CN108680878A - 一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统及方法，测试系统包括：控制系统和组装实验系统。控制系统包括：工控电脑、开关控制柜和数据采集卡。组装实验系统包括：原动机系统和组装实验平台。测试方法包含装置预装配步骤。采用本发明所述方法检测时，先将含待测永磁体的转子放在可伸缩转子支架上，定子腔内装有转子导入滚轮。使定子向转子运动，当转子前端与滚轮形成支撑时，收回转子支架，定子继续向前运动完成安装。检测方法为：拖动电机带动转子匀速转动，采集定子绕组产生的感应电势，比较转子不同位置时感应电势的对称性以判断磁场的均匀性。本发明原理清晰、速度快，对电机转子永磁体的磁场均匀性检测具有普遍适用性。

Description

一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统及方法

技术领域

本发明涉及永磁体检测领域，具体地，涉及一种电机转子永磁体磁场均匀性的检测以及将永磁电机转子顺利装入标准定子内部的步骤，适用于永磁电机组装现场的检测。

技术背景

近年来，电动汽车产业发展迅速，油电混合动力汽车、纯电动汽车引起了人们的关注。永磁同步电机作为电驱动系统的核心部件，其性能的优劣对于整个系统的性能起决定性作用，而永磁磁场的均匀性对永磁同步电机的性能有着较大影响。当下，对于永磁同步电机的制造、控制与应用仍有一些技术难点。

一方面，永磁同步电机的组装始终是一个技术难点。永磁同步电机定子与转子间的气隙很小，而以钕铁硼为代表的永磁体具有很强的吸力，在永磁电机组装过程中，如不采取有效措施，极有可能出现转子磁钢与定子铁心吸合导致安装失败的情况。

另一方面，由于温度、退磁场、搬运中的碰撞等因素的存在，现代加工工艺难以保证永磁体磁场良好的均匀性，永磁体生产厂家以及永磁电机组装现场缺少快速有效的检测手段，以至出现永磁体充磁不均匀与磁极反向安装等问题，从而影响永磁同步电机产品的合格率。

目前，尚无针对电机转子永磁体尤其是电动汽车永磁同步电机永磁体磁场均匀性检测的具体的、具备普遍适用性的方法。

发明内容

本发明目的在于弥补上述的技术空缺，提供一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统及方法。

本发明的系统的技术方案为：一种永磁体磁场均匀性测试系统，包括控制系统、组装实验平台以及原动机系统，控制系统包括工控电脑、开关控制柜和数据采集卡；工控电脑分别和开关控制柜、数据采集卡相连，开关控制柜和原动机系统相连，组装实验平台分别和原动机系统、数据采集卡相连，数据采集卡采集组装实验平台中的感应电动势，并通过工控电脑分析处理，比较不同转子位置时感应电势的对称性以判断被测永磁体磁场的均匀性是否符合要求。

进一步，组装实验平台包括联轴器9、轴承10、支架11、转子总成12、可伸缩转子支架13、标准化定子14、定子支架15；所述原动机系统为拖动电机8，所述拖动电机8的转轴通过联轴器9和支架11上的轴承10一端相连，轴承10的另一端和转子总成12的转轴相连，转子总成12设置在可伸缩转子支架13上，当系统需要测试时，转子总成12放置在标准化定子14内，当系统预装配时，转子总成12和标准化定子14分离，标准化定子14固定在定子支架15上，定子支架15低端通过步进电机沿水平方向移动。

进一步，定子支架15由步进电机拖动其前后推进以完成测试装置的组装与拆卸。

进一步，转子支架13可由开关、继电器控制电机的起停完成上下伸缩。

进一步，所述标准化定子14的一侧设有辅助装配部件组，辅助装配部件组包括螺母孔16、滚轮支架17、转子导入滚轮18，所述滚轮支架17呈L型，准化定子14的一侧外壳上开设有螺母孔16，滚轮支架17L型的上端面通过螺母配合固定在准化定子14的外壳上，滚轮支架17L型的下端面伸入在准化定子14的腔内，且滚轮支架17L型的下端面固定有转子导入滚轮18。

进一步，所述转子导入滚轮设有四组且沿定子内部均匀分布。

进一步，转子导入滚轮18连同滚轮支架17的高度小于标准化定子14与转子总成12间气隙的厚度。

本发明的方法的技术方案为：一种永磁体磁场均匀性测试系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤1，预装配：对转子总成12的预装配，包括转轴、转子铁芯、永磁体、轴承这些零部件的组装；对标准化定子14的预装配，包括外壳、定子线圈及其铁芯这些零部件的组装，组装完毕后将标准化定子14固定在定子支架15上；将转子导入滚轮18固定在标准化定子14外壳上；

步骤2，合装：将转子总成12放置在转子支架13上，并将拖动电机8的转轴与转子总成12的转轴连接；启动步进电机使标准化定子14向转子总成12运动，当转子总成12前段进入标准化定子14并与转子导入滚轮18形成支撑后收起转子支架13；在转子导入滚轮18的导向下使转子总成12完全进入标准化定子14；

