CN116418278A - 一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法 - Google Patents

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梁鹏博
张甲
李占斌
李国宁
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Abstract

本发明提出了一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，属于电机制造领域，旨在解决当前无法实时、精确的检测高速电机转子的温度问题。通过使用二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后，其输出的电压值会发生显著变化的特性，将其直接胶接贴合于电机转子表面，并基于此装置给出了一种温度解算方法。相比较于传统的测量定子温度预测转子温度的方法，具有温度精确、测量方便等优点。

Description

一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法
技术领域
本发明属于电机制造领域，具体涉及一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法。
背景技术
在现代工业体系中，电机一直起着至关重要的作用。按照结构和工作原理，可将电机分为异步电机和同步电机，按照运转速度可将电机分为高速电机、低速电机、调速电机和恒速电机。其中永磁同步电机因其具有较高的功率效率、结构简单、体积小、可靠性高等优点，被广泛的应用于各种机电控制领域中作为驱动单元。永磁同步电机主要由定子、转子和端盖等部件组成，定子通常由叠片叠压组成，以减少电机运行时的铁损。转子通常是由永磁体材料制成的实心结构体。在航天领域、军事工业以及一些有高精度要求的控制系统中，对于电机的温度要求非常严格。电机发热是影响电机寿命的一个主要因素，由于电机是驱动系统中的核心部件，因此电机的寿命降低将会影响控制系统的稳定性。
永磁同步电机在运转时，定子铁芯和转子之间会产生涡流损耗，特别是高扭矩密度和大功率密度的永磁同步电机，其转子间存在着大量的涡流损耗，使得转子永磁体的温升过高，引起永磁体退磁等现象。由于转子在高速运转，永磁同步电机在运行过程中的温度检测比较困难，目前都是采用检测定子的温度去估算转子的温度，将温度传感器置于电机内部，直接测量电机的温度，但是这种方法依赖于传感器的精度、传感器的数量以及传感器放置的位置等因素。而且这种检测方法并不是特别精确，不能做到对永磁体温度进行实时检测，这就存在着永磁体温度超过阈值后会对电机造成不可逆损伤的危害。当前的机械式温度传感器植入转子后会改变电机的机械特性，而且在永磁同步电机的高转速以及高温、高腐蚀性的工作空间中，普通传感器的寿命都不长。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，旨在解决当前无法实时、精确的检测高速电机转子的温度问题。通过设计一种二硫化钼材料制成的柔性温度传感器，并基于此柔性传感器提出了一种电压与温度的制表判断方法。
本发明公布了一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，包括：
汇流环a，通过与外接电源导线连接，用作给二硫化钼柔性材料温度传感器提供稳定的直流电源；
汇流环b，将二硫化钼柔性材料温度传感器与信号接收器通过导线进行连接，将二硫化钼柔性材料温度传感器因受温度影响而变化的电压信号传到信号接收器中；
二硫化钼柔性材料温度传感器，一种极敏感的、输出电压受温度变化影响的薄片式柔性温度传感器，与电机转子胶接贴合，用于检测电机转子温度变化；
钼锰电阻合金，一种薄片式、低温漂电阻材料，其电阻值不随温度变化而发生变化；
信号接收器，内置单片机、信号放大器，可将二硫化钼柔性材料温度传感器输出的电压信号进行放大处理，提高其分辨率，再通过单片机中内置的模数转换器将放大后的电压信号模拟量转换为数字量；
步骤一：制作二硫化钼柔性材料温度传感器温度-电压对应表：
将二硫化钼柔性材料温度传感器、钼锰电阻合金、汇流环a、汇流环b、信号接收器等用导线连接，为其提供稳定的直流电源；使用测温设备测量此时二硫化钼柔性材料温度传感器的温度与电压的线性对应关系，高速电机工作的温度区间为[t1，tx]，以a为温度间隔，将温度区间[t1，tx]等分为(tx-t1)/a份；测量出二硫化钼柔性材料温度传感器在每一个温度值下输出的电压值Vi，并通过信号放大器将电压值Vi放大m倍后，记为Vim，将Vim传到单片机中的模数转换器中，转换为数字量di，并将温度-电压对应的数据制表，如表1所示，输入到单片机的flash工作区中；
表1
温度 电压
t1 d1
t2 d2
t3 d3
... ...
