專利名稱：一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法
一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于磁場測量的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)作為節(jié)能電機(jī)應(yīng)用日益廣泛，但也面臨著永磁體退磁這一主要問 題。在實際的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，永磁材料容易因溫度、振動、時效、退磁磁場等多種外界因素 退磁，其中，退磁磁場引起的退磁既與永磁電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)又與運行狀態(tài)有關(guān)。如短路故 障下永磁電機(jī)容易因較大的電樞去磁磁場產(chǎn)生退磁。對于自起動永磁同步電機(jī)，其起動過 程中的電樞磁場相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電樞磁場與永磁磁場方向相反時，電樞磁場對永磁體的 去磁作用較嚴(yán)重。
嚴(yán)重的永磁體退磁使得永磁電機(jī)勵磁電動勢下降，影響電機(jī)運行性能，甚至不能 正常工作。因此，有必要實時監(jiān)測運行過程中的轉(zhuǎn)子磁場，以便采取保護(hù)措施防止永磁體退 磁?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中的時步有限元計算方法雖然能仿真電機(jī)的運行過程，但計及的因素并不能 完全等同于電機(jī)的實際運行工況，因此需要進(jìn)一步對電機(jī)實際工況中的退磁磁場進(jìn)行實驗 研究。
目前，針對靜止?fàn)顟B(tài)物體的磁場測量技術(shù)已逐漸成熟，例如輸電導(dǎo)線周圍磁場的 測量，微型磁體的多點測量等。這些測量技術(shù)主要是被測物體固定，調(diào)整測量元件位置，或 者是磁場測量元件固定，改變被測物體位置。而為了實現(xiàn)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的實時測量，則 需要測量元件與被測物體同步旋轉(zhuǎn)。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)各異，研究成套的動態(tài)測量設(shè)備，成本過 高，難以形成規(guī)格。因此研究快速、實用的轉(zhuǎn)子磁場測量方法就非常重要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的磁場測量，提供了一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方 法，解決了轉(zhuǎn)子磁場的實時測量問題，實現(xiàn)了永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子退磁磁場的實時檢測，為進(jìn)一步 設(shè)計高抗退磁能力的新結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)提供了參考。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
( I)在永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上被測位置開槽，并在槽內(nèi)安放測量磁場的霍爾元件；
(2)霍爾元件輸入輸出信號總線經(jīng)轉(zhuǎn)軸的中心鉆孔引出，與滑環(huán)相連接，實現(xiàn)信號 線的動靜轉(zhuǎn)換；其中，輸入輸出信號總線的正負(fù)極信號線分別與直流電源的正負(fù)兩極連接， 信號線上的開關(guān)控制電源的開通和關(guān)斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負(fù)極信號線 同時連接到數(shù)字示波器的輸入端，從而測出轉(zhuǎn)子磁場數(shù)據(jù)。
所述霍爾元件為適合做高斯計探頭的線性霍爾元件，其工作電源為直流源，輸出 電壓與測量磁場成線性比例關(guān)系，工作溫度高；且其具有量程寬的特點，能夠準(zhǔn)確測量動態(tài) 的中強(qiáng)磁場。
所述安放霍爾元件的槽，其尺寸剛好容納霍爾元件，以減小開槽對轉(zhuǎn)子磁路的影響，并用絕緣紙板固定。
所述滑環(huán)為水銀滑環(huán)。水銀滑環(huán)是以水銀為流體介質(zhì)的一種導(dǎo)電旋轉(zhuǎn)接頭，利用 水銀導(dǎo)電傳遞實現(xiàn)信號線的動靜轉(zhuǎn)換，相比于傳統(tǒng)的電滑環(huán)，其優(yōu)點在于轉(zhuǎn)動的時候無磨 損，壽命長。
