CN113655418B - 不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明为一种不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台。该平台包括基座、横向固定装置、移动结构、纵向固定装置、散热装置、加速度计、封装线圈、热电偶；所述的横向固定装置安装在基座的前后两侧；所述的移动结构安装在基座的左右两侧；所述的纵向固定装置安装在移动结构的滑轨上；所述的被测铁心横向放置在基座的纵向中轴线上；所述的散热装置安装在基座的横向中轴线上；所述的加速度计和热电偶贴在被测铁心表面；所述的两个封装线圈别安装在铁心的两个长边上。本发明具有实现功能丰富和准确度高的优点，可以实现室温下铁心磁特性和不同磁密下铁心磁滞伸缩的准确测量。

Description

不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台

技术领域

本发明涉及铁心磁特性测量领域，尤其是一种不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台。

背景技术

开关功率变换器可以实现不同形式电能的变换，作为高效的电能变换装置，其应用领域日益广泛和普及，因此研制高可靠性、高效率和高功率密度的功率变换器对提高电能变换效率、降低能耗具有重要现实意义。磁元件，如变压器和电感，由于磁性材料和导电材料的进步相对缓慢，且制作工艺复杂，又需要客观化设计。因此，磁元件技术已成为国内外学术界和产业界的关注热点。

随着功率变换器向高频和高功率密度方向发展，磁元件损耗成为制约其发展的主要因素之一。磁元件损耗主要包括绕组损耗和铁心损耗，目前对绕组损耗的研究，从机理、模型、仿真、设计到应用都相对成熟，精密阻抗分析仪以及电磁场仿真技术为绕组损耗的评估和分析提供了有效手段。但对于磁性材料的高频损耗特性研究，无论在测量技术、机理分析和模型建立各方面的研究还相对粗放，无法满足当前功率变换器技术的发展。因此，深入分析高频磁元件的损耗特性和准确地评估铁心损耗，对优化磁元件的性能和保障功率变换器的可靠运行都至关重要。

综上所述，铁心在电工装备中有着非常广泛的应用，不同材料和不同尺寸铁心磁特性的测试是我们了解和应用铁心的前提。我们既要测试铁心的磁特性，同时铁心的磁滞伸缩也要进行测试。在测试铁心磁特性时需要进行手缠线圈，十分繁琐，而且铁心在外加激励后，由于涡流效应会使得铁心温度升高，而温升对铁心的磁特性有一定的影响。

发明内容

本发明的目的针对现有技术不足，提供一种能够测试不同尺寸铁心磁特性的综合平台。该测试平台通过横向固定装置、移动结构、纵向固定装置等设计，将散热装置和固定铁心的平台融合为一体；还将封装线圈直接安装在铁心上面，当作一次侧或二次侧，避免了复杂的手动绕线的程序；另外还设计了一个加速度传感器的封装外壳，将外壳部分的两个支脚上涂胶粘在铁心上，兼顾起到一个屏蔽外界磁场的作用。本发明具有实现功能丰富和准确度高的优点，可以实现室温下不同尺寸叠片铁心磁特性和不同磁密下铁心磁滞伸缩的准确测量。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，包括基座、横向固定装置、移动结构、纵向固定装置、散热装置、加速度计、封装线圈、热电偶；

所述的横向固定装置安装在基座的前后两侧；所述的移动结构安装在基座的左右两侧；所述的纵向固定装置安装在移动结构的滑轨上；所述的被测铁心横向放置在基座的纵向中轴线上；所述的散热装置安装在基座的横向中轴线上；所述的加速度计和热电偶贴在被测铁心表面；所述的两个封装线圈别安装在铁心的两个长边上。

所述的基座为矩形板材，上面左右两侧，各开有一个条状的通槽，即第二活孔；两个第二活孔均与竖边平行；基座的前后侧，各开有2个通槽，即第一活孔；2个第一活孔为一组，轴线相同，均平行于基座的横边；基座的中部，在纵向中轴线的中部，还分布有2个第一凹槽，在横线中轴线的中部，还分布有两个第二凹槽。

每个第一活孔或第二活孔的两侧，各平行分布有长度相同的一条条形凹槽；其中，靠近基座边缘的那条条形槽旁设有刻度；

所述的横向固定装置包括四个横向固定单元，每个横向固定单元包括底座、卡槽、把手、螺纹杆；其中，第一底座上有一块竖板，竖板上开有一个带有螺纹的通孔，螺纹杆通过螺纹配合安装在通孔上，一端安装有把手，另一端安装有卡槽；

