直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測試裝置制造方法
【專利摘要】本發明的實施例提供了一種直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測試裝置，其包括底座、第一支架、磁極承載樣板、下支撐單元、上支撐單元以及載荷加載單元，第一支架固定在底座上；磁極承載樣板的第一端部水平固定在第一支架上，在磁極承載樣板上設置有固定磁極的測試區域；下支撐單元設置在底座上，從下方支撐磁極承載樣板的中部，上支撐單元架設在底座上，從上方支撐磁極承載樣板的中部；載荷加載單元的下端固定在底座上，載荷加載單元的上端固定在磁極承載樣板的第二端部上，用于帶動磁極承載樣板的第二端部在上下方向上往復運動。通過本發明的實施例的彎曲疲勞測試裝置，實現了對直驅永磁風力發電機轉子磁極的彎曲疲勞測試。
【專利說明】直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測試裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測試裝置，尤其是一種直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲 勞測試裝置。
【背景技術】
[0002] 直驅永磁風力發電機組一般采用高品質的釹鐵硼稀土永磁材料作為磁極，由于運 行時電機存在彎曲變形、溫度變化等環境，很容易出現失效的情形。為了保證磁極在運行過 程中不因該因素持續作用而發生失效，需要一種彎曲疲勞測試設備來模擬外部環境，對磁 極進行可靠性測試。目前，與風力發電機組相關的測試裝置大多集中在葉片疲勞試驗、變槳 軸承疲勞測試、機艙測試等方面，而沒有出現用于直驅永磁風力發電機轉子磁極的疲勞測 試設備。
【發明內容】
[0003] 本發明的實施例提供一種直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測試裝置， 實現對直驅永磁風力發電機轉子磁極的彎曲疲勞測試。
[0004] 為達到上述目的，本發明的實施例提供了一種直驅永磁風力發電機的轉子磁極的 彎曲疲勞測試裝置，其包括底座、第一支架、磁極承載樣板、下支撐單元、上支撐單元以及載 荷加載單元，
[0005] 所述第一支架固定在所述底座上；
[0006] 所述磁極承載樣板的第一端部水平固定在所述第一支架上，在所述磁極承載樣板 上設置有固定磁極的測試區域；
[0007] 所述下支撐單元設置在底座上，從下方支撐所述磁極承載樣板的中部，所述上支 撐單元架設在底座上，從上方支撐所述磁極承載樣板的中部；
[0008] 所述載荷加載單元的下端固定在所述底座上，所述載荷加載單元的上端固定在所 述磁極承載樣板的第二端部上，用于帶動所述磁極承載樣板的第二端部在上下方向上往復 運動。
[0009] 進一步地，所述彎曲疲勞測試裝置還可以包括第二支架，其固定在所述底座上，在 所述第二支架上設置限位單元，用于將所述磁極承載樣板的第二端部的向上往復運動限定 在預定的范圍內。
[0010] 進一步地，所述限位單元包括設置在所述第二支架上的第一接近開關和第二接近 開關，所述第一接近開關和所述第二接近開關分別位于所述磁極承載樣板的第二端部的上 側和下側，所述第一接近開關和所述第二接近開關與所述載荷加載單元電連接，控制所述 載荷加載單元的運動范圍。
[0011] 進一步地，所述載荷加載單元可以包括：依次連接的液壓上耳板、液壓系統總成、 液壓下耳板，
[0012] 所述液壓上耳板固定在所述磁極承載樣板的第二端部的底面上，所述液壓下耳板 固定在所述底座上。
[0013] 進一步地，所述載荷加載單元可以包括：依次連接的液壓上耳板、液壓系統總成、 液壓下耳板，