所述數(shù)字示波器通過USB接口同計算機(jī)連接，實現(xiàn)霍爾輸出電壓信號數(shù)據(jù)的實時 采集、存儲和處理。
本發(fā)明的技術(shù)特點是
(I)測量磁場用的霍爾元件安放在轉(zhuǎn)子被測位置，可以與轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)。
(2)利用水銀滑環(huán)實現(xiàn)了霍爾輸入輸出信號線的動靜轉(zhuǎn)換。
(3)解決了永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的實時監(jiān)測問題，能夠快速、實時地測得永磁電機(jī)起 動過程、穩(wěn)態(tài)運行及非正常運行等情況下的轉(zhuǎn)子磁場。


圖1為實施例1中自起動永磁同步電機(jī)實心轉(zhuǎn)子一對極的截面示意圖。
圖2為實施例1中安裝了兩個霍爾元件的永磁體的軸向剖面示意圖。
圖3為實時測量轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體表面磁場方法的不意圖。
圖4為實施例1中永磁電機(jī)起動過程中同一永磁體1-1位置磁場測量波形。
圖5為實施例1中永磁電機(jī)起動過程中同一永磁體1-2位置磁場測量波形。
圖6為實施例2中自起動永磁同步電機(jī)實心轉(zhuǎn)子一對極的截面示意圖。
圖7為實施例2中兩個同時安裝了霍爾元件的永磁體的軸向剖面示意圖。
圖8為實施例2中永磁電機(jī)起動過程中不同永磁體1-3位置磁場測量波形。
圖9為實施例2中永磁電機(jī)起動過程中不同永磁體1-4位置磁場測量波形。
圖10為實施例3中永磁電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時同一永磁體1_1、1-2不同位置磁場測量 波形。
圖11為實施例4中永磁電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時不同永磁體1-3、1-4位置磁場測量波形。
附圖標(biāo)記
1-霍爾元件，2-轉(zhuǎn)軸，3-水銀滑環(huán)，4-數(shù)字示波器，5-轉(zhuǎn)子，6_霍爾輸入電 源正極信號線，7-霍爾元件輸出信號線，8-霍爾輸入電源負(fù)極信號線，678 -霍爾元件 輸入輸出信號總線，9-開關(guān)，10-直流電源，11-永磁體，12-霍爾槽，13-起動導(dǎo)條。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，下面結(jié)合附圖和具體實施 方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
該方法具體分為兩步
( I)在永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5上被測位置開槽，并在槽內(nèi)安放測量磁場的霍爾元件I ;
(2)霍爾元件輸入輸出信號總線678經(jīng)轉(zhuǎn)軸2的中心鉆孔引出，與水銀滑環(huán)3相 連接，實現(xiàn)信號線的動靜轉(zhuǎn)換；其中，霍爾元件輸入輸出信號總線678的霍爾輸入電源正極 信號線6和霍爾輸入電源負(fù)極信號線8分別與直流電源10的正負(fù)兩極連接，信號線上的開 關(guān)9控制直流電源10的開通和關(guān)斷；霍爾元件輸出信號線7與直流電源10的負(fù)極信號線同時連接到數(shù)字示波器4的輸入端，從而測出轉(zhuǎn)子磁場數(shù)據(jù)。
下面通過一臺22kW自起動永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體表面磁場的實時測量,對 本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實施例1
以22kW、4對極自起動永磁同步電機(jī)為例,其轉(zhuǎn)子一對極截面圖如圖1所示。永磁 體11位于轉(zhuǎn)子5內(nèi)部，為內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。
為實時測量永磁體磁場，在被測永磁體一側(cè)，開一狹窄的安放霍爾元件的霍爾槽 12。首先為固定霍爾，裁取不導(dǎo)電的絕緣紙板條，將霍爾嵌置在絕緣紙板條中。同時為測量 同一永磁體不同位置磁場信號，可在絕緣紙板條中根據(jù)需要嵌置一定數(shù)量的霍爾元件，這 里以嵌置兩個為例。將帶有霍爾元件的絕緣紙板條塞入轉(zhuǎn)子開的霍爾槽中，使霍爾元件緊 貼永磁體，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，圖2為安裝了兩個霍爾元件的永磁體的軸向剖面圖，其中1-1、1-2分別為兩個霍爾元件的安裝位置。圖3為實時測量轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體表面磁場方法的示意 圖，霍爾元件工作時，直流電源開通，霍爾輸入輸出信號線經(jīng)轉(zhuǎn)軸2的中心鉆孔引出，并與 水銀滑環(huán)3相連，實現(xiàn)信號線的動靜轉(zhuǎn)換。