所述的第一底座的下部的中心线上分布有螺孔，螺钉从基座底部穿过第一活孔，将第一底座固定在基座上；第一底座的底部前后两侧各有一个凸起，凸起嵌入第一活孔两侧的条形凹槽中；所述的卡槽为L型的折板，折板的内壁上分布有若干散热孔与一个沉头孔，螺纹杆无螺纹的一端穿过折板的沉头孔，并在折板的外壁用螺丝固定。

所述的横向固定装置的四个横向固定单元两两相对，每个横向固定单元通过第一底座安装在第一活孔上，螺纹杆与纵向中轴线平行，把手位于靠近基座的边缘处；四个横向固定单元的卡槽围成了一个矩形空间，第一凹槽和第二凹槽均位于矩形空间内；

所述的移动结构包括两个第二底座、2个支撑架、四条滑轨；其中，所述的第二底座的底部的中心线上分布有螺孔，螺钉从基座底部穿过第二活孔，将第二底座10固定在基座上；第二底座左右两侧各有一个凸起，凸起嵌入第二活孔两侧的条形凹槽中；第二底座上为矩形柱状体的支撑架；四条滑轨跨接在两个第二底座的支撑架上端内侧，形成滑动架；

所述的纵向固定装置包括电机、电机壳、上螺纹杆、第一垫块、压力传感器、第二垫块、纵向固定板；电机壳安装在移动结构的滑轨上，内部安装有电机；上螺纹杆的上端安装在电机内，上螺纹杆、第一垫块、压力传感器、第二垫块从上到下依次通过螺钉相连；第二垫块通过螺钉旋入纵向固定板中心的螺孔中；

所述的纵向固定板是由一个横置板和两个竖直板组成的，在横置板的底部有两个轨道；上部中心螺孔的两侧，各均匀间隔分布有一排矩形通孔；底部滑轨上安装有两个竖直板；

在四个横向固定单元的卡槽围成了矩形空间内的基座上，设置着矩形的被测铁心，被测铁心的长边的中部，各安装着一个封装线圈，并且封装线圈位于第一凹槽上；被测铁心中的两个第二凹槽内，左右各放置有一个散热装置；

被测铁心的铁心拐角的内侧和外侧、铁心长边中间的内侧和外侧、铁心短边中间的内侧和外侧，各粘贴有一个热电偶；被测铁心的外表面，还粘贴有一个加速度计。

所述的加速度计括加速度计外壳、加速度计传感器、六个弹簧、两个支脚、两个固定螺纹杆；

加速度计外壳的中心是一个圆柱形空腔，空腔底部有一个圆孔，加速度计传感器位于空腔中，探头通过底部圆孔露出；加速度计外壳的两侧分别有一个长方体空壳，每个空壳的顶部依次均匀排列有三个弹簧，弹簧与支脚连接在一起；

所述的散热装置包括风扇盖、扇叶、风扇骨架；风扇骨架位于底部，中心安装有扇叶，上部加装有风扇盖；两个散热装置分别安装在基座的两个第二凹槽中。

所述的封装线圈Ⅶ中，每个封装线圈由2个可开合的U型半线圈构成，两部分相向设置；导线先后缠绕2个U型半线圈的线圈骨架上；每个U型半线圈的线圈骨架中的每根导线均在上下回转处各设置一个磁性垫块。

所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，还包括信号产生装置、功率放大器、水冷电阻、电容箱、综合测试平台、数据处理采集单元；

所述的数据处理采集单元包括电压探头、电流探头、数字示波器和电脑；所述的电压探头、电流探头分别和数字示波器相连，数字滤波器还和电脑相连；

信号产生装置、功率放大器、水冷电阻、电容箱和一次绕组(第一封装线圈)依次相连；

电流探头和一次绕组相连，电压探头和二次绕组(第二封装线圈)相连。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明设计了一种新型的综合测试平台，用于测试不同尺寸铁心的磁特性，包括不加应力时的B-H曲线以及外加激励后铁心的磁致伸缩；

2、本发明设计了一种加速度计的外壳，可以将加速度计封装到加速度计外壳中，有效避免了将胶水涂抹到加速度计探头和外界的电磁干扰，从而大大提高了加速度计测量磁致伸缩的精度