[0014] 所述液壓上耳板固定在所述磁極承載樣板的第二端部的底面上，所述液壓下耳板 固定在所述底座上，所述液壓系統總成的液壓缸與所述第二支架固定連接。
[0015] 進一步地，所述底座可以為長方形結構，所述下支撐單元包括多個三角形支架和 固定支撐在所述多個三角形支架頂端的第一圓柱形支撐體，所述多個三角形支架沿所述底 座的寬度方向排列并固定在所述底座上，所述第一圓柱形支撐體支撐所述磁極承載樣板的 底面。
[0016] 進一步地，所述上支撐單元可以包括架設在底座上的門型支架，該門型支架由橫 梁和橫梁兩端的支撐桿組成，在所述門型支架的橫梁的下部設置有第二圓柱形支撐體，所 述第二圓柱形支撐體支撐在所述磁極承載樣板的上面上。
[0017] 進一步地，所述第二圓柱形支撐體包括沿著所述橫梁呈直線排列的多個第二圓柱 形支撐體單元，所述第二圓柱形支撐體單元支撐在所述磁極承載樣板的上面的所述測試區 域以外的區域。
[0018] 進一步地，所述第一圓柱形支撐體和所述第二圓柱形支撐體的支撐位置可以處于 所述測試區域的長度方向的中點。
[0019] 進一步地，所述測試區域可以為多個，沿著所述磁極承載樣板的寬度方向并列排 布。
[0020] 進一步地，所述直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測試裝置還可以包括 計數器，其與所述限位單元連接，用于記錄所述往復運動的次數。
[0021] 本發明的實施例的彎曲疲勞測試裝置，通過上下支撐單元形成對磁極承載樣板的 夾持，并結合載荷加載單元帶動所述磁極承載樣板的第二端進行往復運動，實現了對直驅 永磁風力發電機轉子磁極的彎曲疲勞測試，為不同的磁極設計方案的篩選提供了參考，提 高了產品設計的可靠性，使用該裝置將按照不同設計方案制作的磁極分別進行彎曲疲勞測 試，通過比較可以篩選出最好的設計方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明實施例的彎曲疲勞測試裝置的平面結構示意圖；
[0023] 圖2為本發明實施例的彎曲疲勞測試裝置的磁極承載樣板的受力狀態示意圖；
[0024] 圖3為本發明實施例的彎曲疲勞測試裝置的立體結構示意圖之一；
[0025] 圖4為本發明實施例的彎曲疲勞測試裝置的立體結構示意圖之二；
[0026] 圖5為本發明實施例的磁極承載樣板的結構不意圖之一；
[0027] 圖6為本發明實施例的磁極承載樣板的結構示意圖之二；
[0028] 圖7為本發明實施例的磁極承載樣板的結構示意圖之三；
[0029] 圖8為本發明實施例的磁極承載樣板的結構示意圖之四。
[0030] 附圖標號說明：
[0031] 1-底座、2-第一支架、3-磁極承載樣板、4-下支撐單元、5-上支撐單元、6-載荷加 載單元、7-第二支架、8-限位單元、9磁極、31-磁極承載樣板上的測試區域、41-三角形支 架、42-第一圓柱形支撐體、51-門型支架、52-第二圓柱形支撐體、61-液壓上耳板、62-液壓 系統總成、63-液壓下耳板、631-液壓缸、81-第一接近開關、82-第二接近開關。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發明實施例的直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測 試裝置進行詳細描述。
[0033] 如圖1至圖5所示，本發明實施例直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測 試裝置包括底座1、第一支架2、磁極承載樣板3、下支撐單元4、上支撐單元5以及載荷加載 單元6。其中，第一支架2固定在底座1上；磁極承載樣板3的第一端部水平固定在第一支 架2上，在磁極承載樣板3上設置有固定磁極9的測試區域31 ;下支撐單元4設置在底座1 上，從下方支撐磁極承載樣板3的中部，上支撐單元5架設在底座1上，從上方支撐磁極承 載樣板3的中部；載荷加載單兀6的下端固定在底座1上，載荷加載單兀6的上端固定在磁 極承載樣板3的第二端部上，用于帶動磁極承載樣板3的第二端部在上下方向上往復運動。
