CN107271476B - 电机铁芯轴向导热系数测试装置和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开电机铁芯轴向导热系数测试装置，包括：加热单元、水冷单元和温度信息采集单元；加热单元包括：主加热器和辅助加热器，主加热器对待测电机铁芯进行加热，辅助加热器包围待测电机铁芯进行辅助加热；主加热器紧贴待测电机铁心的轴向的一端，水冷单元紧贴待测电机铁心的轴向的另一端；温度信息采集单元包括热电偶和无线温度采集仪；待测电机铁芯和主加热器之间、待测电机铁芯和水冷单元之间均设有热电偶。本发明还公开一种电机铁芯轴向导热系数测试方法。该电机铁芯轴向导热系数测试装置用以减少电机铁芯热量在径向的损失，使测量数据更加精确，属于导热系数测试技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及导热系数测试技术领域，具体涉及电机铁芯轴向导热系数测试装置和测试方法。
背景技术
新能源汽车的发展既能应对能源和环境挑战，也是推动传统汽车产业转型升级、加快经济发展方式转变的战略举措。驱动电机是新能源汽车的核心部件，其性能对新能源汽车有直接而重要的影响。其中电机的工作温度直接影响着电机效率、可靠性和使用寿命。在设计电机时对电机进行温度仿真能有效预测电机的温升，降低电机因温升过高影响性能的风险。因此建立准确的电机温度场仿真模型对电机的设计至关重要。其中，电机铁芯的导热系数是温度场仿真模型的一个重要参数。因为铁芯整体是由硅钢片叠压而成，其导热系数是各向异性的，在轴向上硅钢片与硅钢片之间存在间隙，且其表面覆盖有绝缘漆，很难由等效公式求出铁芯整体的轴向导热系数。所以研究一种能准确测量电机铁芯轴向导热系数的装置具有重要意义。
对材料导热系数的测量主要分为两大类，即非稳态法和稳态法。非稳态法根据原理又分为：热线法、激光闪射法和平面热源法三种。以激光闪射法为例，其原理是用一束激光打在样品上表面，用红外检测器测试样品下表面的温度变化，实际测得的数据是样品的热扩散率，通过与标准样品的比较得到样品的密度和比热，通过公式可计算得到样品的导热系数。此方法最大的优点是耗时短，仅几秒钟就能得到结果，但因为激光法测试的是热扩散率，数学模式建立在各向同性材料的基础上，所以它不适合多层结构、各项异性材料。同样的，由于非稳态法的测量过程需由材料的密度或比热获取或通过计算得到，只适合用于密度均匀的材料。电机铁芯是由硅钢片叠加而成，其导热系数为各向异性，因此非稳态法并不适用。稳态法的测试方法主要为保护平板法。它是将待测样品放在加热源和冷却装置中间，当温度分布达到稳定后，通过测量流过样品的热流密度和温度梯度计算出材料的导热系数。计算公式为：
式子中λ为样品导热系数，q为热流密度，δ为样品厚度，ti为热源端温度，t0为冷却端温度，Q为单位时间传热量，F为传热面积，该原理适用于测量电机铁芯轴向的导热系数。在理想状态下，热源的所有热量通过待测样品传递到冷却端，但是实际上不可避免会有一部分热量从其他方向散出，降低了测量的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机铁芯轴向导热系数测试装置和测试方法，用以减少电机铁芯热量在径向的损失，使测量数据更加精确。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
电机铁芯轴向导热系数测试装置，包括：加热单元、水冷单元和温度信息采集单元；加热单元包括：主加热器和辅助加热器，主加热器对待测电机铁芯进行加热，辅助加热器包围待测电机铁芯进行辅助加热；主加热器紧贴待测电机铁心的轴向的一端，水冷单元紧贴待测电机铁心的轴向的另一端；温度信息采集单元包括热电偶和无线温度采集仪；待测电机铁芯和主加热器之间、待测电机铁芯和水冷单元之间均设有热电偶。
在可选的实施例中，水冷单元包括水冷板，水冷板紧贴待测电机铁芯的上端，主加热器紧贴待测电机铁芯的下端。采用上述结构后，水冷板对待测电机铁芯轴向的一侧及时进行散热，使铁芯温度尽快达到平衡状态。
在可选的实施例中，水冷单元还包括水箱和水泵，水冷板内部设有S型水道，S型水道、水箱和水泵连通形成一个循环回流。采用上述结构后，水冷板会维持在一个较低温度的状态，以保证其散热效果。
在可选的实施例中，加热单元还包括石英棉，石英棉将主加热器和待测电机铁芯进行包裹，并进行定位。采用上述结构后，石英棉起到隔热的效果，可以减少待测电机铁芯径向的热量损失，使测量数据更加精确。
