CN109116232B - 面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置 - Google Patents

面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置 Download PDF

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Abstract

一种面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置，包括：依次固定设置的励磁电源接通机构、转子磁场检测机构、测量位置调整机构和压紧机构，转子磁场检测机构包括：检测箱以及依次设置于检测箱内的定位底座、调整环、轴套和系列化带槽导磁环，利用调整环与轴套定位不同型号被测转子，实现系列化测量。本发明把爪极式发电机转子直接作为被测对象，利用夹紧机构减小测试过程中转子的位置波动带来的影响，通过调整分度盘角度可以轻松改变测量位置，便于同一转子多次测量以消除系统误差；可以在不破坏被测转子的条件下，更方便快捷地实现一系列不同型号转子的测量，测量结果更为敏感更为直接地反映被测转子的优劣，测量流程相对简单、成本低廉。

Description

面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置
技术领域
本发明涉及的是磁性能测量技术，具体是一种面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置。
背景技术
目前评价爪极式发电机转子性能的方法是利用测试发电机发电效率的装置获得转速电流关系曲线。但是，该方法所需测试台架较为复杂且昂贵，测试中需要完成发电机的整体装配和拆解过程，整个测试流程复杂，而且人工装机过程中引入很多不可控的影响因素。传统磁性能的测量方法需要制作标准试样(参见《GB/T 13012-2008软磁材料直流磁性能的测量方法》)，且容易忽略爪极制造过程引起的性能不均现象，对应的测量结果并不能完全反映由爪极装配而成的转子的整体磁性能。研究直接测定爪极式发电机转子磁性能的方法，则能够避免上述不足，适合电机装配前每件检测，且可用于分析转子装配与爪极制造工艺对转子磁性能的影响规律。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置，利用爪极式发电机转子自身励磁线圈，设计系列化带槽导磁环和角度可调的分度圆盘用于改变测量位置，通过一次装夹多位置测量来消除系统误差。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：依次固定设置的励磁电源接通机构、转子磁场检测机构、测量位置调整机构和压紧机构。
所述的转子磁场检测机构包括：检测箱以及依次设置于检测箱内的定位底座、调整环、轴套和系列化带槽导磁环；调整环和轴套孔轴配合，利用调整环与轴套定位不同型号被测转子，实现系列化测量。
所述的励磁电源接通机构包括：通过高度调整滑块活动设置于导柱上的气缸以及与气缸的操纵端相连的电源接头及引出导线，其中：电源接头及引出导线的两极与转子磁场检测机构中的直流磁性能测量仪的励磁电流输出端口正负极相连。
所述的被测爪极式发电机转子包括：转子轴、轴承套、配对爪极、风扇叶片、轴承、励磁线圈集电极；所述的定位底座的中心设有通孔，该通孔的直径为被测爪极式发电机转子轴的1～2倍并与调整环孔轴相匹配。
