CN1385941A - 用于磁化和检测永磁发电机转子的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于磁化和检测永磁发电机转子的方法,包括如下步骤:(a)将转子安装在一可直线移动的升降轴上;(b)在转子的升降过程中,探测安装在升降轴上的转子的角度安装位置;(c)当在步骤(b)确定了转子的角度安装位置适当时,使转子直线移动至一对着一个磁化线圈的磁化位置,以使永磁铁材料磁化;(d)在进行磁化之后,当转子直线移动而导致永磁铁材料离开磁化线圈时,进行磁化检测;以及(e)将转子从升降轴上取下。

Description

用于磁化和检测永磁发电机转子的方法和装置

本发明涉及一种用于磁化永磁发电机转子的永磁材料并且可检测磁化适当性(propriety)的方法和装置。

在用于摩托车或类似物的小型内燃机中，已经广泛采用永磁铁型的交流(AC)发电机(也称之为永磁发电机或飞轮式永磁发电机)。这种发电机是这样布置的，即，将也作为一飞轮的转子固定于内燃发动机的曲轴，使固定于转子的永磁铁与定子相对地旋转，从而在定子线圈中感生电压。

永磁铁是用环形的磁铁材料(例如铝镍钴基磁铁、铁氧体基磁铁、稀土钴基磁铁或钕铁硼磁铁)制成的，磁铁材料固定粘接于转子，并由一磁化线圈磁化而形成一个具有特定磁极的永磁铁。即，磁化线圈缠绕在多个铁芯上，铁芯的数量对应于转子磁极的数量，并且这些对着磁铁材料的铁芯使材料磁化成为具有特定数量磁极的永磁铁。

迄今为止，在借助一专用装置(磁化器)进行磁化之后，需要使被磁化的发电转子高速旋转(就像把转子实际组装到发动机中那样)来检测磁化是否适当。也就是说，要为检测装置设置一个用于连接和脱开转子的升降装置、一个用于使转子高速(大约1500rpm)旋转的驱动装置和一个发电线圈。

通常在转子的外表面上设置一个用于设定点火时间的突起。例如，形成一个辊压(roll pressed)部分(也称作半工艺孔(half pierce))，使之从转子的内表面伸向转子的外表面，可借助一非常靠近地对着转子外表面的脉冲线圈来探测该突起，藉以确定点火时间。

在此情况下，必须精确地设定永磁铁磁极相对于点火时间探测突起的角度位置。因此，传统的检测装置必须设置用来探测点火时间的脉冲线圈、用于使转子旋转的驱动装置和发电线圈。

如上所述，传统的检测装置必须设置一升降装置、一旋转驱动装置、一发电线圈和一脉冲线圈，因而增大了尺寸并使结构变得复杂。此外，检测装置必须与磁化装置分开设置，因而在磁化和检测过程中必须将转子安装到不同的装置上，从而降低了工作效率。另外，需要很大的空间来设立这两个装置，从而提高了设立成本。

因此，本申请人已经建议了一种将磁化装置和检测装置集中在一个装置内的系统(例如，日本专利H10-222672)。该装置是这样布置的，即，磁化线圈配备有霍尔元件，可以在转子被磁化之后以低速旋转(例如3rpm)时测量磁通密度的分布(高斯值)，可以由磁通密度的分布(例如，霍尔元件的输出波形的截面积)来确定磁化是否适当。

当转子旋转时，可以借助一激光传感器来探测设置在转子外表面上的点火时间探测突起，该突起的位置是，当激光传感器对突起进行探测时，转子的旋转角度位置。因此，所建议的这种系统不但需要一用来使转子在连接和脱开位置以及磁化和检测位置之间升高和降低的升降装置，而且需要一用于使转子旋转的驱动装置，从而造成检测装置尺寸增大的问题。

有鉴于此，本发明的第一个目的在于，提供一种用于磁化和检测永磁发电机转子的方法，其中磁化和磁化检测可以在一个装置上进行，当检测磁化是否适当或转子的角度位置(例如，一点火时间检测突起的位置)时，无需使转子旋转，因而可以减小装置的尺寸，并减小装置的设定空间和安装成本。本发明的第二个目的在于，提供一种可以直接实施该方法的装置。