永磁同步電機(jī)的電樞繞組通電起動,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零初始速度逐漸加速到同步速， 隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的線性霍爾元件I輸出電壓信號，并經(jīng)數(shù)字示波器4采集、數(shù)據(jù)處理，得到 起動過程中同一永磁體表面1-1、1_2處的磁密數(shù)據(jù)，分別如圖4、圖5所示?？梢钥闯觯谟?磁電機(jī)起動過程中，電樞磁場相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電樞磁場與永磁磁場方向相反時，永磁體表 面磁密波形出現(xiàn)較低點，穩(wěn)定運行以后，永磁體磁密基本保持不變。通過測量結(jié)果可知，本 發(fā)明提供的一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，能夠快速、實時地測量起動過程中同 一永磁體不同位置磁場，以便監(jiān)視同一永磁體不同位置的退磁情況。
實施例2
仍以22kW、4對極永磁同步電機(jī)為例，與實施例1的區(qū)別在于被測永磁體位置的選 取。實施例1實時測量的是同一永磁體的不同位置的磁場，而本實施例則對不同永磁體進(jìn) 行測量。為實時測量不同永磁體磁場，在不同永磁體處，這里選用兩個永磁體進(jìn)行測量，各 開一狹窄的安放霍爾元件的霍爾槽12，如圖6所示。裁取兩條絕緣紙板條，各自嵌置一個霍 爾元件1，分別塞入轉(zhuǎn)子開的兩個霍爾槽12中，使霍爾元件I緊貼永磁體11，圖7為兩個同 時安裝了霍爾元件的永磁體的軸向剖面圖，1-3、1-4分別為兩個永磁體側(cè)霍爾元件安裝的 位置。磁場測量方法仍如圖3所示。
永磁同步電機(jī)的電樞繞組通電起動,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零初始速度逐漸加速到同步速， 隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的線性霍爾元件I輸出電壓信號，并經(jīng)數(shù)字示波器4采集、數(shù)據(jù)處理，得到 起動過程中1-3、1_4位置處磁密數(shù)據(jù)，分別如圖8、圖9所示?？梢钥闯?，在永磁電機(jī)起動過 程中，電樞磁場相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電樞磁場與永磁磁場方向相反時，永磁體表面磁密波形出 現(xiàn)較低點，穩(wěn)定運行以后，永磁體磁密基本保持不變。通過測量結(jié)果可知，本發(fā)明提供的一 種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，能夠快速、實時地測量起動過程中不同永磁體磁場， 以便監(jiān)視不同永磁體的退磁情況。
實施例3
仍以實施例1中22kW、4對極永磁同步電機(jī)同一永磁體不同位置磁場測量為例，區(qū) 別在于實施例1是起動過程中磁場的測量，而實施例3則是永磁電機(jī)穩(wěn)定運行條件下磁場的測量。其轉(zhuǎn)子一對極截面圖仍如圖1所示，安裝了兩個霍爾元件的永磁體的軸向剖面圖 仍如圖2所示，其中1-1、1-2分別為兩個霍爾元件安裝的位置。磁場測量方法仍如圖3所/Jn ο
永磁同步電機(jī)的電樞繞組通電運行穩(wěn)定以后，轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，隨轉(zhuǎn)子一起旋 轉(zhuǎn)的線性霍爾元件I輸出電壓信號，并經(jīng)數(shù)字示波器4采集、數(shù)據(jù)處理，得到穩(wěn)定運行條件 下同一永磁體1-1、1_2處磁密數(shù)據(jù)，如圖10所示?？梢钥闯?，在永磁電機(jī)穩(wěn)定運行條件下， 電樞磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場相對靜止，永磁體磁密基本保持不變，且本實施例中同一永磁體 不同位置處所測磁密相差不大。通過測量結(jié)果可知，本發(fā)明提供的一種實時測量永磁電機(jī) 轉(zhuǎn)子磁場的方法，能夠快速、實時地測量穩(wěn)定運行條件下同一永磁體不同位置磁場。
實施例4