步骤3，检测：撤出滚轮支架17、转子导入滚轮18后，拖动电机8带动转子总成12匀速转动，对标准化定子14中的定子绕组产生的感应电动势通过数据采集卡和工控电脑进行采集与处理，通过比较不同转子位置时感应电势的对称性以判断被测永磁体磁场的均匀性是否符合要求。

进一步，所述步骤3中，数据采集卡采取同步采样。

进一步地，定子端盖处的轴承采用带导角的滑动轴承。

进一步地，所述电机转轴与转子转轴通过联轴器刚性连接。

进一步地，所述定子外壳上开设有螺母孔用于固定转子导入滚轮。

进一步地，所述转子导入滚轮设有四组且沿定子内部均匀分布。

进一步地，所述转子导入滚轮宽度大于定子线圈槽宽度。

进一步地，所述转子导入滚轮以及滚轮轴固定在滚轮支架上。

进一步地，滚轮支架安装在定子内并通过螺母固定在定子外壳上，在定子进入后可进行拆卸。

进一步地，转子导入滚轮连同支架的高度略小于定子与转子间气隙的厚度。

本发明具有以下效益：

1.本发明弥补了当前对电机转子永磁体尤其是电动汽车永磁同步电机永磁体磁场均匀性检测的技术空缺，提供了一种具体的、具备普遍适用性的检测方法。在进行永磁体磁场均匀性检测的同时，本发明还阐述了将永磁同步电机转子装入定子的步骤。

2.本发明中定子与转子组装前分别由支架固定，通过步进电机拖动定子支架带动定子运动完成组装，端盖处的轴承采用带有导角的滑动轴承，配合转子导入滚轮的导向作用，可以保证转子以及转轴顺利进入定子且同心。

3.本发明原理简单，内容实用，操作方便，对于多数电机转子永磁体磁场均匀性的检测具备普遍适用性。

下面通过附图以及实例，对本发明及其实施步骤进一步描述。

附图说明

附图用于解释、说明本发明，为本发明提供进一步地理解，并构成说明书的一部分，与本发明实例一起解释本发明，但对于本发明的使用不构成局限。在附图中：

图1是本发明永磁体磁场均匀性测试系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明以电动汽车永磁同步电机为例的合装、检测结构示意图：

图3是本发明中标准化定子外壳的截面示意图：

图4是本发明中转子导入滚轮以及滚轮支架的示意图：

图5是本发明永磁体磁场均匀性测试系统一种具体实施方式的流程图：

图中：1-控制系统；2-开关控制柜；3-组装实验系统；4-原动机系统；5-工控电脑；6-数据采集卡；7-组装实验平台；8-拖动电机；9-联轴器；10-轴承；11-支架；12-转子总成；13-可伸缩转子支架；14-标准化定子15-定子支架；16-螺母孔；17-滚轮支架；18-转子导入滚轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的精选实施实例进行说明，应当理解为，此处所描述的实施实例仅用于说明与解释本发明，并不用于限定本发明。

本实例以电动汽车永磁同步电机转子永磁体检测为例来说明永磁体磁场均匀性的检测方法。

如图1-4所示，为永磁体固定完毕、转子入装前的状态。利用发电机原理进行永磁体磁场均匀性检测的主要有关零部件包括：拖动电机8；转子总成12，主要由转轴、转子铁芯、永磁体等零部件组成；可伸缩转子支架13，通过开关、继电器控制电机起停完成可伸缩转子支架13的伸缩；标准化定子14，包括外壳、定子线圈及其铁芯，其中外壳用于固定定子，端口处设有螺母孔16，用于滚轮支架17的固定；定子支架15，用于支撑、固定标准化定子14，由步进电机拖动其前后推进以完成测试装置的组装与拆卸；联轴器2，用于拖动电机轴与转子转轴的连接；轴承10与支架11。

将转子装入标准化定子内的工装主要有关零部件包括：

利用工程塑料制作的转子导入滚轮18，通过滚轮轴安装在滚轮支架17上，滚轮支架17通过固定螺母安装在定子外壳上。其中转子导入滚轮共有四组，沿定子内壁均匀分布，转子导入滚轮18的直径小于1cm，固定后的转子导入滚轮如图3所示。

首先，按照常规方法组装转子总成12，也即将转子转轴与轴承、转子铁芯、永磁体预先组装在一起，同时将标准化定子14与定子支架15也组装在一起。

如图5所示，然后再对转子总成12进行安装，具体方法为：

(1)按下开关控制柜2中的转子支架启动按钮(控制元件图中未示出)使可伸缩转子支架13升起，待支架升至预定位置行程开关控制支架停止运动。将转子放在支架13上，并保证轴承10固定在支架11上，利用联轴器9将拖动电机8的转轴与转子总成12的转轴连接；

(2)按下开关控制柜2中的定子支架启动按钮使定子支架15连同标准化定子14以及转子导入滚轮18向前运动。待定子总成14运动到特定位置，转子总成12在转子导入滚轮18的导向下，前端进入标准化定子14内部并得到支撑，此时行程开关得以触发，使得可伸缩转子支架13收回，待收回完毕标准化定子14继续向前运动，当转子总成12全部进入标准化定子14时，定子支架15停止运动；