3、本发明设计的散热装置内置于基座内，从铁心内侧给铁心散热，可以有效的降低温升对铁心磁特性的影响；

4、本发明设计了一种新型的励磁线圈，将励磁线圈分为左右两部分并封装起来，将我们从繁杂的缠绕线圈的工作中解脱出来，而且也可以防止铁心温度过高将励磁线圈烧坏。

附图说明

图1为本发明测试不同尺寸铁心磁特性的综合测试平台的整体示意图；

图2为本发明放置铁心和其他零部件的基座的示意图；

图3为本发明横向固定单元的示意图；

图4为本发明横向固定装置的示意图；

图5位本发明移动结构的示意图；

图6为本发明纵向固定装置示意图；

图7为本发明测试铁心和线圈、散热装置的分布示意图；

图8为本发明加速度计整体示意图；

图9为本发明散热装置的示意图；

图10为本发明封装线圈的左侧剖面图和右侧剖面图；

图11为本发明测试不同尺寸铁心磁特性的综合测试平台一种实施例的整体结构示意图。

其中，Ⅰ、基座；Ⅱ、横向固定装置；Ⅲ、移动结构；Ⅳ、纵向固定装置；Ⅴ、被测铁心；Ⅵ、加速度计；Ⅶ、封装线圈；

1、第一活孔；2、第二活孔；3、第一凹槽；4、第二凹槽；5、第一底座；6、卡槽；7、把手；8、螺纹杆；9、横向固定单元；10、第二底座；11、滑轨；12、电机壳；13、上螺纹杆；14、第一垫块；15、压力传感器；16、第二垫块；17、纵向固定板；18、热电偶；19、加速度计外壳；20、加速度计传感器；21、弹簧；22、支脚；23、固定螺纹杆；24、风扇盖；25、扇叶；26、风扇骨架；27、磁性垫块；28、左侧绕组骨架；29、导线；30、右侧绕组骨架；31、信号产生装置；32功率放大器；33水冷电阻；34、电容箱；35综合测试平台；36信号处理采集单元。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，包括基座Ⅰ、横向固定装置Ⅱ、移动结构Ⅲ、纵向固定装置Ⅳ、散热装置、加速度计Ⅵ、封装线圈Ⅶ、热电偶18；

如图1所示，所述的横向固定装置Ⅱ安装在基座的前后两侧；所述的移动结构Ⅲ安装在基座的左右两侧；所述的纵向固定装置Ⅳ安装在移动结构的滑轨上；所述的被测铁心Ⅴ横向放置在基座Ⅰ的纵向中轴线上；所述的散热装置安装在基座Ⅰ的横向中轴线上；所述的加速度计Ⅵ和热电偶贴在被测铁心表面；所述的两个封装线圈Ⅶ分别安装在铁心的两个长边上。

如图2所示，所述的基座Ⅰ为矩形板材，上面左右两侧，各开有一个条状的通槽，即第二活孔2；两个第二活孔2均与竖边平行；基座Ⅰ的前后侧，各开有2个通槽，即第一活孔1；2个第一活孔1为一组，轴线相同，均平行于基座Ⅰ的横边；基座Ⅰ的中部，在纵向中轴线的中部，还分布有2个第一凹槽3，在横线中轴线的中部，还分布有两个第二凹槽4。

每个第一活孔1或第二活孔2的两侧，各平行分布有长度相同的一条条形凹槽；其中，靠近基座边缘的那条条形槽旁设有刻度，用于精确移动第一底座5和第二底座10，使得横向固定装置和纵向固定装置可以准确固定被测铁心Ⅴ；

所述的横向固定装置Ⅱ包括四个横向固定单元，每个横向固定单元如图3所示，包括底座5、卡槽6、把手7、螺纹杆8；其中，第一底座5上有一块竖板，竖板上开有一个带有螺纹的通孔，螺纹杆8通过螺纹配合安装在通孔上，一端安装有把手7，另一端安装有卡槽6；

所述的第一底座5的下部的中心线上分布有两个螺孔，螺孔位于第一活孔1上，螺钉从基座底部穿过第一活孔1，使得第一底座5固定在基座Ⅰ上；第一底座5的底部前后两侧各有一个凸起，凸起嵌入第一活孔1两侧的条形凹槽中；第一活孔1两侧的条形槽是限位作用，使第一底座5只能左右移动而不能前后移动。所述的卡槽6为L型的折板，折板的内壁上分布有若干散热孔与一个沉头孔，螺纹杆8无螺纹带铁片的一端与卡槽6的沉头孔相连接，铁片的厚度恰好是沉头孔的下沉深度，在螺纹杆8与沉头孔外侧接触的地方用一个螺帽固定。

所述的横向固定装置Ⅱ的四个横向固定单元的分布如图4所示，两两相对，每个横向固定单元通过第一底座5安装在第一活孔1上，螺纹杆8与纵向中轴线平行，把手7位于靠近基座的边缘处。通过手摇把手7可以使得卡槽6前后移动，通过移动第一底座5可以使得卡槽6左右移动，通过两者的相互配合就可以横向固定被测铁心Ⅴ。四个横向固定单元的卡槽6围成了一个矩形空间，第一凹槽3和第二凹槽4均位于矩形空间内；