ti di
步骤二：连接设备：
将汇流环a与汇流环b胶接在电机转子的两端，汇流环内外圈为间隙配合，汇流环内圈随着电机转子旋转，汇流环外圈保持静止；二硫化钼柔性材料温度传感器和钼锰电阻合金均与电机转子胶接；其中将外接电源正负极通过电机端盖上的正极电源供电孔与负极电源供电孔后，与汇流环a的外圈上的电源正极和电源负极导线连接，钼锰电阻合金与汇流环a的内圈电源正极导线连接，再与汇流环b的内圈电源正极导线连接，汇流环b的外圈电源正极与信号接收器导线连接，信号接收器再与汇流环b的外圈电源负极导线连接，二硫化钼柔性材料温度传感器与汇流环b的内圈电源负极导线连接，再与汇流环a的内圈电源负极导线连接，形成闭合分压电路，信号接收器接收到二硫化钼柔性材料温度传感器因温度变化而引起的电压值的变化；
步骤三：查表确定电机转子温度：
电机工作后，电机转子转速较低，温度未发生变化时，会持续输出0.6v的电压值，表示此时的转子温度为20℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.5v时，表示此时电机转子的温度为30℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.2v时，表示此时电机转子的温度为60℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.4v时，表示此时电机转子的温度为40℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.3v时，表示此时电机转子的温度为50℃，当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.25v时，表示此时电机转子的温度为55℃；在检测电机转子温度时，二硫化钼柔性材料温度传感器会实时的向单片机中传输电压信号，当得到一个电压信号时，通过信号接收器中的信号放大器将电压信号放大m倍后记为Vim，再通过信号接收器中的单片机的模数转换器将Vim转换为数字量di，并在单片机的flash工作区中的温度-电压的对应表中进行查找，若di为温度-电压的对应表中已存在的数据值，则直接输出此时与di对应的温度值ti；
若di非表中已存在的数据值，则判断电压信号di所属的最小区间范围[di+1，di-1]，并查表得到与[di+1，di-1]对应的温度区间[ti+1，ti-1]；
Figure BDA0004177281610000041
提取区间端点值，[di+1、di-1、ti+1、ti-1]，通过公式(1)进行插值运算，得出当前电机转子的精确温度值ti。
本发明的有益效果为：
1.本发明使用二硫化钼材料的柔性温度传感器，相比较于传统的机械式温度传感器具有厚度薄、重量轻、更易与电机转子贴合安装的优点。
2.传统的电机温度检测方法只是将温度传感器植入到电机定子上，通过判断电机定子温度去推测电机转子温度。本发明直接将温度传感器植入到电机转子上，对电机转子温度进行直接检测，极大的提高了电机转子温度的检测精度。
3.本发明的二硫化钼柔性材料的温度传感器植入到电机转子上并不会对电机的机械特性产生影响，不会影响电机的正常工作运行。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述：
图1为本发明所述总体结构示意图；
图2为本发明所述电机内部结构图；
图3为本发明所述电机转子与温度传感器安装位置示意图；
图4为本发明所述汇流环结构图；
图5为本发明所述电机端盖与电机定子外壳结构图；
图6为本发明所述输出电压随温度变化图；
图7为本发明所述温度算法流程图；
