CN109031169B - 测试温度可调的爪极磁性能无损检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种测试温度可调的爪极磁性能无损检测装置及方法，包括：隔磁设置于恒温箱内的底座、由内而外设置于底座上的绕线套圈和励磁线圈以及设置于底座顶部的待测爪极零件，其中：测量线圈位于待测爪极零件内，测量线圈外部设有与待测爪极零件构成磁场回路的导磁环，励磁线圈与直流磁性能测量仪相连并接收激励电压，测量线圈通过产生感生电流向直流磁性能测量仪输出感应电流，直流磁性能测量仪记录输出的励磁电流，将检测得到的感应电流换算成感应电压并将其在时间域积分得到磁感应强度，测算得到待测爪极零件的整体磁化曲线，表征爪极零件的导磁性能。本发明根据爪极式发电机的磁路特征，通过模拟发电机运转过程中温度条件，构建与实际发电机高度相似的工作磁场分布，从而进行快速检测。

Description

测试温度可调的爪极磁性能无损检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种发电机磁性能检测领域的技术，具体涉及一种测试温度可调的爪极磁性 能无损检测装置及方法。
背景技术
爪极式发电机是汽车发电机中最常用的一种类型。一对爪极通过相互配合形成转子的磁 极，在励磁线圈作用下磁化并形成磁场，旋转切割定子线圈感应出电压，实现发电。改善爪极 零件的磁性能，可以直接提高爪极式发电机在相同转速下的发电效率。实际中，存在多种不同 的爪极制造工艺及原材料，如何测量与评价爪极整体磁性能，引导其制造工艺与原材料成分的 优化具有重要意义。因此，急需研制爪极磁性能的无损检测装置及方法。
发明内容
本发明针对现有技术无法实现爪极磁性能无损检测的缺陷，提出一种测试温度可调的爪 极磁性能无损检测装置及方法，根据爪极式发电机的磁路特征，通过模拟发电机运转过程中温 度条件，构建与实际发电机高度相似的工作磁场分布且测试过程中不用破坏爪极零件。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种测试温度可调的爪极磁性能无损检测装置，包括：隔磁设置于恒温箱内 的底座、由内而外设置于底座上的绕线套圈和励磁线圈以及设置于底座顶部的待测爪极零件， 其中：测量线圈位于待测爪极零件内，测量线圈外部设有与待测爪极零件构成磁场回路的导磁 环，励磁线圈与直流磁性能测量仪相连并接收激励电压，测量线圈通过产生感生电流向直流磁 性能测量仪输出感应电流，直流磁性能测量仪记录输出的励磁电流，将检测得到的感应电流换 算成感应电压并将其在时间域积分得到磁感应强度，测算得到待测爪极零件的整体磁化曲线， 表征爪极零件的导磁性能。
所述的导磁环、待测爪极零件、绕线套圈和底座优选为同轴设置，其中：待测爪极零件 和底座之间通过定位轴相连，该定位轴与待测爪极零件为间隙配合，用于保证待测爪极零件零 件与定位底座凸台的同轴度；该定位轴为顺磁材料制成。
所述的隔磁设置，通过在底座和恒温箱之间设置隔磁垫板实现，该隔磁垫板的厚度大于 底座厚度的1.5倍且优选为顺磁材料制成。
所述的励磁线圈与测量线圈的缠绕方法为：将导线沿同一方向均匀地缠绕在绕线套圈上 形成励磁线圈，将导线沿同一方向均匀地缠绕到上卡槽上形成测量线圈。
本发明涉及一种基于上述装置的爪极磁性能无损检测方法，在恒温环境下，通过励磁电 源在励磁线圈两侧施加励磁电压，至获得最大外磁场强度后，测量感应线圈中产生的感应电流， 计算得到线圈内感生出的感应磁通量及对应的磁感应强度；然后通过多次重复测量获得爪极式 发电机转子的整体磁化曲线。
技术效果
与现有技术相比，本发明构建的磁场分布与爪极式发电机的实际工作磁场分布具有较高 的相似性，可以更好地模拟评价爪极零件磁性能，进一步的可以评价装配后发电机的发电效率。 本发明能够模拟爪极式发电机运转过程中温度条件，测量爪极零件在不同温度下的磁性能指标， 并能够直接检测出爪极的整体磁性能，便于研究不同制造工艺对爪极的磁性能影响规律，从而 可以指导后续制造工艺的优化设计。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为导磁环的零件示意图；