所述的系列化带槽导磁环上设有四个用于缠绕测量线圈的向心卡槽，该测量线圈之间相互串联，计算磁通量时将所测得的四个向心卡槽对应的平面的测量结果取平均，使得转子在实际测量过程中实现容错，其对应导线缠绕方法为：以任一卡槽为起点，先按顺时针方向将导线缠绕至目标圈数，然后引入相邻卡槽按逆时针方向缠绕相同圈数，再引入相邻下一卡槽按顺时针方向缠绕相同圈数，最后引入第四个卡槽按按逆时针方向缠绕相同圈数，分别将开始引入的导线一端和最后引出的导线一端作为测量线圈的正负两极；
所述的线圈目标圈数的最大匝数可以通过公式：计算获得，其中：为直流磁性能测量仪的磁通量最大量程。
所述的测量位置调整机构包括：异形花键轴及其支撑座和带调整把手的分度圆盘，其中：分度圆盘上设有限位孔并与套筒下端外缘的限位孔通过销钉连接。
所述的压紧机构包括：固定底座、三角支撑座、液压缸、连杆结构以及压紧球头，其中：液压缸推动连杆机构使得压紧球头与被测爪极式发电机转子的转子轴上端接触，并施加轴向压力来压紧被测转子防止其在测量过程中因冲击磁场而引起的震动，进一步减小测量误差。
技术效果
与现有的通过发电机性能台架试验来评价爪极式发电机转子性能优劣的方法相比，本发明提供了一种新的技术途径，测量评价过程中无需反复拆装发电机，测量结果更为敏感更为直接地反映爪极式发电机转子的优劣，整个测试流程相对简单，可以大幅节省测量成本。从材料磁性能测量来看，与现行中国标准《GB/T 13012-2008软磁材料直流磁性能的测量方法》规定了环形试样方法和磁导计测量方法相比，本发明可以把爪极式发电机转子直接作为被测对象，利用夹紧机构减小测试过程中转子的位置波动带来的影响，避免了标准试样的加工历史对检测结果的影响，也更加地方便快捷；可以实现电机装配前每件无损检测，用于分析转子装配与爪极制造工艺对转子磁性能的影响规律。此外，通过调整分度盘角度可以轻松改变测量位置，便于同一转子多次测量以消除系统误差；通过更换标准化的垫块和导磁环，可以实现一系列不同型号转子的测量。
附图说明
图1为本发明结构的示意图；
图2为可调定位机构的结构示意图；
图3为被测爪极式发电机转子的结构示意图；
图4为定位底座的零件示意图；
图5为调整环的零件示意图；
图6为轴套的零件示意图；
图7为系列化带槽导磁环的零件示意图；
图8为套筒的零件示意图；
图9为测量位置调整机构及分度圆盘的结构示意图；
图10为实施例整体磁化曲线示意图；
图中：底板1、固定底座2、三角支撑座3、液压缸4、连杆结构5、气缸6、高度调整滑块7、电源接头及引出导线8、导柱9、定位底座10、向心卡槽11、调整环12、系列化带槽导磁环13、盖板14、套筒15、被测爪极式发电机转子16、转子轴16-1、轴承套16-2、配对爪极16-3、风扇叶片16-4、轴承16-5、励磁线圈集电极16-6、轴套17、异形花键轴18、支撑座19、带调整把手的分度圆盘20。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置，包括依次固定设置的励磁电源接通机构、转子磁场检测机构、测量位置调整机构和压紧机构。
如图1所示，所述的励磁电源接通机构包括：通过高度调整滑块7活动设置于导柱9上的气缸6以及与气缸6的操纵端相连的电源接头及引出导线8，其中：电源接头及引出导线8的两极与转子磁场检测机构中的直流磁性能测量仪的励磁电流输出端口正负极相连，电源接头工作时与被测转子上的集电环接触，电源接头一端与气缸连接，利用气缸的可伸缩性调整电源接头与集电环的接触状态电源接头的高度，以匹配不同的被测爪极式发电机转子。
如图2所示，所述的转子磁场检测机构包括：盖板14、底板1和套筒15构成的检测箱以及依次设置于检测箱内的定位底座10、调整环12、轴套17和系列化带槽导磁环13，其中：定位底座10固定于套筒15下端，调整环12嵌入定位底座10，利用调整环12与轴套17定位不同型号被测转子16，实现系列化测量。
所述的套筒15下端外缘设计有两个限位孔，相邻限位孔位置夹角为30度，