仍以實施例2中22kW、4對極永磁同步電機(jī)不同永磁體磁場測量為例，區(qū)別在于實 施例2是起動過程中磁場的測量，而實施例4則是永磁電機(jī)穩(wěn)定運行條件下磁場的測量。其 轉(zhuǎn)子一對極截面圖仍如圖6所示，兩個同時安裝了霍爾元件的永磁體的軸向剖面圖仍如圖 7所示，其中1-3、1-4分別為兩個永磁體側(cè)霍爾安裝的位置。磁場測量方法仍如圖3所示。
永磁同步電機(jī)的電樞繞組通電運行穩(wěn)定以后，轉(zhuǎn)子以同步速旋轉(zhuǎn)，隨轉(zhuǎn)子一起旋 轉(zhuǎn)的線性霍爾元件I輸出電壓信號，并經(jīng)數(shù)字示波器4采集、數(shù)據(jù)處理，得到穩(wěn)定運行條件 下位置1-3、1-4處磁密數(shù)據(jù)，如圖11所示。可以看出，在永磁電機(jī)穩(wěn)定運行條件下，電樞磁 場與轉(zhuǎn)子永磁磁場相對靜止，永磁體磁密基本保持不變，且本實施例中不同永磁體位置處 所測磁密相差不大。通過測量結(jié)果可知，本發(fā)明提供的一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的 方法，能夠快速、實時地測量穩(wěn)定運行條件下不同永磁體磁場。
權(quán)利要求
1.一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，其特征在于， 在永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上被測位置開槽，并在槽內(nèi)安放測量磁場的霍爾元件； 霍爾元件輸入輸出信號總線經(jīng)轉(zhuǎn)軸的中心鉆孔引出，與滑環(huán)相連接，實現(xiàn)信號線的動靜轉(zhuǎn)換；其中，輸入輸出信號總線的正負(fù)極信號線分別與直流電源的正負(fù)兩極連接，信號線上的開關(guān)控制電源的開通和關(guān)斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負(fù)極信號線同時連接到數(shù)字示波器的輸入端，從而測出轉(zhuǎn)子磁場數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，其特征在于，所述霍爾元件為適合做高斯計探頭的線性霍爾元件，其工作電源為直流源，能夠準(zhǔn)確測量動態(tài)的中強(qiáng)磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，其特征在于，所述安放霍爾元件的槽，其尺寸剛好容納霍爾元件，并用絕緣紙板固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，其特征在于，所述滑環(huán)為水銀滑環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法，其特征在于，所述數(shù)字示波器通過USB接口同計算機(jī)連接，實現(xiàn)霍爾輸出電壓信號數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和處理。
全文摘要
本發(fā)明屬于磁場測量的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實時測量永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的方法。在永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上被測位置開槽，并在槽內(nèi)安放測量磁場的霍爾元件；霍爾元件輸入輸出信號總線經(jīng)轉(zhuǎn)軸的中心鉆孔引出，與滑環(huán)相連接，實現(xiàn)信號線的動靜轉(zhuǎn)換；其中，輸入輸出信號總線的正負(fù)極信號線分別與直流電源的正負(fù)兩極連接，信號線上的開關(guān)控制電源的開通和關(guān)斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負(fù)極信號線同時連接到數(shù)字示波器的輸入端，從而測出轉(zhuǎn)子磁場數(shù)據(jù)。本發(fā)明解決了轉(zhuǎn)子磁場的實時監(jiān)測問題，利用該方法可以測得永磁電機(jī)起動過程、穩(wěn)態(tài)運行及非正常運行等情況下的轉(zhuǎn)子側(cè)永磁體表面磁場，用于監(jiān)視永磁體的退磁情況。
文檔編號G01R33/07GK103018687SQ201210484278
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者盧偉甫, 趙海森, 羅應(yīng)立, 張偉華, 宋天心 申請人:華北電力大學(xué)