图中1、螺钉；2、轴承a；3、电机端盖；4、电机转子；5、汇流环a；6、汇流环b；7、电机定子外壳；8、轴承b；3-1、正极电源供电孔；3-2、负极电源供电孔；4-1、二硫化钼柔性材料温度传感器；4-2、钼锰电阻合金；4-3、导线；5-1、连接柱；5-2、汇流环外圈a；5-3、外圈电源正极a；5-4、汇流环外圈b；5-5、外圈电源负极b；5-6、汇流环内圈；5-7、内圈电源正极；5-8、内圈电源负极；7-1、电机定子绕组U；7-2、电机定子绕组V；7-3、电机定子绕组W；7-4、信号接收器。
具体实施方式：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图 1、图 2、图 3、图 4、图 5、图 6、图7所示，本发明具体实施方式采用以下技术方案：
所述的一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，该装置包括螺钉(1)，轴承a(2)，电机端盖(3)，电机转子(4)，汇流环a(5)，汇流环b(6)，电机定子外壳(7)，轴承b(8)；正极电源供电孔(3-1)，负极电源供电孔(3-2)；二硫化钼柔性材料温度传感器(4-1)，钼锰电阻合金(4-2)，导线(4-3)；连接杆(5-1)，汇流环外圈a(5-2)，外圈电源正极a(5-3)，汇流环外圈b(5-4)，外圈电源负极b(5-5)，汇流环内圈(5-6)，内圈电源正极(5-7)，内圈电源负极(5-8)；电机定子绕组U(7-1)，电机定子绕组V(7-2)，电机定子绕组W(7-3)，信号接收器(7-4)；其中，汇流环的安装方式以汇流环a(5)为例，将汇流环内圈(5-6)胶接在电机转子(4)一端上，汇流环外圈a(5-2)与汇流环外圈b(5-4)通过连接柱(5-1)连接在一起，并与汇流环内圈(5-6)间隙配合；汇流环b(6)以同样的方式安装在电机转子的另一端；二硫化钼柔性材料温度传感器(4-1)与钼锰电阻合金(4-2)均胶接在电机转子(4)上，其中钼锰电阻合金(4-2)与汇流环a(5)的内圈电源正极(5-7)导线连接，再与汇流环b(6)的内圈电源正极导线连接，汇流环b(6)的外圈电源正极与信号接收器(7-4)导线连接，信号接收器(7-4)再与汇流环b(6)的外圈电源负极导线连接，汇流环b(6)的内圈电源负极与二硫化钼柔性材料温度传感器(4-1)导线连接，二硫化钼柔性材料温度传感器(4-1)再与汇流环a(5)的内圈电源负极导线连接，形成电源闭合回路；电机端盖(3)与电机定子外壳(7)通过螺钉(1)连接；轴承a(2)与电机端盖(3)连接，并与电机转子(4)配合，轴承b(8)与电机定子外壳(7)连接，并与电机转子(4)配合；信号接收器(7-4)与电机定子外壳(7)锡焊焊接。
一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，本方法应用于高速电机转子温度检测领域：
一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，所述方法的具体实现过程为：
步骤一：制作二硫化钼柔性材料温度传感器温度-电压对应表：
将二硫化钼柔性材料温度传感器、钼锰电阻合金、汇流环a、汇流环b、信号接收器等用导线连接，为其提供稳定的直流电源；使用测温设备测量此时二硫化钼柔性材料温度传感器的温度与电压的线性对应关系，高速电机工作的温度区间为[t1，tx]，以a为温度间隔，将温度区间[t1，tx]等分为(tx-t1)/a份；测量出二硫化钼柔性材料温度传感器在每一个温度值下输出的电压值Vi，并通过信号放大器将电压值Vi放大m倍后，记为Vim，将Vim传到单片机中的模数转换器中，转换为数字量di，并将温度-电压对应的数据制表，如表1所示，输入到单片机的flash工作区中；
表1
温度 电压
t1 d1
t2 d2
t3 d3
... ...