本发明的目的是这样实现的，一种用于磁化和检测其上安装有永磁铁材料的永磁发电机转子的方法，包括如下步骤：(a)将转子安装在一可直线移动的升降轴上；(b)在转子的升降过程中，探测安装在升降轴上的转子的角度安装位置；(c)当在步骤(b)确定了转子的角度安装位置适当时，使转子直线移动至一对着一个磁化线圈的磁化位置，以使永磁铁材料磁化；(d)在进行磁化之后，当转子直线移动而导致永磁铁材料离开磁化线圈时，进行磁化检测；以及(e)将转子从升降轴上取下。

为在步骤(b)探测到转子的角度位置，可以采用若干个接触型位移传感器，这些传感器在与形成在转子外表面上的点火时间探测突起接触时动作。就接触型位移传感器而言，可以采用具有差示变压器的电测微计，差示变压器可以将由于位移造成的电感变化转换成电动势。这些传感器是这样布置的，即，三个接触型位移传感器可确定突起的前、后端的角度位置及其高度是否落在可接受的范围内。

在步骤(d)的磁化检测步骤，根据缠绕在磁化线圈上的磁化检测线圈内所感生的电压来探测磁通数量(磁通密度、高斯值等)，从而确定磁化是否适当。也就是说，可以在转子的升降过程中探测到由于互联磁通数量的变化而导致的感生电压的变化。磁化检测也可以用其它方法进行。例如，可以对应于磁极设置例如霍尔元件之类的磁阻元件，可以根据这些磁阻元件在转子升降过程中沿向上和向下的方向与邻近的永磁铁相交时的输出信号的变化来确定磁化是否适当。

本发明的第二个目的是通过一种用于磁化和检测永磁发电机转子的装置来实现的，该转子具有一固定于其上的永磁铁材料，所述装置包括：一适于可拆卸地保持一转子的升降轴，该升降轴可随转子作直线移动；一用于使升降轴升降的升降控制部分；一用于确定安装在升降轴上的转子的角度安装位置是否适当的转子位置检测部分；一在转子的安装位置上与永磁铁材料相对的磁化线圈；一用于控制磁化线圈励磁电流的磁化电流控制部分；一缠绕在磁化线圈上的磁化检测线圈；一磁化检测部分，当转子移动离开磁化位置时，该检测部分可根据来自磁化检测线圈的感生电压输出信号来确定永磁铁材料磁化是否适当；以及一控制器，该控制器可根据转子位置检测部分和磁化检测部分的输出信号来控制升降控制部分和磁化电流控制部分。

按照如权利要求1所述的发明，磁化和磁化检测可以在一个装置上进行，由于转子的升降，可以检测其角度位置并确定磁化的适当性，无需使转子旋转。因此，可以减小装置的尺寸，并减小装置的设定空间和安装成本。

按照如权利要求4所述的发明，提供了一种可直接实施该方法的装置。

图1是根据本发明一实施例的磁化和检测装置的一个部分剖开的侧视图；

图2是上述装置的控制系统的方框示意图；

图3是一工作流程图；

图4示出了操作过程的第一半部分；以及

图5示出了操作过程的第二半部分。

在图1中，标号10表示一水平基座，标号12表示一从水平基座10垂直向下延伸的直立框架，标号14表示一连接于直立框架12下端的下框架。直立框架12垂直地固定于一导轨16，在该导轨上设有若干个供垂直移动的直线轴承18。直线轴承18固定于移动体20。

下框架14的底部附连有一气缸22。气缸22的推杆24穿过下框架14垂直向上突伸，并通过接头26连接于移动体20。水平基座10形成有一沿垂向位于气缸22上方的圆形窗口28。一升降轴30穿过窗口28。升降轴30的下端通过一夹紧金属件32固定于移动体20。

在水平基座10的上表面上固定有一直立地邻近于窗口28的线圈保持圆筒34。该线圈保持筒34具有一固定于水平底座10的下圆筒36，以及一固定于下圆筒36的引导圆筒38，可以用作升降轴30的引导装置。引导圆筒38上部固定于一磁化线圈40。在磁化线圈40上还缠绕了一磁化检测线圈42(见图2)。在下圆筒36和引导圆筒38内形成有冷却液通道，该通道可用作磁化线圈40、引导圆筒38等构件的冷却装置。