所述的套筒15通过螺钉与底板1固定连接，盖板14放置于套筒15上端采用螺纹连接以压紧带槽导磁环13，防止其因冲击磁场而引起的振动。
所述的套筒15和定位底座10下端都设计有40°的扇形槽，方便测量位置调整机构旋转；其均采用顺磁材料制成。
如图3所示，所述的被测爪极式发电机转子16包括：转子轴16-1、轴承套16-2、配对爪极16-3、风扇叶片16-4、轴承16-5、励磁线圈集电极16-6。
如图4所示，所述的定位底座10的中心设有通孔，该通孔的直径为被测爪极式发电机转子轴16-1的2～3倍并与调整环12孔轴相匹配。
如图5所示，所述的调整环12的外直径为D调整环＝(1.05～1.1)D0，D0为具体被测爪极式发电机转子16的外直径，高度H调整环＝0.5H1-min，H1-min为被测的一系列爪极式发电机转子轴16-1下端长度H1中的最小值。调整环12通过内部通孔与轴套17孔轴配合连接；调整环12下端通过一个环形结构与定位底座10孔轴配合连接，该环形结构的内直径与定位底座10的中心通孔直径相同，其采用顺磁材料制成。
如图6所示，所述的轴套17的内直径d轴套与转子轴16-1直径相同，具体包括：阶梯形的大端和小端，其中：大端外直径为爪极式发电机转子轴承套16-2的2倍，小端直径与调整环12的通孔直径相同；大端高度h轴套＝η(H1-H调整环)，系数η取0.8～0.9，小端高度与调整环12高度相同，其采用顺磁材料制成。
如图7所示，为了保证测量时带槽导磁环13可以有效覆盖放入其中的被测爪极式发电机转子16，所述的系列化带槽导磁环13的高度H导磁环＝h1+h槽+h2，其中：h槽＝0.8H0，H0为待测爪极式发电机转子16上下端面距离，h1不小于0.1H0，h2＝H调整环+h轴套+0.1H0。
所述的带槽导磁环13上设有四个用于缠绕测量线圈的向心卡槽11，四个向心卡槽11之间的夹角分别为2α、90°、2β和90°，α与β满足|α-β|＝(1～2)°,α+β＝90°。四个卡槽的宽度κ＝0.165～0.185，S爪极为组成被测爪极式发电机转子的爪极凸台截面积；卡槽周向宽度为5～6mm；卡槽的内径向深度t内为4～5mm，t外不小于5mm。带槽导磁环13的内径与被测转子外径的单边间隙为0.2～0.4mm，带槽导磁环13的外径D导磁环＝d内+2t槽+2t外+2t内。其材料为高磁导率高饱和磁感应强度的软磁材料。
所述的测量线圈之间相互串联，计算磁通量时将所测得的四个平面的测量结果取平均，使得转子在实际测量过程中实现容错，其对应导线缠绕方法为：以任一卡槽为起点，先按顺时针方向将导线缠绕至目标圈数，然后引入相邻卡槽按逆时针方向缠绕相同圈数，再引入相邻下一卡槽按顺时针方向缠绕相同圈数，最后引入第四个卡槽按按逆时针方向缠绕相同圈数。分别将开始引入的导线一端和最后引出的导线一端作为测量线圈的正负两极。
所述的线圈目标圈数的最大匝数可以通过公式：计算获得，其中：为直流磁性能测量仪的磁通量最大量程。
为了实现适配系列化爪极式发电机转子16，所述的系列化带槽导磁环13的总高度H导磁环和外直径D导磁环为定值，即带槽导磁环13的总高度H导磁环为所有型号待测爪极式发电机转子对应的带槽导磁环高度中的最大值，外直径D导磁环也为所有型号待测爪极式发电机转子对应的带槽导磁环外直径中的最大值。根据被测爪极式发电机转子16的转子外直径D0，转子端面高度H0和转子轴下端长度H1可以计算出与之配套的带槽导磁环13、调整环12和轴套17关键几何参数。
所述的系列化爪极式发电机转子16型号参数，单位mm：
所述的调整环12几何参数，单位mm：
所述的轴套17几何参数，单位mm：
所述的带槽导磁环13几何参数，单位mm：