[0034] 如圖2所示，在上述裝置中，第一支架2起到固定磁極承載樣板3端部的作用，將 磁極承載樣板3固定于A點，再通過上支撐單元5和下支撐單元4夾持磁極承載樣板3,從 而在中部形成彎曲運動的支點B，載荷加載單元6向磁極承載樣板3的第二端部的C點處 施加上下方向的作用力F，帶動第二端部上下往復運動，從而使磁極承載樣板3以上支撐單 元5和下支撐單元4所夾持的部位為支點做上下彎曲的運動，從而實現了對設置于磁極承 載樣板3上的磁極9進行彎曲疲勞測試。
[0035] 進一步地，為了使對磁極9施加的彎曲幅度控制在合理的范圍內，還可以在磁極 承載樣板3的第二端部（例如圖2所示的D點處）設置限位單元8,具體地，上述彎曲疲勞 測試裝置還可以包括第二支架7,固定在底座1上，在第二支架7上設置限位單元8,用于將 磁極承載樣板3的第二端部（例如圖2所示的D點處）的向上往復運動限定在預定的范圍 內。通過加設限位單元8能夠更好控制彎曲幅度，使得測試更加準確并且也能夠防止對磁 極承載樣板3過度彎折。進一步地，限位單元8可以具體包括設置在所述第二支架7上的 第一接近開關81和第二接近開關82,第一接近開關81和第二接近開關82分別位于磁極承 載樣板3的第二端部（例如圖2所示的D點處）的上側和下側，第一接近開關81和第二接 近開關82與所述載荷加載單元6電連接控制所述載荷加載單元6的運動范圍。其工作原 理為：當第一接近開關81或第二接近開關82檢測到磁極承載樣板3的第二端部（例如圖 2所示的D點處）接近到預設距離時，向載荷加載單元6發出控制信號，使載荷加載單元6 向相反方向運動。
[0036] 此外，彎曲疲勞測試裝置還可以進一步包括計數器（未圖示），其與限位單元8連 接，用于記錄往復運動的次數。具體地，可以直接與第一接近開關81和/或第二接近開關 82連接，利用第一接近開關81和/或第二接近開關82的輸出信號來觸發計數器進行計數。 通過對往復運動的次數即彎曲次數進行計數，能夠使后續的彎曲疲勞測試的數據分析更為 準確。
[0037] 此外，載荷加載單元6可以包括依次連接的液壓上耳板61、液壓系統總成62、液壓 下耳板63,其中，液壓上耳板61固定在磁極承載樣板3的第二端部（例如圖2所示的D點 處）的底面上，液壓下耳板63固定在底座1上。在實際應用中，載荷加載單元6主要是通 過液壓系統來實現，并結合來自限位單元8的控制信號進行上下往復運動。優選地，液壓系 統總成62的液壓缸631可以與所述第二支架7固定連接。這樣，第二支架7起到了保護支 架的作用，除了提供限位開關的固定位置之外，還為液壓系統總成62的液壓缸631提供了 運動的支點，使得液壓系統總成62能夠穩定地進行上下往復運動。
[0038] 此外，底座1可以為長方形結構，下支撐單元4包括多個三角形支架和固定支撐在 多個三角形支架頂端的第一圓柱形支撐體42,多個三角形支架沿底座的寬度方向排列并固 定在底座1上，第一圓柱形支撐體42支撐在磁極承載樣板3的底面上。相應地，上支撐單元 5可以包括架設在底座1上的門型支架51，門型支架51由橫梁和橫梁兩端的支撐桿組成， 在門型支架51的橫梁的下部設置有第二圓柱形支撐體52,第二圓柱型支撐體52可以是一 個整體也可以是分段結構，優選地，第二圓柱形支撐體可以包括沿著橫梁呈直線排列的多 個第二圓柱形支撐體單元，第二圓柱形支撐體單元支撐在磁極承載樣板的上面的測試區域 以外的區域。