图3为定位底座的零件示意图；
图4为绕线套圈的零件示意图；
图5为实施例效果示意图；
图中：隔磁垫板1、定位底座2、励磁线圈3、导磁环4、测量线圈5、直流磁性能测量仪6、恒温箱7、待测爪极零件零件8、绕线套圈9、定位轴10。
具体实施方式
如图1所示，为本实例涉及的一种测试温度可调的爪极磁性能无损检测装置，其中：导 磁环4与定位底座2孔轴相连，绕线套圈9与定位底座2的中心凸台孔轴相连，定位轴10穿 过定位底座2的中心孔与隔磁垫板1连接，定位底座2与隔磁垫板1通过螺钉连接。
如图2所示，所述的导磁环4的总高度为待测爪极零件总高度的1.1～1.2倍；其内径D0与待测爪极零件外径之差满足0.4～0.8mm；其外径其中：S爪极为待测爪 极零件中心凸台的横截面积，κ＝10～12。
所述的导磁环4的底部设有用于与定位底座配合的台阶结构；该导磁环优选为高磁导率 高饱和磁感应强度的铁磁材料制成。
所述的待测爪极零件外直径为98.7mm，所以导磁环的内直径为98.7+0.3×2＝99.3mm， 导磁环的外直径为99.3+15×2＝129.3mm。
如图3所示，所述的定位底座2上设有用于固定定位轴的中间通孔，该中间通孔的直径 与待测爪极零件零件中心孔的直径相匹配。所述的定位底座上设有用于固定待测爪极零件的中 心凸台，该中心凸台的直径大于待测爪极零件零件的中心凸台直径3～5mm；其外环厚度t1与 导磁环厚度相匹配；底部厚度t2为外环厚度1.5倍以上。
所述的定位底座为高磁导率高饱和磁感应强度的铁磁材料制成。
所述的定位轴10，定位轴与待测爪极零件零件中心要求间隙配合，用于保证待测爪极 零件零件与定位底座凸台的同轴度。材料为顺磁材料。
所述的恒温箱7用于稳定提供20℃～200℃的箱内测试温度，该恒温箱的箱体一侧上设 有两个用于引出导线的接线孔，接线孔上设有耐热密封件以避免热量损失。
如图4所示，所述的绕线套圈9上设有上、下两个卡槽，其中：尺寸较小的上卡槽用于 缠绕测量线圈，尺寸较大的下卡槽用于缠绕励磁线圈，该绕线套圈的下端内径与底座的中心凸 台外径采用间隙配合，该绕线套圈为顺磁材料制成。
所述的绕线套圈9上的线圈缠绕方法为：将导线沿同一方向均匀地缠绕在下卡槽上形成 励磁线圈，将导线沿同一方向均匀地缠绕到上卡槽上形成测量线圈。
所述的励磁线圈的导线缠绕匝数为待测爪极零件在电机实际使用中所需缠绕的励磁线 圈匝数的1.1～1.2倍，对应测量线圈的最大匝数为其中：为本测试装置的 最大可测磁通量，Bmax推荐值为2.0特斯拉，S为待测爪极零件中间凸台的横截面积。
本装置通过以下方式进行检测：
检测前，需要在直流磁性能测量仪6中输入绕线套圈9中的励磁线圈3和测量线圈5的匝数，待测爪极零件的中央凸台截面积。与待测爪极零件型号对应的爪极式发电机转子的励 磁线圈匝数为360匝，所以为了安全，设置该绕线套圈上的励磁线圈的匝数为400匝；直流磁 性能测量仪最大磁通量程为0.8mwb，预估待测爪极零件的最大磁通密度为2.1T，爪极凸台的 横截面积为1900mm2，所以计算得到测量线圈的最大匝数为2.5匝，为了保证测量仪安全工作， 励磁线圈的匝数为2匝。
第一步：安置待测转子，将待测爪极式发电机转子放入测试基座，使用定位轴定位，确 认爪极零件中心凸台与定位底座中心凸台接触。
第二步：确定转子自身励磁线圈匝数N1与带槽导磁环上缠绕的感应线圈匝数N2。测量 转子测量区域的各尺寸参数：转子上下端面高度H0、带槽导磁环直径D0和外直径D1，带槽导 磁环上卡槽宽度w和卡槽总高度t1+t2；计算等效磁路长度Le＝2H0+D0+D1，与等效截面积 Ae＝w×(t1+t2)。然后将线圈接入。
第三步：设置测试温度，根据目标测试温度设置恒温箱的测试温度，升温完成后保温3～5分钟，保证待测试样内外温度均匀稳定。
第四步：信号检测。根据所需最大外磁场强度Hm，通过励磁电源在励磁线圈两侧施加 励磁电压，计算励磁线圈中产生的励磁电流I，此时对应的外磁场强度H＝N1×I/Le。励磁电 流应从零开始稳定增大，直到达到所需的最大外磁场强度的电流值。测量感应线圈中产生的感 应电信号，通过电子积分器计算感应电流大小，运算得到线圈内感生出的感应磁通量Φ。随着 外磁场强度的不断增加，计算获得相应的磁感应强度大小为B＝Φ/(N2×Ae)。