在完成转子总成12的入装后可将转子导入滚轮18从标准化定子14内手动拆除并撤出。

以上为测试装置的安装步骤，在完成测试装置的安装后，启动拖动电机8，使转子总成12在标准化定子14内匀速旋转，数据采集卡6对标准化定子14的绕组的感应电势进行同步采样，工控电脑5对采集的数据进处理与分析，通过对定子感应电势对称性的检测以判断永磁体磁场均匀性是否符合要求。

综上，本发明公开了一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统及方法，测试系统包括：控制系统和组装实验系统。控制系统包括：工控电脑、开关控制柜和数据采集卡。组装实验系统包括：原动机系统和组装实验平台。测试方法包括检测前的装置预装配步骤与具体的检测方法。采用本发明所述方法检测时，首先将包含待测永磁体的转子放置在可伸缩转子支架上，定子腔内安装四组转子导入滚轮。启动步进电机使定子向转子运动，当转子前端与滚轮形成支撑时，收回转子支架，定子继续向前运动完成安装。检测方法为：拖动电机带动转子匀速转动，采集定子绕组产生的感应电势并处理，通过比较不同转子位置时感应电势的对称性以判断被测永磁体磁场的均匀性是否符合要求。本发明原理清晰、速度快，对电机转子上永磁体的磁场均匀性检测具有普遍适用性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于：包括控制系统、组装实验平台以及原动机系统，控制系统包括工控电脑、开关控制柜和数据采集卡；工控电脑分别和开关控制柜、数据采集卡相连，开关控制柜和原动机系统相连，组装实验平台分别和原动机系统、数据采集卡相连，数据采集卡采集组装实验平台中的感应电动势，并通过工控电脑分析处理，比较不同转子位置时感应电势的对称性以判断被测永磁体磁场的均匀性是否符合要求。

2.根据权利要求1所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于，组装实验平台包括联轴器(9)、轴承(10)、支架(11)、转子总成(12)、可伸缩转子支架(13)、标准化定子(14)、定子支架(15)；所述原动机系统为拖动电机(8)，所述拖动电机(8)的转轴通过联轴器(9)和支架(11)上的轴承(10)一端相连，轴承(10)的另一端和转子总成(12)的转轴相连，转子总成(12)设置在可伸缩转子支架(13)上，当系统需要测试时，转子总成(12)放置在标准化定子(14)内，当系统预装配时，转子总成(12)和标准化定子(14)分离，标准化定子(14)固定在定子支架(15)上，定子支架(15)低端通过步进电机沿水平方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于，定子支架(15)由步进电机拖动其前后推进以完成测试装置的组装与拆卸。

4.根据权利要求2所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于，转子支架(13)可由开关、继电器控制电机的起停完成上下伸缩。

5.根据权利要求2所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于，所述标准化定子(14)的一侧设有辅助装配部件组，辅助装配部件组包括螺母孔(16)、滚轮支架(17)、转子导入滚轮(18)，所述滚轮支架(17)呈L型，准化定子(14)的一侧外壳上开设有螺母孔(16)，滚轮支架(17)L型的上端面通过螺母配合固定在准化定子(14)的外壳上，滚轮支架(17)L型的下端面伸入在准化定子(14)的腔内，且滚轮支架(17)L型的下端面固定有转子导入滚轮(18)。

6.根据权利要求5所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于，所述转子导入滚轮设有四组且沿定子内部均匀分布。

7.根据权利要求5所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统，其特征在于，转子导入滚轮(18)连同滚轮支架(17)的高度小于标准化定子(14)与转子总成(12)间气隙的厚度。

8.一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，预装配：对转子总成(12)的预装配，包括转轴、转子铁芯、永磁体、轴承这些零部件的组装；对标准化定子(14)的预装配，包括外壳、定子线圈及其铁芯这些零部件的组装，组装完毕后将标准化定子(14)固定在定子支架(15)上；将转子导入滚轮(18)固定在标准化定子(14)外壳上；

步骤2，合装：将转子总成(12)放置在可伸缩转子支架(13)上，并将拖动电机(8)的转轴与转子总成(12)的转轴连接；启动步进电机使标准化定子(14)向转子总成(12)运动，当转子总成(12)前段进入标准化定子(14)并与转子导入滚轮(18)形成支撑后收起可伸缩转子支架(13)；在转子导入滚轮(18)的导向下使转子总成(12)完全进入标准化定子(14)；

步骤3，检测：撤出滚轮支架(17)、转子导入滚轮(18)后，拖动电机(8)带动转子总成(12)匀速转动，对标准化定子(14)中的定子绕组产生的感应电动势通过数据采集卡和工控电脑进行采集与处理，通过比较不同转子位置时感应电势的对称性以判断被测永磁体磁场的均匀性是否符合要求。

9.根据权利要求8所述的一种电机转子永磁体磁场均匀性测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤3中，数据采集卡采取同步采样。