[0039] 第二圓柱形支撐體52支撐在所述磁極承載樣板3的上面上。優選地，第一圓柱形 支撐體42和所述第二圓柱形支撐體52支撐位置處于測試區域31的長度方向的中點。
[0040] 在上述結構中，上支撐單元5和下支撐單元4均固定在底座1上，下支撐單元4的 多個三角形支架位于上支撐單元5的門型支架的內側，這樣，在位置上能夠較好地對應，整 體結構上也比較緊湊。上支撐單元5和下支撐單元4均采用了圓柱形支撐體，這樣可以在 彎曲測試的過程中，不損傷磁極承載樣板3,此外，通過多個三角形支架支撐第一圓柱形支 撐體42也使得支撐結構更加穩定，同時也可以使磁極承載樣板3在寬度方向上進行延展， 來放置多個磁極9。
[0041] 另外，如圖5至圖8所示，在磁極承載樣板3上可以設置一個或多個測試區域31。 為了便于說明，將圖1中從左到右的方向定義為磁極承載樣板3的長度方向，而垂直于紙面 的方向定義為磁極承載樣板3的寬度方向。如圖5所示，其示出了設置一個測試區域31的 情形，即可以對單個磁極9進行彎曲疲勞測試。而圖6至圖8所示的情形均為多個測試區 域31的情形，各個測試區域31沿著所述磁極承載樣板3的寬度方向并列排布。如圖6所 示，其示出了并排設置3個測試區域31的情形。如圖7所示，其示出了并排設置4個測試 區域31的情形。如圖8所示，其示出了并排設置5個測試區域31的情形。通過在一個磁 極承載樣板3上布置多個測試區域31能夠同時對多個磁極9進行測試，提高了彎曲疲勞測 試的效率。測試區域31的大小可以根據實際需要進行靈活設置，例如，不同的磁極設計方 案可能生成不同大小的磁極，通過在磁極承載樣板3上進行合理布局，能夠對多個不同方 案設計出來的磁極進行比較測試，從而選擇最優設計方案。
[0042] 下面介紹一下本發明實施例的彎曲疲勞測試裝置的組裝過程：先在底座1(第一 支架可以與底座一體設置）上安裝下支撐單元4,然后安裝液壓下耳板63和第二支架7,形 成如圖3所示的狀態。然后，安裝磁極承載樣板3 (需要預先在測試區域31上固定好待測 試的磁極9)，再安裝液壓系統總成62,然后再通過液壓上耳板61將液壓系統總成62固定 到磁極承載樣板3上，之后再安裝上支撐單元5,從而形成了如圖4所示的狀態。然后再設 置好計數器以及相應的液壓控制系統后，就可以進行彎曲疲勞測試了。
[0043] 下面對疲勞測試的原理進行說明并列舉兩個基于上述的彎曲疲勞測試裝置進行 測試的具體方案。
[0044] 為了對比不同磁極工藝在變形條件下的優劣，保證磁極在變形條件下安全運行， 本發明實施例開展了不同條件下的磁極疲勞測試。磁極疲勞試驗的主要目的是考核設計方 案的耐疲勞程度。主要過程是先通過仿真計算，得到磁極疲勞形變量與疲勞次數的對應關 系，以此為邊界條件，將按照不同設計方案制作的磁極分別進行彎曲疲勞測試，從而篩選出 最好的設計方案。
[0045] 理論模型設計
[0046] 根據理論模型的分析，可以獲得電機在運行過程中，在自重+偏心磁拉力的作用 下的轉子最大曲率（例如為表示為G)，最大曲率處為變形最嚴重的區域，所以當測試磁極 的變形曲率達到G時，可模擬實際情況。
[0047] 磁極承載樣板設計如下：例如磁極（樣品）采用真實長度，安裝于鋼板制成的磁極 承載樣板上。對該磁極承載樣板的加載點逐漸增加載荷，直到支撐點最大曲率達到G。當磁 極承載樣板的中心位置曲率達到G時，能夠獲得磁極承載樣板的自由端的垂向位移（例如 表示為H)。也就是說，當試驗樣板自由端垂向位移范圍為土Η時，可以模擬實際的磁極變形 情況。
[0048] 疲勞壽命
[0049] 根據相關標準（DIN ΕΝ 1993-1-9:2005)中焊縫處的S-N曲線（應力應變關系曲 線）可以得出近似公式如下：
[0050]
【權利要求】