如图5所示，所述的移动结构Ⅲ包括两个第二底座10、2个支撑架、四条滑轨11；其中，所述的第二底座10的底部的中心线上分布有两个螺孔，螺钉从基座底部穿过第二活孔2，使得第二底座10固定在基座Ⅰ上；第二底座10左右两侧各有一个凸起，凸起嵌入第二活孔2两侧的条形凹槽中；第二底座10上为矩形柱状体(下部为四个支柱)的支撑架(用于固定滑轨11)；四条滑轨11跨接在两个第二底座10的支撑架上端内侧，形成滑动架，滑动架的横截面为矩形分布；

第二底座10中的凸起及螺孔设置和作用同第一底座。

如图6所示，所述的纵向固定装置包括电机、电机壳12、上螺纹杆13、第一垫块14、压力传感器15、第二垫块16、纵向固定板17；电机壳12安装在移动结构Ⅲ的滑轨上，内部安装有电机；上螺纹杆13的上端安装在电机内，上螺纹杆13(无螺纹的下端)、第一垫块14、压力传感器15、第二垫块16从上到下依次通过螺钉相连；第二垫块16通过螺钉旋入纵向固定板17中心的螺孔中。通过电机控制上螺纹杆13伸缩，从而就可以控制纵向固定板17的升降，从而可以使得纵向固定板17上的两个竖直板与被测铁心Ⅴ的两个窄边接触；通过移动结构Ⅲ的前后移动和电机壳12在滑轨上的左右移动可以将纵向固定板17挪动到被测铁心Ⅴ的正上方。

第一垫块14、压力传感器15、第二垫块16均为圆柱形，且均与上螺纹杆13的轴心相同；

其中，上螺纹杆13下端无螺纹且接有一个圆形铁片，铁片的厚度与第一垫块14上沉头孔下沉的深度相同；第一垫块14上设置有沉头孔(沉头孔在垫块底部)没有螺纹，螺纹杆与沉头孔相连的那一端也没有螺纹(没有螺纹的长度正好就是孔的长度)且螺纹杆的那一端有一个有一定厚度的圆形铁片正好可以契合沉头孔的下沉部分，再在第一垫块14的上部加一个螺帽，就可以固定第一垫块14与上螺纹杆13的连接，这样螺纹杆转动的时候，连接第一垫块14的那一端就只会磨着垫块的内壁转，不会带着垫块一块转。

第一垫块14的底端沿直径设有两个螺钉，底端圆心处有一个贯穿第一垫块14的沉头孔；压力传感器15的顶端沿直径各设有两个螺孔，底端中心有一个螺钉；第二垫块16的顶端中心有一个螺孔，底端中心有一个螺钉；纵向固定板17的底部两端设置有竖直板，上表面的中部设置有螺孔。将电机壳12安装在移动结构Ⅲ的滑轨上；上螺纹杆13的上端安装在电机内，下端与第一垫块14相连；第一垫块14下端的螺钉旋入压力传感器15上的螺孔；压力传感器15下端的螺钉旋入第二垫块16上的螺孔；第二垫块16底部的螺钉旋入纵向固定板17中心的螺孔中。

所述的纵向固定板17是由一个带散热孔的横置板和两个竖直板组成的，在横置板的底部有两个轨道；上部中心螺孔的两侧，各均匀间隔分布有一排矩形通孔；底部滑轨上安装有两个竖直板；两侧的矩形孔是用于加速扩散底部散热风扇向上吹出的热风；底部的两个竖直板安装在轨道上可以左右移动，使之压在与矩形铁心的两个窄边的上表面，确保待测铁心不移动。通过移动结构Ⅲ和电机的移动将纵向固定板17移动到被测铁心的正上方；底部滑轨上的两个竖直板分别移动到被测铁心Ⅴ窄边的正上方。

所述的固定板17是在铁心正上方，风扇往上吹风，风就可以通过散热孔吹出；

在四个横向固定单元的卡槽6围成了矩形空间内的基座Ⅰ上，设置着矩形的被测铁心Ⅴ，被测铁心Ⅴ的长边的中部，各缠绕着一个封装线圈Ⅶ，并且封装线圈Ⅶ位于第一凹槽3上；被测铁心Ⅴ中的两个第二凹槽4内，左右各放置有一个散热装置；

如图7所示，被测铁心Ⅴ的铁心拐角的内侧和外侧、铁心长边中间的内侧和外侧、铁心短边中间的内侧和外侧，各粘贴有一个热电偶18；被测铁心Ⅴ的外表面，还粘贴有一个加速度计Ⅵ；