第五步：旋转爪极至下一位置并重复第四步检测，经多次重复测量后取平均值，获得爪 极的整体磁化曲线。
与现有技术相比，本装置可以在不破环爪极的情况下，测量爪极的整体直流静态磁性能， 避免了标准圆环试样和磁导计试样的加工过程对测试结果的影响。该装置构建的磁场分布与爪 极式发电机的实际工作磁场分布具有较高的相似性，可以更好地模拟评价爪极零件磁性能。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式 对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围 内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种测试温度可调的爪极磁性能无损检测装置，其特征在于，包括：隔磁设置于恒温箱内的底座、由内而外设置于底座上的绕线套圈和励磁线圈以及设置于底座顶部的待测爪极零件，其中：测量线圈位于待测爪极零件内，测量线圈外部设有与待测爪极零件构成磁场回路的导磁环，励磁线圈与直流磁性能测量仪相连并接收激励电压，测量线圈通过产生感生电流向直流磁性能测量仪输出感应电流，直流磁性能测量仪记录输出的励磁电流，将检测得到的感应电流换算成感应电压并将其在时间域积分得到磁感应强度，测算得到待测爪极零件的整体磁化曲线，表征爪极零件的导磁性能；
所述的导磁环、待测爪极零件、绕线套圈和底座为同轴设置，其中：待测爪极零件和底座之间通过定位轴相连，该定位轴与待测爪极零件为间隙配合，用于保证待测爪极零件与底座凸台的同轴度；该定位轴为顺磁材料制成；
所述的导磁环的总高度为待测爪极零件总高度的1.1～1.2倍；其内径D0与待测爪极零件外径之差满足0.4～0.8mm；其外径其中：S爪极为待测爪极零件中心凸台的横截面积，κ＝10～12；
所述的励磁线圈与测量线圈的缠绕方法为：将导线沿同一方向均匀地缠绕在绕线套圈上形成励磁线圈，将导线沿同一方向均匀地缠绕到上卡槽上形成测量线圈；
所述的励磁线圈的导线缠绕匝数为待测爪极零件在电机实际使用中所需缠绕的励磁线圈匝数的1.1～1.2倍，对应测量线圈的最大匝数为其中：为本测试装置的最大可测磁通量，Bmax推荐值为2.0特斯拉，S为待测爪极零件中间凸台的横截面积。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的隔磁设置，通过在底座和恒温箱之间设置隔磁垫板实现。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的隔磁垫板的厚度大于底座厚度的1.5倍且为顺磁材料制成。
4.一种根据权利要求1～3中任一所述的装置的爪极磁性能无损检测方法，其特征在于，在恒温环境下，通过励磁电源在励磁线圈两侧施加励磁电压，至获得最大外磁场强度后，测量测量线圈中产生的感应电流，计算得到线圈内感生出的感应磁通量及对应的磁感应强度；然后通过多次重复测量获得爪极式发电机转子的整体磁化曲线。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的磁场，通过励磁电源在励磁线圈两侧施加励磁电压，计算励磁线圈中产生的励磁电流I，此时对应的外磁场强度H＝N1×I/Le，励磁电流应从零开始稳定增大，直到外磁场强度达到最大，N1为转子自身励磁线圈匝数，Le为等效磁路长度。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，通过测量测量线圈中产生的感应电信号经积分得到不同外磁场强度条件下的感应电流，计算得到线圈内感生出的感应磁通量Φ；当外磁场强度的不断增加对应得到磁感应强度大小为B＝Φ/(N2×Ae)，通过旋转爪极至下一位置并重复测量，得到多次测量的结果取平均值，最终得到爪极式发电机转子的整体磁化曲线，N2为带槽导磁环上缠绕的感应线圈匝数，Ae为等效截面积。
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