在可选的实施例中，加热单元还包括电木基座，主加热器和辅助加热器均安装于电木基座。采用上述结构后，电木基座可以起到隔热的效果，可以减少主加热器的热量损失，提高测量数据的精确度。
在可选的实施例中，电机铁芯轴向导热系数测试装置还包括加热控制系统，加热控制系统包括两个电路，功率计、可调变压器、电源和温控仪，主加热器、功率计、可调变压器和电源依次连接构成一个电路，辅助加热器、温控仪和电源依次连接构成另一个电路。采用上述结构后，通过控制可调节变压器对主加热器的输入功率进行调节，并从连接的功率计读出加热功率；利用温控仪可以将辅助加热器的加热温度调节到和主加热器的加热温度相近。
在可选的实施例中，热电偶的数量为多个，热电偶在待测电机铁芯的端面均匀分布；无线温度采集仪与所有热电偶均无线连接。采用上述结构后，利用无线温度采集仪可以读出热电偶的测量数据。
在可选的实施例中，待测电机铁芯分别与主加热器和水冷板相接触，两个接触面均涂有导热硅脂。采用上述结构后，导热硅脂可以减少热阻。
在可选的实施例中，热电偶的数量为八个，其中四个热电偶在待测电机铁芯靠近主加热器的一侧呈90°夹角环形分布，另外四个热电偶在待测电机铁芯靠近冷却板的一侧呈90°夹角环形分布。采用上述结构后，可以使测量的温度数据更加精确。
电机铁芯轴向导热系数测试方法，采用电机铁芯轴向导热系数测试装置，包括以下步骤：接通电源，调节主加热器的加热功率，同时打开水泵让水冷板开始工作；待温度达到平衡，各热电偶测量的温度上下波动不超过0.5℃，开始记录数据；将数据按下面公式进行计算，测出待测电机铁芯的轴向导热系数：
其中，λ为待测电机铁芯的轴向导热系数；Q为主加热器的加热功率；δ为待测电机铁芯的高度；ti为待测电机铁芯靠近主加热器的一侧的热电偶测量温度平均值；t0为待测电机铁芯远离主加热器的一侧的热电偶测量温度平均值；F为待测电机铁芯的横截面积。
本发明的原理是：该电机铁芯轴向导热系数测试装置通过设置辅助加热器包围在待测电机铁芯的侧面，由于辅助加热器的温度比空气中的温度高，其可以减少待测电机铁芯热量在径向的损失，从而使测量的数据更加精确。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
1.本发明在待测电机铁芯的周围安装有辅助加热器，减少了待测电机铁芯径向的热量损失，从而提高测量的精确度。
2.本发明在待测电机铁芯的加热端和冷却端均设有热电偶，热电偶可以检测出所处的温度数据。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的电机铁芯轴向导热系数测试装置纵截面示意图。
图2为本发明实施例提供的电机铁芯轴向导热系数测试装置部分结构示意图。
图3为本发明实施例提供的热电偶在待测电机铁芯其中一侧分布示意图。
附图标记：
1、主加热器；2、辅助加热器；3、石英棉；4、电木基座；5、工程塑料底座；6、热电偶；7、无线温度采集仪；8、水冷板；9、水箱；10、水泵；11、功率计；12、可调变压器；13、电源；14、温控仪；15、待测电机铁芯；16、螺柱；17、螺帽。
具体实施方式
下面结合图1-3对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
参见图1至图3所示，本发明实施例提供一种电机铁芯轴向导热系数测试装置，包括：加热单元、温度信息采集单元、水冷单元和加热控制系统。
加热单元包括：主加热器1、辅助加热器2、石英棉3、电木基座4和工程塑料底座5。主加热器1为横截面与待测电机铁芯15相同的环形状；辅助加热器2为半径比待测电机铁芯15半径大的环形状。电木基座4安装在工程塑料底座5上方，辅助加热器2安装在电木基座4上方，主加热器1与待测电机铁芯15相接触，并由石英棉3进行包裹；经石英棉3包裹后的主加热器1与待测电机铁芯15放置在辅助加热器2内部进行定位。工程塑料底座的尺寸为260mm×260mm×50mm；电木基座的尺寸为260mm×260mm×50mm；圆环状的主加热器尺寸为外径210mm，内径148mm；待测电机铁芯的高度为300mm。
其中，主加热器1与待测电机铁芯15的接触面之间涂有导热硅脂。
温度信息采集单元包括：八根热电偶6和无线温度采集仪7。八根热电偶6与无线温度采集仪7进行无线连接。该热电偶6为K型热电偶。