如图8所示，所述的加速度计Ⅵ包括加速度计外壳19、加速度计传感器20、六个弹簧21、两个支脚22、两个固定螺纹杆23；

加速度计外壳19的中心是一个圆柱形空腔，空腔底部有一个圆孔，将加速度计传感器19放在空腔中，探头通过底部圆孔露出；加速度计外壳19的两侧分别有一个长方体空壳，每个空壳的顶部依次均匀排列有三个弹簧21，弹簧21与支脚22连接在一起；在外壳的左右两侧各有一个螺纹孔，固定螺纹杆23通过螺纹孔来固定支脚22的位置。

将加速度计传感器20放置到加速度计外壳19中，将两个支脚22涂抹胶水就可以粘到铁心的被测位置，按压加速度计外壳19使弹簧21收缩，使加速度计探头与铁心表面贴合，通过固定螺纹杆22固定外壳腿21的位置。

如图9所示，所述的散热装置包括风扇盖24、扇叶25、风扇骨架26；风扇骨架26位于底部，中心安装有扇叶25，上部加装有风扇盖24；两个散热装置分别安装在基座Ⅰ的两个第二凹槽4中。

本发明的封装线圈Ⅶ如图10所示，每个封装线圈由2个可开合的U型半线圈构成，两部分相向设置；导线29先后缠绕2个U型半线圈的线圈骨架上；每个U型半线圈的线圈骨架(左侧绕组骨架28、右侧绕组骨架30)中的每根导线均在上下回转处各设置一个磁性垫块27；两个U型半线圈上的导线通过导线上下回转处的磁性垫块27左右两两吸和在一起，构成了一个完整的封装线圈。本发明通过将封装线圈拆解为两个U型半线圈且在两个U型半线圈内侧连接处安装磁性垫块27的设计，使二者合上时围绕在待测铁心上，打开时便于取下。

通常在测试铁心磁特性与磁滞伸缩时，都是手动在铁心上的两个长边，分别缠绕一次侧与二次侧线圈，费时费力。本发明提出了一种封装线圈，只需按照铁心的尺寸定做封装线圈就可以省去实验时手动缠绕线圈的工序，省时省力。所述的每个封装线圈Ⅶ从左到右分别为封装线圈Ⅶ的左半部分和右半部分。左半部分封装线圈由磁性垫块27、左侧绕组骨架28、导线29组成；右半部分封装线圈由磁性垫块27、导线29、右侧绕组骨架30组成。将导线29分别封装在左侧绕组骨架28和右侧绕组骨架30中，磁性垫块27安装在导线的上下两端。左半部分封装线圈安装于被测铁心Ⅴ长边中部的外侧，右半部分封装线圈安装于被测铁心Ⅴ长边中部的内侧，两部分线圈通过磁性垫块27连接在一起构成整的封装线圈Ⅶ，按照同样的操作，再在被测铁心Ⅴ另一长边安装一个封装线圈。两个封装线圈分别作为被测铁心Ⅴ的一次绕组和二次绕组，其中，一次绕组与电源相连，起激磁作用；数字示波器通过电压探头与二次绕组相连，记录二次绕组的开路电压。

由于横向固定装置和纵向固定装置中相关位置的可调，可以固定不同尺寸被测铁心的原因，可以适用于不同尺寸的叠片铁心的测量。

本发明的平台中，前后两组活孔用于固定支撑螺纹杆的第一底座，凹槽与第一底座底部的凸起部分相结合可以使第一底座水平的横向移动。左右两个活孔用于固定支撑电机滑轨的第二底座，同理凹槽使得第二底座可以竖直移动。在基座的中央，两个长方形凹槽用于放置封装绕组，而长方形凹槽两侧的正方形深槽用于放置散热装置。

所述的横向固定装置，可以控制卡槽前后移动。把手上有螺纹孔，将螺纹杆旋到把手上并通过底座上的螺纹孔支撑。卡槽上开凿沉头孔与螺纹杆连接，而在背部用螺丝固定住。这样的结构，通过手摇把手可以使得卡槽纵向移动，卡槽上切割的长方形孔用于散热。

所述的纵向固定装置的作用：由于电机外壳的凸出端与轨道凹槽有一定的摩擦阻力，因此电机外壳不会因为受到轻微的力就轻易滑动，故不需要给电机外壳在轨道上刻意加装固定装置。将电机放入电机壳内且用一个中间打孔的盖子封住。上螺纹杆连接电机和第一垫块，第一垫块与压力传感器相连，第二垫块分别与压力传感器和带散热孔和轨道的大平板相连，这样就构成了纵向固定装置。考虑到要纵向固定不同尺寸的铁心，所以纵向固定板轨道上装有两个固定铁心的压板，这两个固定铁心的压板可以水平移动，从而可以固定不同尺寸的铁心。通过电机控制螺纹杆伸缩，从而就可以控制纵向固定板的升降。考虑到应力会对铁心的磁特性有一定的影响，所以在纵向固定装置中加一个压力传感器，当纵向固定板的两个竖直板接触到被测铁心的两个短边时，通过实时监测压力传感器示数，防止纵向固定装置给铁心施加压力。考虑到散热装置的风是从下往上吹，所以在大平板上开了数个矩形孔用于散热。

