CN103675729A

CN103675729A - 瓦形铁氧体磁性能测试方法

Info

Publication number: CN103675729A
Application number: CN201310607163.1A
Authority: CN
Inventors: 齐锦刚; 吴敌; 赵作福; 李扬; 王家毅; 王建中
Original assignee: Liaoning University of Technology
Current assignee: Liaoning University of Technology
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103675729B

Abstract

一种瓦形铁氧体磁性能测试方法，设计出与瓦形铁氧体内弧面对应的蛇形扫描轨迹，所述扫描轨迹在一个弧面上并且与铁氧体内弧面的间距为2mm，扫描线行数和每行的扫描点数一致且为奇数，每行扫描线的起点、终点以及中点为扫描点；使高斯计探针进行三维空间运动，沿扫描轨迹所在的空间曲面进行扫描，分别绘制铁氧体弧长方向磁强度分布曲线和轴向磁强度分布曲线，直观得到铁氧体沿弧长方向和轴向的磁分布情况，以确定整块瓦形铁氧体磁分布以及材料的均匀程度情况。通过该方法可设法降低电动机噪声，提高电动机寿命，提升电动机效率，为电动机生产商提供一种检测手段用以对铁氧体生产商提出技术要求，并为铁氧体生产商提供产品检测依据用以提高产品性能。

Description

瓦形铁氧体磁性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种瓦形铁氧体磁性能测试方法。

背景技术

我国的电动机生产从1917年至今已有95年的历史，该行业在国内已经形成比较完整的产业体系。近年来，我国电动机制造行业随着电力发展呈现出勃勃生机，产销规模和经济效益都有了大幅度提高。

但是目前电动机的功率普遍较低造成能源浪费，限制了工业的发展。因而提高电机的功率势在必行，其中锶铁氧体广泛用于制造永磁电机的定子。由于永磁锶铁氧体具有单轴各向异性，故外加取向磁场强度会影响晶粒的转动取向。在制造永磁锶铁氧体时，一般采用的直流取向磁场就可以获得良好的晶粒取向排列。作为永磁电机的定子。锶铁氧体被压制成弧形，当颗粒的易磁化方向沿着弧形的径向时，其磁性能最优，在压力及外磁场联合作用下多数颗粒取向一致，且沿径向排列。但是由于外加磁场不同，导致磁畴中心和材料的几何中心分为三种情况，即磁畴中心与材料的几何中心重合、磁畴中心与材料的几何中心上面、磁畴中心与材料的几何中心下面。

电动机的瓦形定子从最开始的4片到现在6片或8片，将会按照电动机内筒的几何中心装配。但由于缺乏良好的磁性能测试方法，不能保证多片电机的磁性能相同，在电机的实际运行中往往出现如图1所示情形。

如图1所示为现在常用的6片定子直流电动机转子受力的示意图，图中最外部为电动机壳体内部，配置6片瓦形铁氧体定子，定子内部为铜线圈缠绕的转子铁芯，铁芯内部为电动机主轴。在实际的工业生产中由于生产的发动机定子的材质不均匀和材料性能的不稳定会造成单片定子内表面不同位置处磁场分布的不均匀，而企业往往不能准确测定每个瓦形铁氧体的磁性能与磁分布。这样同一电机内部多片瓦形铁氧体的磁感应强度的大小和分布就会存在较大的差异，这将导致不同瓦形铁氧体定子所在区域磁场对转子施加的切向力的合力大小存在差异，如图1中6个切向力F₁≠F₂≠F₃≠F₄≠F₅≠F₆各力大小不等。按理论力学来看铁芯整体可看作刚体，可将6个切向力向中心点简化，简化的结果为一合力

和一合力矩

，明显可以从从图中看出合力

≠0，因此轴上将要受到额外的力使转子产生离心的运动趋势导致转子轴与电动机壳体之间产生压应力与摩擦力，加快了轴的磨损还会产生噪声，从而降低电动机的使用寿命和电能转化率。

另一方面，不仅多片瓦形铁氧体之间的磁性能不一致，同一瓦形铁氧体不同位置的材质不均匀和材料性能的不稳定，都将导致不同位置的磁分布不均匀。会出现如图2所示情形。

图2中为单片瓦形铁氧体磁分布不均情况，一般电机装配时候转子与定子间距离很近，理论上可以保证转子预定子间的磁感线不发生弯曲。图片上部为材质不均的瓦形铁氧体，图中黑色箭头表示磁感线方向，并且假设该瓦形铁氧体左侧材质均匀右侧不均匀，磁感线分布均匀磁感线指向磁中心O，而右侧磁感线分布稀疏且方向非径向。根据法拉第电磁感应定律当通电后转子将切割磁感线运动，由于左侧磁感线分布均匀将延转子表面产生力如F₁方向为切向，右侧由于磁感线分布稀疏且方向非径向将产生力如F₂（F₁＞F₂），方向非切向。因为安培力要垂直于其磁感线方向明显F₂非切向，将F₂沿铁芯表面切向方向分解得F₃与F₄，其中F₄将导致轴上受到额外的力使转子产生离心的运动趋势致使转子轴与电动机壳体之间产生压应力与摩擦力，消耗额外功率加快电机转子磨损降低使用寿命。