如图8所示，所述的套筒15的上端与带槽导磁环13孔轴间隙配合，下端与定位底座10孔轴间隙配合，套筒15的厚度一般为10～15mm；套筒15下端设计有40°的扇形槽，方便测量位置调整机构旋转，其采用顺磁材料制成。
所述的盖板14，通过内螺纹与套筒15上端连接，并压紧带槽导磁环13，其采用顺磁材料制成。
如图9所示，所述的测量位置调整机构包括：异形花键轴18及其支撑座19和带调整把手的分度圆盘20，其中：分度圆盘20上设有限位孔并与套筒15下端外缘的限位孔通过销钉连接。工作时，旋转调整把手20至套筒15的限位孔限位位置，带动与之固定连接的支撑座19，支撑座19上异形键槽带动异形花键轴18，异形花键轴18带动被测转子16旋转至目标测量位置。
所述的压紧机构包括：固定底座2、三角支撑座3、液压缸4、连杆结构5以及压紧球头，其中：液压缸4推动连杆机构5使得压紧球头与被测爪极式发电机转子16的转子轴上端接触，并施加轴向压力来压紧被测转子防止其在测量过程中因冲击磁场而引起的震动，进一步减小测量误差。
所述的底板1，用于固定定位底座、套筒、压紧机构和励磁电源接通机构。
本装置通过以下方式进行测试：
开始测试前，需要在直流磁性能测量仪中输入爪极式发电机转子自身的励磁线圈匝数N1，测量线圈匝数，为带槽导磁环的卡槽上缠绕线圈的总和，带槽导磁环的卡槽横截面积h槽×t槽。
第一步，试样准备：准备好待测爪极式发电机转子16，检查待测爪极式发电机转子，手动确认转子轴是否紧固，利用万能电表检查其励磁线圈及引出导线是否断路。
第二步，安装定位：根据待测爪极式发电机转子型号选取带槽导磁环13、调整环12和轴套17，安装完成测量装置，将待测爪极式发电机转子16放入测量装置中，确认定位可靠。
第三步，接线：励磁电源接通机构的电源接头及引出线与直流磁性能测量仪的励磁电流输出端口N1的正负极连接；测量线圈导线的两极分别与直流磁性能测量仪的测量电流输入端口N2的正负极连接。
第四步，检测：设定励磁电流范围为0～3.75A和测量结果采集频率，开始测量并得到相应的励磁电流-平均磁感应强度的关系曲线。
第五步：记录测试结果。
第六步：重复检测，旋转分度圆盘的调整把手，使分度圆盘的限位与套筒上的第二个定位孔对正并用销钉连接，重复第四和第五步。
第七步：对多次重复测量的结果取平均值，获得爪极式发电机转子的整体磁化曲线，横坐标为励磁电流值，纵坐标为平均磁感应强度。
第八步：更换需要测量的爪极式发电机转子或者爪极式发电机转子型号，重复第一至第七步，获得所有测试爪极式发电机转子的整体磁化曲线，如图10所示。
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 (8)

1.一种面向系列化爪极式发电机转子的磁性能测量装置，其特征在于，包括依次固定设置的励磁电源接通机构、转子磁场检测机构、测量位置调整机构和压紧机构；
所述的转子磁场检测机构包括：检测箱以及依次设置于检测箱内的定位底座、调整环、轴套和系列化带槽导磁环，调整环和轴套孔轴配合，利用调整环与轴套定位不同型号被测转子，实现系列化测量；
所述的励磁电源接通机构包括：通过高度调整滑块活动设置于导柱上的气缸以及与气缸的操纵端相连的电源接头及引出导线，其中：电源接头及引出导线的两极与转子磁场检测机构中的直流磁性能测量仪的励磁电流输出端口正负极相连；
所述的测量位置调整机构包括：异形花键轴及其支撑座和带调整把手的分度圆盘，其中：分度圆盘上设有限位孔并与套筒下端外缘的限位孔通过销钉连接；
所述的压紧机构包括：固定底座、三角支撑座、液压缸、连杆结构以及压紧球头，其中：液压缸推动连杆机构使得压紧球头与被测爪极式发电机转子的转子轴上端接触，并施加轴向压力来压紧被测转子防止其在测量过程中因冲击磁场而引起的震动，进一步减小测量误差；