在平时的实验中往往都是直接用胶水将加速度计粘到铁心上，等实验完成之后再将加速度计铲下来，由于胶水不易清理，往往使得加速度计与铁心接触的表面有薄薄的一层残留胶水，随着使用次数的增加，这一层残留胶水会越来越厚严重影响测量精度。而且外界的电磁干扰也会影响实验数据的准确度，所以本发明设计了一个加速度计外壳来解决上述两个问题。首先加速度计外壳是铝制的，将加速度计封装在壳内可以屏蔽外界的电磁干扰；其次加速度计外壳两侧的支腿是可以通过弹簧伸缩的，侧面的固定螺纹杆可以固定腿的伸缩量，可以将胶水涂在两个支脚上再粘在铁心上，按压加速度计外壳使弹簧收缩，使加速度计探头与铁心表面贴合，通过固定螺纹杆固定外壳腿的位置。从而避免了在加速度传感器探头上涂抹胶水的步骤，大大提高了加速度传感器测量铁心磁致伸缩的精度。

所述的封装线圈，由可开合的U型半线圈构成，两部分相向设置。两部分U型半线圈都是通过骨架将导线封装包裹，在导线的上下两端连接磁性垫块，通过磁性垫块将两部分U型半线圈吸和到一起，组成了整个线圈。将两个封装线圈分别安装在被测铁心的两个长边，分别作为被测铁心的一次绕组和二次绕组。引入这种类型的线圈可以有效避免繁杂的缠绕线圈的工作，而且也避免了给铁心加激励后铁心温度过高将励磁线圈烧坏的风险。

在实际实验当中，线圈在铁心上多为均匀绕制，铁心内侧拐角处温度比其他部分都要高很多，如果不加散热装置极有可能将线圈烧坏，同时温度升高对铁心磁特性也有一定的影响。在采用封装线圈后，线圈已不可能因为温升而被烧坏，重点就是尽可能的减少温升对铁心磁特性的影响，因此我们在放置被测铁心的基座上加装了两个风扇从内部给铁心散热。

所述的热电偶，用于实时监测铁心各个部分的温度，防止铁心局部过热。

所述铁心磁滞伸缩的测量方法：

步骤一：确定被测铁心一次绕组的匝数N₁和二次绕组的匝数N2，并确定封装线圈的尺寸，将两个封装线圈安装在被测铁心的两个长边；

步骤二：将封装好的加速度计贴于铁心的被测点上，用于观测铁心加激励后的磁滞伸缩；

步骤三：在被测铁心拐角的内侧和外侧、被测铁心长边中间的内侧和外侧、被测铁心短边中间的内侧和外侧分别贴上一个热电偶，用于实时监测铁心各个部分的温度；

步骤四：在已知铁心有效面积S和饱和磁通B的情况下，根据U＝4.44fNBS，可以求得B从0T每升高0.1T，电压值为U₁、U₂、U₃......直至被测铁心磁通密度饱和；

步骤五：用阻抗分析仪连接一次绕组测出电感值，然后用电容箱进行阻抗匹配；

步骤六：将已将装好线圈、加速度计传感器、热电偶的被测铁心放置于基座上并通过横向固定装置和纵向固定装置将铁心固定于平台中央，同时注意纵向固定装置中压力传感器的示数，防止纵向固定板给铁心施加压力；

步骤七：根据图11将实验电路连接完毕，打开内置于平台的散热装置，同时按照步骤四计算的电压给一次绕组施加激励一直加到磁密饱和的电压；

步骤八：在二次绕组电压感应到U₁、U₂、U₃....的时刻，通过数据采集卡采集加速度计传感器传输出来的数据；

步骤九：在加到磁密饱和电的压并记录完最后一组数据后，缓慢的将被测铁心上的电压降为零并关闭功率放大器。

所述铁心B-H曲线的测量方法：

步骤一：确定被测铁心一次绕组的匝数N₁和二次绕组的匝数N₂，并确定封装线圈的尺寸，将两个封装线圈安装在被测铁心的两个长边；

步骤二：在被测铁心拐角的内侧和外侧、被测铁心长边中间的内侧和外侧、被测铁心短边中间的内侧和外侧分别贴上一个热电偶，用于实时监测铁心各个部分的温度；

步骤三：在已知铁心有效面积S和饱和磁通B的情况下，根据U＝4.44fNBS，可以求得B从0T每升高0.1T，电压值为U₁、U₂、U₃......直至被测铁心磁通密度饱和；