水冷单元包括：水冷板8、水箱9和水泵10。水冷板8内部安装有S型水道，该S型水道的出水口与水箱9连通，水箱9与水泵10连通，水泵10与S型水道的入水口连通，形成一个冷却水循环回流。水冷板的尺寸为240mm×240mm×15mm。
加热控制系统包括：功率计11、可调变压器12、电源13和温控仪14。
四根热电偶6在待测电机铁芯15靠近主加热器1的一侧呈90°夹角分布，另外四根热电偶6在待测电机铁芯15远离主加热器1的一侧呈90°夹角分布；水冷板8安装在待测电机铁芯15远离主加热器1的一侧，并与待测电机铁芯15接触；主加热器1、功率计11、可调变压器12和电源13依次连接构成一个电路，辅助加热器2、温控仪14和电源13依次连接构成一个电路；利用螺柱16和螺帽17将工程塑料底座5、电木基座4和水冷板8固定在一起，使电机铁芯轴向导热系数测试装置结构稳固。
其中，水冷板8与待测电机铁芯15的接触面之间涂有导热硅脂。
一种基于上述的电机铁芯轴向导热系数测试装置的测试方法，包括以下步骤：
接通电源，调节主加热器1的加热功率，同时打开水泵10让水冷板8开始工作；待温度达到平衡，各热电偶6测量的温度上下波动不超过0.5℃，开始记录数据；将数据按下面公式进行计算，测出待测电机铁芯15的轴向导热系数：
其中，λ为待测电机铁芯15的轴向导热系数；Q为主加热器1的加热功率；δ为待测电机铁芯15的高度；ti为待测电机铁芯15靠近主加热器1的一侧的热电偶6测量温度平均值；t0为待测电机铁芯15远离主加热器1的一侧的热电偶6测量温度平均值；F为待测电机铁芯15的横截面积。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.电机铁芯轴向导热系数测试装置，其特征在于，包括：
加热单元、水冷单元和温度信息采集单元；
加热单元包括：主加热器和辅助加热器，主加热器对待测电机铁芯进行加热，辅助加热器包围待测电机铁芯进行辅助加热；
主加热器紧贴待测电机铁心的轴向的一端，水冷单元紧贴待测电机铁心的轴向的另一端；温度信息采集单元包括热电偶和无线温度采集仪；
待测电机铁芯和主加热器之间、待测电机铁芯和水冷单元之间均设有热电偶；
水冷单元包括水冷板，水冷板紧贴待测电机铁芯的上端，主加热器紧贴待测电机铁芯的下端；
水冷单元还包括水箱和水泵，水冷板内部设有S型水道，S型水道、水箱和水泵连通形成一个循环回流；
加热单元还包括石英棉，石英棉将主加热器和待测电机铁芯进行包裹，并进行定位；
加热单元还包括电木基座，主加热器和辅助加热器均安装于电木基座；
电机铁芯轴向导热系数测试装置还包括加热控制系统，加热控制系统包括两个电路，功率计、可调变压器、电源和温控仪，主加热器、功率计、可调变压器和电源依次连接构成一个电路，辅助加热器、温控仪和电源依次连接构成另一个电路。
2.根据权利要求1所述的电机铁芯轴向导热系数测试装置，其特征在于，热电偶的数量为多个，热电偶在待测电机铁芯的端面均匀分布；无线温度采集仪与所有热电偶均无线连接。
3.根据权利要求1所述的电机铁芯轴向导热系数测试装置，其特征在于，待测电机铁芯分别与主加热器和水冷板相接触，两个接触面均涂有导热硅脂。
4.根据权利要求2所述的电机铁芯轴向导热系数测试装置，其特征在于，热电偶的数量为八个，其中四个热电偶在待测电机铁芯靠近主加热器的一侧呈90°夹角环形分布，另外四个热电偶在待测电机铁芯靠近冷却板的一侧呈90°夹角环形分布。
5.电机铁芯轴向导热系数测试方法，采用权利要求1-4任一项所述的电机铁芯轴向导热系数测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
接通电源，调节主加热器的加热功率，同时打开水泵让水冷板开始工作；
待温度达到平衡，各热电偶测量的温度上下波动不超过0.5℃，开始记录数据；
将数据按下面公式进行计算，测出待测电机铁芯的轴向导热系数：
其中，
λ为待测电机铁芯的轴向导热系数；
Q为主加热器的加热功率；
δ为待测电机铁芯的高度；
ti为待测电机铁芯靠近主加热器的一侧的热电偶测量温度平均值；
t0为待测电机铁芯冷却板靠近的一侧的热电偶测量温度平均值；
F为待测电机铁芯的横截面积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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