ti di
步骤二：连接设备：
将汇流环a与汇流环b胶接在电机转子的两端，汇流环内外圈为间隙配合，汇流环内圈随着电机转子旋转，汇流环外圈保持静止；二硫化钼柔性材料温度传感器和钼锰电阻合金薄片均与电机转子胶接；其中将外接电源正负极通过电机端盖上的正极电源供电孔与负极电源供电孔后，与汇流环a的外圈上的电源正极和电源负极导线连接，钼锰电阻合金与汇流环a的内圈电源正极导线连接，再与汇流环b的内圈电源正极导线连接，汇流环b的外圈电源正极与信号接收器导线连接，信号接收器再与汇流环b的外圈电源负极导线连接，二硫化钼柔性材料温度传感器与汇流环b的内圈电源负极导线连接，再与汇流环a的内圈电源负极导线连接，形成闭环分压电路，信号接收器接收到二硫化钼柔性材料温度传感器因温度变化而引起的电压值的变化；
步骤三：查表确定电机转子温度：
电机工作后，电机转子转速较低，温度未发生变化时，会持续输出0.6v的电压值，表示此时的转子温度为20℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.5v时，表示此时电机转子的温度为30℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.2v时，表示此时电机转子的温度为60℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.4v时，表示此时电机转子的温度为40℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.3v时，表示此时电机转子的温度为50℃，当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.25v时，表示此时电机转子的温度为55℃；在检测电机转子温度时，二硫化钼柔性材料温度传感器会实时的向单片机中传输电压信号，当得到一个电压信号时，通过信号接收器中的信号放大器将电压信号放大m倍后记为Vim，再通过信号接收器中的单片机的模数转换器将Vim转换为数字量di，并在单片机的flash工作区中的温度-电压的对应表中进行查找，若di为温度-电压的对应表中已存在的数据值，则直接输出此时与di对应的温度值ti；
若di非表中已存在的数据值，则判断电压信号di所属的最小区间范围[di+1，di-1]，并查表得到与[di+1，di-1]对应的温度区间[ti+1，ti-1]；
Figure BDA0004177281610000091
提取区间端点值，[di+1、di-1、ti+1、ti-1]，通过公式(1)进行插值运算，得出当前电机转子的精确温度值ti。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于二硫化钼材料的高速电机转子温度检测方法，其特征在于：所述方法的具体实施过程为：
步骤一：制作二硫化钼柔性材料温度传感器温度-电压对应表：
将二硫化钼柔性材料温度传感器、钼锰电阻合金、汇流环a、汇流环b、信号接收器等用导线连接，为其提供稳定的直流电源；使用测温设备测量此时二硫化钼柔性材料温度传感器的温度与电压的线性对应关系，高速电机工作的温度区间为[t1，tx]，以a为温度间隔，将温度区间[t1，tx]等分为(tx-t1)/a份；测量出二硫化钼柔性材料温度传感器在每一个温度值下输出的电压值Vi，并通过信号放大器将电压值Vi放大m倍后，记为Vim，将Vim传到单片机中的模数转换器中，转换为数字量di，并将温度-电压对应的数据制表，输入到单片机的flash工作区中；
步骤二：连接设备：
将汇流环a与汇流环b胶接在电机转子的两端，汇流环内外圈为间隙配合，汇流环内圈随着电机转子旋转，汇流环外圈保持静止；二硫化钼柔性材料温度传感器和钼锰电阻合金均与电机转子胶接；其中将外接电源正负极通过电机端盖上的正极电源供电孔与负极电源供电孔后，与汇流环a的外圈上的电源正极和电源负极导线连接，钼锰电阻合金与汇流环a的内圈电源正极导线连接，再与汇流环b的内圈电源正极导线连接，汇流环b的外圈电源正极与信号接收器导线连接，信号接收器再与汇流环b的外圈电源负极导线连接，二硫化钼柔性材料温度传感器与汇流环b的内圈电源负极导线连接，再与汇流环a的内圈电源负极导线连接，形成闭合分压电路，信号接收器接收到二硫化钼柔性材料温度传感器因温度变化而引起的电压值的变化；
步骤三：查表确定电机转子温度：
电机工作后，电机转子转速较低，温度未发生变化时，会持续输出0.6v的电压值，表示此时的转子温度为20℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.5v时，表示此时电机转子的温度为30℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.2v时，表示此时电机转子的温度为60℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.4v时，表示此时电机转子的温度为40℃；当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.3v时，表示此时电机转子的温度为50℃，当二硫化钼柔性材料温度传感器受温度影响后向外输出的电压值变为0.25v时，表示此时电机转子的温度为55℃；在检测电机转子温度时，二硫化钼柔性材料温度传感器会实时的向单片机中传输电压信号，当得到一个电压信号时，通过信号接收器中的信号放大器将电压信号放大m倍后记为Vim，再通过信号接收器中的单片机的模数转换器将Vim转换为数字量di，并在单片机的flash工作区中的温度-电压的对应表中进行查找，若di为温度-电压的对应表中已存在的数据值，则直接输出此时与di对应的温度值ti；
若di非表中已存在的数据值，则判断电压信号di所属的最小区间范围[di+1，di-1]，并查表得到与[di+1，di-1]对应的温度区间[ti+1，ti-1]；
Figure FDA0004177281600000021
提取区间端点值，[di+1、di-1、ti+1、ti-1]，通过公式(1)进行插值运算，得出当前电机转子的精确温度值ti。
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