步骤四：用阻抗分析仪连接一次绕组测出电感值，然后用电容箱进行阻抗匹配；

步骤五：将已将装好线圈、加速度计传感器、热电偶的被测铁心放置于基座上并通过横向固定装置和纵向固定装置将铁心固定于平台中央，同时注意纵向固定装置中压力传感器的示数，防止纵向固定板给铁心施加压力；

步骤六：根据图11将实验电路连接完毕，打开内置于平台的散热装置，同时按照步骤四计算的电压给一次绕组施加激励一直加到磁密饱和的电压；

步骤七：在二次绕组电压感应到U₁、U₂、U₃....的时刻，通过与数字示波器相连的电脑记录一次绕组的电流值和二次绕组的电压值；

步骤八：在加到磁密饱和电的压并记录完最后一组数据后，缓慢的将被测铁心上的电压降为零并关闭功率放大器。

所述的实验电路整体如图11所示，包括信号产生装置31、功率放大器32、水冷电阻33、电容箱34、综合测试平台35、数据处理采集单元36。

所述的数据处理采集单元36包括电压探头、电流探头、数字示波器和电脑；所述的电压探头、电流探头分别和数字示波器相连，数字示波器还和电脑相连；数字示波器上显示的电压、电流数据在电脑上进行处理。

其中，信号产生装置31、功率放大器32、水冷电阻33、电容箱34和一次绕组依次相连；

电流探头和一次绕组相连，电压探头和二次绕组相连；

一次绕组经过功率放大器、水冷电阻、电容箱和信号产生装置相连，起激磁作用；数字示波器通过电流探头与一次绕组相连，通过电压探头与二次绕组相连，记录流过一次绕组的电流和二次绕组的开路电压。

其中，综合测试平台上放置被测铁心Ⅴ，将两个封装线圈Ⅶ安装到被测铁心Ⅴ上，并通过横向固定装置Ⅱ和纵向固定装置Ⅳ将被测铁心Ⅴ固定。信号产生装置31、功率放大器32、水冷电阻33、电容箱34和一次绕组依次相连，用于在一次侧产生激磁电流；数据处理采集单元36中的电流探头接到一次绕组中，电压探头与二次绕组相接，再将电流探头和电压探头分别与数据处理采集单元36中的数字示波器的两个通道相连就可以采集一次绕组的电流和二次绕组的电压；用电脑中的MATLAB程序对电压电流数据进行处理即可得到被测铁心的B-H曲线；数据处理采集单元36通过数据采集卡来采集加速度计Ⅵ的数据，从而可以得到被测铁心Ⅴ磁滞伸缩的数据。

所述的信号产生装置31具体为信号发生器(型号：Tektronix AFG2021)；

所述的功率放大器32具体型号为BROCKHAUS PA100；

所述的数据处理采集单元36中，电压探头可采用型号：PINTECH DP-25、电流探头可采用型号：Agilent N2779A、数字示波器可采用型号：Agilent DSO-X3034A、电脑可采用PC；

所述的电机和风扇都是独立连接的。电机通过控制器来控制螺纹杆的伸缩；风扇通过开关来控制。

本发明不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台的工作原理和工作流程是：激磁信号产生装置31产生激磁信号，激磁信号通过功率放大器32放大后通过水冷电阻33和电容箱34最后进去一次绕组，一次绕组通过电流以后在铁心中产生磁场。如果是测磁滞伸缩，则通过加速度计感应出形变信号；如果是测铁心的磁特性，则通过二次绕组收集电压信号，数据处理采集单元36进行数据的处理与存储，从而生成样品的B-H曲线，完成铁心磁特性的测量。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，其特征为该平台包括基座、横向固定装置、移动结构、纵向固定装置、散热装置、加速度计、封装线圈、热电偶；

所述的横向固定装置安装在基座的前后两侧；所述的移动结构安装在基座的左右两侧；所述的纵向固定装置安装在移动结构的滑轨上；所述的铁心横向放置在基座的纵向中轴线上；所述的散热装置安装在基座的横向中轴线上；所述的加速度计和热电偶贴在被测铁心表面；两个封装线圈别安装在铁心的两个长边上；

所述的基座为矩形板材，上面左右两侧，各开有一个条状的通槽，即第二活孔；两个第二活孔均与竖边平行；基座的前后侧，各开有2个通槽，即第一活孔；2个第一活孔为一组，轴线相同，均平行于基座的横边；基座的中部，在纵向中轴线的中部，还分布有2个第一凹槽，在横线中轴线的中部，还分布有两个第二凹槽；