1. 一種直驅永磁風力發電機的轉子磁極的彎曲疲勞測試裝置，其特征在于，包括底座、 第一支架、磁極承載樣板、下支撐單元、上支撐單元以及載荷加載單元， 所述第一支架固定在所述底座上； 所述磁極承載樣板的第一端部水平固定在所述第一支架上，在所述磁極承載樣板上設 置有固定磁極的測試區域； 所述下支撐單元設置在底座上，從下方支撐所述磁極承載樣板的中部，所述上支撐單 元架設在底座上，從上方支撐所述磁極承載樣板的中部； 所述載荷加載單元的下端固定在所述底座上，所述載荷加載單元的上端固定在所述 磁極承載樣板的第二端部上，用于帶動所述磁極承載樣板的第二端部在上下方向上往復運 動。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括第二支架，固定在所述底座上，在 所述第二支架上設置限位單元，用于將所述磁極承載樣板的第二端部的向上往復運動限定 在預定的范圍內。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述限位單元包括設置在所述第二支架 上的第一接近開關和第二接近開關，所述第一接近開關和所述第二接近開關分別位于所述 磁極承載樣板的第二端部的上側和下側，所述第一接近開關和所述第二接近開關與所述載 荷加載單元電連接，控制所述載荷加載單元的運動范圍。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述載荷加載單元包括：依次連接的液壓 上耳板、液壓系統總成、液壓下耳板， 所述液壓上耳板固定在所述磁極承載樣板的第二端部的底面上，所述液壓下耳板固定 在所述底座上。
5. 根據權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述載荷加載單元包括：依次連接的 液壓上耳板、液壓系統總成、液壓下耳板， 所述液壓上耳板固定在所述磁極承載樣板的第二端部的底面上，所述液壓下耳板固定 在所述底座上，所述液壓系統總成的液壓缸與所述第二支架固定連接。
6. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述底座為長方形結構，所述下支撐單元 包括多個三角形支架和固定支撐在所述多個三角形支架頂端的第一圓柱形支撐體，所述多 個三角形支架沿所述底座的寬度方向排列并固定在所述底座上，所述第一圓柱形支撐體支 撐所述磁極承載樣板的底面。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述上支撐單元包括架設在底座上的門 型支架，該門型支架由橫梁和橫梁兩端的支撐桿組成，在所述門型支架的橫梁的下部設置 有第二圓柱形支撐體，所述第二圓柱形支撐體支撐在所述磁極承載樣板的上面上。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二圓柱形支撐體包括沿著所述橫 梁呈直線排列的多個第二圓柱形支撐體單元，所述第二圓柱形支撐體單元支撐在所述磁極 承載樣板的上面的所述測試區域以外的區域。
9. 根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述第一圓柱形支撐體和所述第二圓 柱形支撐體的支撐位置處于所述測試區域的長度方向的中點。
10. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測試區域為多個，沿著所述磁極承 載樣板的寬度方向并列排布。
11.根據權利要求2所述裝置，其特征在于，還包括計數器，其與所述限位單元連接，用 于記錄所述往復運動的次數。
【文檔編號】G01M13/00GK104297080SQ201410573452
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】趙祥, 王棟, 李斐斐, 何海濤 申請人:北京金風科創風電設備有限公司