上述情况只是假设瓦形铁氧体部分不均匀，而实际中一块瓦形铁氧体各处磁场强度与方向皆不一致，将产生各种非切向力，而且不同瓦形铁氧体中磁分布差异性更大。因此瓦形铁氧体磁分布对电动机效率的影响远超想象，所以瓦形铁氧体磁性能测试方法意义重大。

发明内容

本发明是要提供一种有效的瓦形铁氧体磁性能测试方法，通过该方法可以确定材料周围的磁场分布情况，一方面设法降低电动机噪声，提高电动机寿命，提升电动机的电功转化效率，为电动机生产商提供一种检测手段用以对铁氧体生产商提出技术要求，另一方面为铁氧体生产商提供产品检测依据用以提高产品性能。

本发明涉及的瓦形铁氧体磁性能测试方法，其步骤如下：

1、首先设计出与瓦形铁氧体内弧面对应的蛇形扫描轨迹，对应的每行扫描线等距，所述扫描轨迹在一个弧面上并且该弧面与铁氧体内弧面平行且其间距为2mm，扫描线行数和每行的扫描点数一致且为n，n=3～9的奇数，每行扫描线的起点、终点以及中点为扫描点，每行扫描线的起点、终点与对应的铁氧体侧边沿的距离为铁氧体内弧长的5-15%，所述扫描轨迹的扫描起点和扫描终点与对应的铁氧体上下边沿的距离为铁氧体高度的5%-15%；

2、采用X、Y、Z三维运动平台作为传动装置，搭载作为磁感应强度探测装置的高斯计探针进行三维空间运动，使高斯计探针前端的霍尔探头沿所述的蛇形扫描轨迹所在的空间曲面进行扫描，每个扫描点停留时间为2 s -3s；

3、以每行各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每行各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制弧长方向磁强度分布曲线；

4、以每列各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每列各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制铁氧体轴向磁强度分布曲线；

5、通过弧长方向磁强度分布曲线直观得到铁氧体沿弧长方向的磁分布情况，通过铁氧体轴向磁强度分布曲线直观得到铁氧体沿轴向的磁分布情况，以确定整块瓦形铁氧体磁分布以及材料的均匀程度情况。

所述高斯计的精度≤1%，分辨率≥0.5mT。

所述铁氧体弧长方向磁强度分布曲线绘制和铁氧体轴向磁强度分布曲线绘制及显示是由电脑进行的。

目前提高电动机效率的主要方法为两种，即提高转子性能和提高定子磁性能。而提高瓦形铁氧体定子性能方面主要以提高铁氧体的最大磁能积、矫顽力、剩磁性能为主。而从未从瓦形材料整体考虑磁配置问题，忽略了材料的稳定性与整体几何形貌之间的关系。本发明针对这一现象设计出了相关的测试方法，给予磁配置方面提供了技术支撑。

本发明中扫描线的行数和每行的扫描点数一致且为n，n=3～9的奇数，充分考虑了定子内弧曲面不同位置的对称性，数据的分析便捷。通过磁强度分布曲线将不同位置的磁场强度数据清析的表述出来，可以直观的反映出瓦型铁氧体沿弧长方向和沿轴线方向的磁场分布情况。

本发明为一种精准有效的瓦形铁氧体磁性能测试方法，以距瓦形铁氧体内弧表面恒定距位移的磁感应强度为磁性能的性能指标，可针对不同尺寸的瓦形铁氧体进行测量。电动机定子与转子间距离越近，穿过转子表面的磁感线密度越高，磁感线偏转位移越小，转子表面所受安培力接近切向力，其电效率越高。但是还要考虑到电动机壳体与转子的膨胀率不同，因此要保证机体的正常工作，定转子之间还要预留一定的距离，工业上一般为0.3-1.6mm。所以本发明中综合考虑定子与转子装配距离、测量精度和高斯计探头尺寸等各种因素，将扫描轨迹曲面与铁氧体内弧面的间距设定为2mm，以确保测量精度。

