与电机主轴I连接,转子2设置在壳体内，电机主轴I上设有测力仪。在本实例中，电机主轴I为五轴联动的电机主轴。本发明的五轴联动的电机主轴可以在O-SOOOrpm范围内连续调速，这种转速能够完全满足实验的转速要求，而且为实验中转速改变提供了很大的柔性，可以很方便的在各种转速下试验。电机主轴的定位精度可以达到IOy m，可以依靠主轴的移动实现转子的任意偏心率，可以实现高精度的连续位移运动，可以通过调节转子位置实现在各种偏心下进行试验，研究偏心量对流场的影响。电机主轴还可以实现转子正向和反向的涡动，以模拟转子的实际运动。以便试验装置能够模拟实际电机内部转子的运动情况，使试验结果更可靠，有助于还原实际的流动状态。壳体包括依次连接的端盖31、壳体本体32和底盖33，转子2设置在壳体本体32内。壳体本体32和底盖33上分别开有通孔，通孔通过管道7连接可形成水流回路。当转子2在壳体本体32内高速转动时，水流回路可使得水不会从壳体上渗出，可防止壳体内的水弄湿工作台。、
壳体本体32上设有连接孔，传感器可通过连接孔与壳体本体32连接。在本实例中，传感器与壳体本体螺接连接。传感器包括位移传感器、压力传感器和加速度传感器。位移传感器、压力传感器和加速度传感器可穿过壳体本体上的连接孔与壳体本体内的水接触。位移传感器、压力传感器和加速度传感器可沿着壳体本体的径向和轴向分布。传感器的布置密度比较大，能够实现整个流场变化状态的实时监控。这些传感器的数据有助于还原整个流场的压力分布以及整个转子的振动状态，并和电机主轴上的测力仪的数据相互印证，使试验结果更为可靠和可信。为了研究轴向流场对转子的影响，可在转子的下端侧面设置径向孔21，在转子的底面设置轴向孔22，径向孔21与轴向孔22相通以形成叶轮结构。该叶轮结构可以提供轴向流动的水头，形成完整的轴向循环，添加这一结构有助于使试验装置内的流动状态更进一步地接近实际流动状态。同时，本发明的研究装置还配有另一转子，在该转子的下部不设置叶轮结构，当不需要研究轴向流动的影响时，可将有叶轮结构的转子取下，更换上没有叶轮结构的转子，消除叶轮结构的影响，以研究其他因素对流场造成的影响。测力仪包括三维力扭矩力测力仪，三维力扭矩力测力仪连接在电机主轴上。三维力扭矩力测力仪能够测量转子所受到的三维力和扭矩力，能够直接有效地检测转子在运转过程中受到流场的作用力。本发明的壳体本体32为有机玻璃壳体，可以实现流场的可视化，在流场中添加示踪粒子，同时采用高速摄像机能够提取内部流体流动状态的图片，有助于更进一步的熟悉内部流场的流动规律。进行实验时，电机主轴转动，从而带动转子旋转，可模拟屏蔽电机转子的运动，转子外部的有机玻璃壳体模拟的是屏蔽电机定子部分。在转子和壳体之间形成一个环形的流道，该环形的流道内部有液体流动，随着转子的运转，该间隙内部的液体会有相应的流动，形成屏蔽套间隙的流场。有机玻璃壳体上端设有一个端盖31,下端设有一个底盖33,底盖和壳体本体上各开有一个孔，通过管道7连接，形成水流回路，可以防止水流外溢。在叶轮结构泵出水头后，为了防止水流向下回流，将转子和底盖的距离缩短，形成动密封。在有机玻璃壳体上布置多个位移传感器和压力传感器，可完整地监测整个流场的分布和转子的振动。在转子的下端设置叶轮结构，该叶轮结构包括径向孔和轴向孔，径向孔和轴向孔相通。这种结构在转子高速旋转后，会向外泵水，形成向上的水流循环，也即轴向流动，藉此可以研究轴向流动对转子的作用力。整个研究装置是放置在机床工作台6上的，并使用夹具6进行定位夹紧。本发明的研究装置的提出设计是为了研究屏蔽电机屏蔽套之间的流场分布状况和流场与转子的作用规律。本发明的研究装置的显著特点是实验系统柔性更大，测试方案完善，并具有添加轴向流动的能力，能够在多个偏心率和转速下，实现各种流动状态的模拟。本发明的研究装置能够透彻的研究这种流动的分布规律和该种流动对转子的作用规律，为转子的稳定性研究垫定基础。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域 的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
权利要求
1.一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，包括转子、电机主轴和壳体，所述转子与所述电机主轴连接，所述转子设置在所述壳体内，所述电机主轴上设有测力仪。
2.如权利要求I所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述电机主轴包括五轴联动的电机主轴。
3.如权利要求I所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述壳体包括依次连接的端盖、壳体本体和底盖，所述转子设置在所述壳体本体内。
4.如权利要求3所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述壳体本体和所述底盖上分别开有通孔，所述通孔通过管道连接可形成回路。
5.如权利要求3所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述研究装置还包括若干传感器，所述壳体本体上设有连接孔，所述传感器可通过所述连接孔与所述壳体连接。
6.如权利要求5所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述传感器包括位移传感器。
7.如权利要求6所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述传感器还包括压力传感器和/或加速度传感器。
8.如权利要求I所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述转子的下端侧面可设有径向孔，所述转子的底面可设有轴向孔，所述径向孔与所述轴向孔相通。
9.如权利要求I所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述测力仪包括三维力扭矩力测力仪，所述三维力扭矩力测力仪连接在所述电机主轴上。
10.如权利要求3所述的一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，其特征在于，所述壳体本体为有机玻璃壳体。
全文摘要
本发明涉及一种研究屏蔽电机屏蔽套间隙流场的实验装置，特别涉及一种屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置。本发明的屏蔽电机屏蔽套的间隙流场研究装置，包括转子、电机主轴和壳体，所述转子与所述电机主轴连接，所述转子设置在所述壳体内，所述电机主轴上设有测力仪。与现有技术相比，本发明的研究装置的电机主轴可以在0-8000rpm范围内连续调速，这种转速能够完全满足实验的转速要求，而且为实验中转速改变提供了很大的柔性，可以很方便的在各种转速下试验。
文档编号G01M10/00GK102735422SQ20121020961
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者姚振强, 徐正松, 成德, 沈洪, 薛亚波 申请人:上海交通大学