每个第一活孔或第二活孔的两侧，各平行分布有长度相同的一条条形凹槽；

所述的横向固定装置包括四个横向固定单元，每个横向固定单元包括底座、卡槽、把手、螺纹杆；其中，第一底座上有一块竖板，竖板上开有一个带有螺纹的通孔，螺纹杆通过螺纹配合安装在通孔上，一端安装有把手，另一端安装有卡槽；

所述的第一底座的下部的中心线上分布有螺孔，螺钉从基座底部穿过第一活孔，将第一底座固定在基座上；第一底座的底部前后两侧各有一个凸起，凸起嵌入第一活孔两侧的条形凹槽中；所述的卡槽为L型的折板，折板的内壁上分布有若干散热孔与一个沉头孔，螺纹杆无螺纹的一端穿过折板的沉头孔，并在折板的外壁用螺丝固定；

所述的横向固定装置的四个横向固定单元两两相对，每个横向固定单元通过第一底座安装在第一活孔上，螺纹杆与纵向中轴线平行，把手位于靠近基座的边缘处；四个横向固定单元的卡槽围成了一个矩形空间，第一凹槽和第二凹槽均位于矩形空间内；

所述的移动结构包括两个第二底座、2个支撑架、四条滑轨；其中，所述的第二底座的底部的中心线上分布有螺孔，螺钉从基座底部穿过第二活孔，将第二底座10固定在基座上；第二底座左右两侧各有一个凸起，凸起嵌入第二活孔两侧的条形凹槽中；第二底座上为矩形柱状体的支撑架；四条滑轨跨接在两个第二底座的支撑架上端内侧，形成滑动架；

所述的纵向固定装置包括电机、电机壳、上螺纹杆、第一垫块、压力传感器、第二垫块、纵向固定板；电机壳安装在移动结构的滑轨上，内部安装有电机；上螺纹杆的上端安装在电机内，上螺纹杆、第一垫块、压力传感器、第二垫块从上到下依次通过螺钉相连；第二垫块通过螺钉旋入纵向固定板中心的螺孔中；

所述的纵向固定板是由一个横置板和两个竖直板组成的，在横置板的底部有两个轨道；上部中心螺孔的两侧，各均匀间隔分布有一排矩形通孔；底部滑轨上安装有两个竖直板；

在四个横向固定单元的卡槽围成了矩形空间内的基座上，设置着矩形的被测铁心，被测铁心的长边的中部，各安装有一个封装线圈，并且封装线圈位于第一凹槽上；被测铁心中的两个第二凹槽内，左右各放置有一个散热装置；

被测铁心的铁心拐角的内侧和外侧、铁心长边中间的内侧和外侧、铁心短边中间的内侧和外侧，各粘贴有一个热电偶；被测铁心的外表面，还粘贴有一个加速度计。

2.如权利要求1所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，其特征为所述的加速度计括加速度计外壳、加速度计传感器、六个弹簧、两个支脚、两个固定螺纹杆；

加速度计外壳的中心是一个圆柱形空腔，空腔底部有一个圆孔，加速度计传感器位于空腔中，探头通过底部圆孔露出；加速度计外壳的两侧分别有一个长方体空壳，每个空壳的顶部依次均匀排列有三个弹簧，弹簧与支脚连接在一起。

3.如权利要求1所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，其特征为所述的散热装置包括风扇盖、扇叶、风扇骨架；风扇骨架位于底部，中心安装有扇叶，上部加装有风扇盖；两个散热装置分别安装在基座的两个第二凹槽中。

4.如权利要求1所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，其特征为所述的每个第一活孔或第二活孔的两侧，靠近基座边缘的那条条形槽旁设有刻度。

5.如权利要求1所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，其特征为所述的封装线圈中，每个封装线圈由2个可开合的U型半线圈构成，两部分相向设置；导线先后缠绕2个U型半线圈的线圈骨架上；每个U型半线圈的线圈骨架中的每根导线均在上下回转处各设置一个磁性垫块。

6.如权利要求1所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，其特征为所述的不同尺寸叠片铁心磁特性的综合测试平台，还包括信号产生装置、功率放大器、水冷电阻、电容箱、综合测试平台、数据处理采集单元；

所述的数据处理采集单元包括电压探头、电流探头、数字示波器和电脑；所述的电压探头、电流探头分别和数字示波器相连，数字滤波器还和电脑相连；

信号产生装置、功率放大器、水冷电阻、电容箱和第一封装线圈依次相连；

电流探头和第一封装线圈相连，电压探头和第二封装线圈相连。