所述的检测箱包括：盖板、底板和套筒，其中：套筒通过螺钉与底板固定连接，盖板放置于套筒上端采用螺纹连接以压紧带槽导磁环，防止其因冲击磁场而引起的振动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的被测爪极式发电机转子包括：转子轴、轴承套、配对爪极、风扇叶片、轴承、励磁线圈集电极；所述的定位底座的中心设有通孔，该通孔的直径为被测爪极式发电机转子轴的1～2倍并与调整环孔轴相匹配。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的调整环的外直径为D调整环＝(1.05～1.1)D0，D0为具体被测爪极式发电机转子的外直径，高度H调整环＝0.5H1-min，H1-min为被测的一系列爪极式发电机转子轴-下端长度H1中的最小值，该调整环通过内部通孔与轴套孔轴配合连接；调整环下端通过环形结构与定位底座孔轴配合连接，该环形结构的内直径与定位底座的中心通孔直径相同。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的轴套的内直径d轴套与转子轴-直径相同，具体包括：阶梯形的大端和小端，其中：大端外直径为爪极式发电机转子轴承套-的倍，小端直径与调整环的通孔直径相同；大端高度h轴套＝η(H1-H调整环)，η为系数，小端高度与调整环高度相同，其采用顺磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的系列化带槽导磁环的高度H导磁环＝h1+h槽+h2，其中：h槽＝0.8H0，H0为待测爪极式发电机转子上下端面距离，h1不小于0.1H0，h2＝H调整环+h轴套+0.1H0；
所述的系列化带槽导磁环上设有四个用于缠绕测量线圈的向心卡槽，四个向心卡槽之间的夹角分别为2α、90°、2β和90°，α与β满足|α-β|＝(1～2)°,α+β＝90°。四个卡槽的宽度κ＝0.165～0.185，S爪极为组成被测爪极式发电机转子的爪极凸台截面积，卡槽周向宽度为5～6mm；卡槽的内径向深度t内为4～5mm，t外不小于5mm，带槽导磁环的内径与被测转子外径的单边间隙为0.2～0.4mm，带槽导磁环的外径D导磁环＝d内+2t槽+2t外+2t内。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的测量线圈之间相互串联，其对应导线缠绕方法为：以任一卡槽为起点，先按顺时针方向将导线缠绕至目标圈数，然后引入相邻卡槽按逆时针方向缠绕相同圈数，再引入相邻下一卡槽按顺时针方向缠绕相同圈数，最后引入第四个卡槽按按逆时针方向缠绕相同圈数，分别将开始引入的导线一端和最后引出的导线一端作为测量线圈的正负两极；
所述的线圈目标圈数的最大匝数可以通过公式：计算获得，其中：为直流磁性能测量仪的磁通量最大量程，将所测得的四个向心卡槽对应的平面的测量结果取平均，使得转子在实际测量过程中实现容错。
7.根据权利要求1或5所述的装置，其特征是，所述的系列化带槽导磁环的总高度H导磁环和外直径D导磁环为定值，即带槽导磁环的总高度H导磁环为所有型号待测爪极式发电机转子对应的带槽导磁环高度中的最大值，外直径D导磁环也为所有型号待测爪极式发电机转子对应的带槽导磁环外直径中的最大值，根据被测爪极式发电机转子的转子外直径D0，转子端面高度H0和转子轴下端长度H1可以计算出与之配套的带槽导磁环、调整环和轴套关键几何参数。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的套筒的上端与带槽导磁环孔轴间隙配合，下端与定位底座孔轴间隙配合，套筒下端设有用于测量位置调整机构旋转的扇形槽。
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