本发明可以同时为电动机制造商和铁氧体生产商提供检测依据，从而从根源上提高电机的电功转化效率、削弱噪音和提高电机寿命。

附图说明

图1是电动机转子受力示意图；

图2是单片瓦形铁氧体磁分布不均情况示意图；

图3是实施例1中扫描轨迹及对应的测式原理图；

图4是实施例1中扫描轨迹中扫描点的详细排布图；

图5是实施例1中铁氧弧长方向磁强度分布曲线图；

图6是实施例1中铁氧轴向磁强度分布曲线图；

图7是实施例2中扫描轨迹示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明的具体步骤如下：

1、首先设计出与瓦形铁氧体内弧面对应的蛇形扫描轨迹，如图3所示，每行扫描线等距，所述扫描轨迹在一个弧形空间曲面上并与铁氧体内弧面平行且其间距为2mm，扫描线行数和每行的扫描点数一致且为n，n=3～9的奇数，本实施例中n=5，每行扫描线的起点、终点以及中点为扫描点，共有25个扫描点，如图4所示，每行扫描线的起点、终点与对应的铁氧体侧边沿的距离为铁氧体内弧长的12%，所述扫描轨迹的扫描起点和扫描终点与对应的铁氧体上下边沿的距离为铁氧体高度的12%；

2、采用X、Y、Z三维运动平台作为传动装置，搭载作为磁感应强度探测装置的高斯计探针进行三维空间运动，使高斯计探针前端的霍尔探头沿所述的扫描轨迹所在的空间曲面进行扫描，每个扫描点停留时间为2s；所述高斯计的精度≤1%，分辨率≥0.5mT。

3、以每行各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每行各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制铁氧体弧长方向磁强度分布曲线，如图5所示；

4、以每列各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每列各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制铁氧体轴向磁强度分布曲线，如图6所示；

5、通过铁氧体弧长方向磁强度分布曲线直观得到铁氧体沿弧长方向的磁分布情况，通过铁氧体轴向磁强度分布曲线直观得到铁氧体沿轴向的磁分布情况，以确定整块瓦形铁氧体磁分布以及材料的均匀程度情况。

本实施例中铁氧体弧长方向磁强度分布曲线绘制和铁氧体轴向磁强度分布曲线绘制及显示是由电脑进行的。

实施例2

本发明的具体步骤如下：

1、首先设计出与瓦形铁氧体内弧面对应的蛇形扫描轨迹，如图7所示，每行扫描线等距，所述扫描轨迹在一个弧形空间曲面上并与铁氧体内弧面平行且其间距为2mm，所述扫描线行数和每行的扫描点数一致且为n，n=3～9的奇数，本实施例中n=7，每行扫描线的起点、终点以及中点为扫描点，本实施例共有49个扫描点，如图7所示，每行扫描线的起点、终点与对应的铁氧体侧边沿的距离为铁氧体内弧长的8%，所述扫描轨迹的扫描起点和扫描终点与对应的铁氧体上下边沿的距离为铁氧体高度的8%；

2、采用X、Y、Z三维运动平台作为传动装置，搭载作为磁感应强度探测装置的高斯计探针进行三维空间运动，沿所述的扫描轨迹所在的空间曲面进行扫描，每个扫描点停留时间为3s；所述高斯计的精度≤1%，分辨率≥0.5mT。

3、以每行各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每行各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制铁氧体弧长方向磁强度分布曲线；

本实施例中的铁氧体弧长方向磁强度分布曲线绘制和铁氧体轴向磁强度分布曲线绘制及显示是由电脑进行的。

Claims

1. 一种瓦形铁氧体磁性能测试方法，其特征是步骤如下：

（1）、首先设计出与瓦形铁氧体内弧面对应的蛇形扫描轨迹，对应的每行扫描线等距，所述扫描轨迹在一个弧面上并且该弧面与铁氧体内弧面平行且其间距为2mm，扫描线行数和每行的扫描点数一致且为n，n=3～9的奇数，每行扫描线的起点、终点以及中点为扫描点，每行扫描线的起点、终点与对应的铁氧体侧边沿的距离为铁氧体内弧长的5-15%，所述扫描轨迹的扫描起点和扫描终点与对应的铁氧体上下边沿的距离为铁氧体高度的5%-15%；

（2）、采用X、Y、Z三维运动平台作为传动装置，搭载作为磁感应强度探测装置的高斯计探针进行三维空间运动，使高斯计探针前端的霍尔探头沿所述的蛇形扫描轨迹所在的空间曲面进行扫描，每个扫描点停留时间为2 s -3s；

（3）、以每行各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每行各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制弧长方向磁强度分布曲线；

（4）、以每列各扫描点的几何位置作为X轴坐标点、以测得的与每列各扫描点对应的磁感应强度数据作为Y轴坐标点绘制铁氧体轴向磁强度分布曲线；

（5）、通过弧长方向磁强度分布曲线直观得到铁氧体沿弧长方向的磁分布情况，通过铁氧体轴向磁强度分布曲线直观得到铁氧体沿轴向的磁分布情况，以确定整块瓦形铁氧体磁分布以及材料的均匀程度情况。

2.根据权利要求1所述的瓦形铁氧体磁性能测试方法，其特征是所述高斯计的精度≤1%，分辨率≥0.5mT。

3.根据权利要求1所述的瓦形铁氧体磁性能测试方法，其特征是所述铁氧体弧长方向磁强度分布曲线绘制和铁氧体轴向磁强度分布曲线绘制及显示是由电脑进行的。