标号44表示一转子。该转子44包括一毂部48和一连接于毂部48的飞轮部50，前者可拆卸地安装于升降轴30顶部的一夹头部46，后者大致呈碗形。在飞轮部50的内表面上固定粘接了一个圆筒形的磁铁材料52。在飞轮部50的外表面上通过压制成形有一点火时间探测突起(半工艺孔)54。在毂部48中形成有一键槽，用于设定其相对于转子44的升降轴30的安装角，在夹头部46设置有一用于插入该键槽的连接键(未图示)。

因此，当用手把转子44安装到夹头部46上时，通过将连接键插入键槽，就可以将转子44沿其旋转方向的安装角设定为恒定不变。突起54形成在相对于键槽的特定角度范围内。

标号56(56a、56b和56c)是用于探测突起54的位置和高度的接触型位移传感器。也就是说，在安装在升降轴30上的转子44升降的过程中，突起54与这些传感器56接触，突起54两端的位置可以由传感器56a、56b探测到，而其高度可以由传感器56c探测到。这些传感器56可以确定突起54的位置和高度是否落在可接受的范围内。之所以要检测突起的高度是否落在可接受的范围内是因为这会对脉冲线圈的输出电压有影响。

对接触型位移传感器56而言，可以采用诸如电测微计之类的接触型直线位移传感器，该传感器利用例如差示变压器(differential transformer)的原理，可将因位移所造成的电感变化转换成作为输出信号的电动势。在此，若转子44的飞轮部50和毂部48是通过均匀间隔的三个铆钉相互连接的，则飞轮部50和毂部48可能不正确地错开120度连接。若将这样一个转子44安装到升降轴30的夹头部46上，突起54的角度也要改变120度，从而使突起54会与接触型位移传感  56不正确地接触，导致传感器56损坏。

为了避免发生这样的错误，在每个接触型位移传感器56的上方设置了另外一个微动开关，突起54可以首先由这些微动开关探测到。也就是说，这些微动开关可以探测到突起54的大致位置，以确认飞轮部50和毂部48联接正确，随后使突起54与接触型直线位移传感器56接触以精确地探测突起54的位置。

下面将结合图2来描述该磁化和检测装置的控制系统。标号60是一个转子位置检测部分，在此可以测定转子44是否以角度对准的方式安装在升降轴30上。在检测部分60中，可测定突起54是否形成在相应于毂部48之键槽的位置上。此外，还可测定突起54的高度是否适当。将测定的结果传送至一控制器62。

标号64表示一磁化检测部分，在此可以确定是否借助一磁化线圈40进行正确的磁化。也就是说，在转子44被磁化之后升高的过程中，通过磁化检测线圈42中的感生电压可以探测到磁通密度，进而确定磁通密度是否适当。将确定的结果传送至控制器62。

标号66表示一磁化电流控制部分，在此可根据控制器62的指令对来自于一直流(DC)电源68的直流电进行控制，以传送至磁化线圈40。标号70表示一升降控制部分，在此可根据控制器62的指令对气缸22进行控制，以使升降轴30升高和降低。

下面将结合图3-5来描述该装置的操作情况。首先，控制器62使升降轴30升到一最高位置(转子安装位置P1)(图3中的步骤S100)，在此状况下，用手将转子44安装在夹头部46上(步骤S102和图4(A))。这时，如前所述，毂部48中的键槽与夹头部46上的连接键相配合。

控制器62使升降轴30降低至一测量位置P2(步骤S104和图4(B))。这时，转子44的突起54(半工艺孔)与传感器56的末端相接触。传感器56的输出信号被传送至转子位置检测部分60。在那里，确定突起56的前端和后端及其高度是否落在可接受的范围内。如果确定的结果是适当的，则控制器62将升降轴30进一步地降低至一磁化位置P3(图4(C))。在该位置上，磁化线圈40靠近转子内侧的磁铁材料52，并与该磁铁材料相对。

控制器62对磁化电流控制部分66发出磁化开始的指令，从而使磁化线圈40通电励磁。由磁化线圈40所产生的磁通使转子44的永磁铁材料52磁化成用于特定角度的特定磁极(步骤S110)。

当磁化完成时，控制器62将升降轴30升高至转子安装位置P1。此时，磁化检测线圈42的互联的磁通数量发生变化，在线圈42中感生出电压。磁化检测部分64可由感生电压的大小和变化确定磁化是否适度(步骤S112和图4(D))。

如果磁化适当，控制器62使一工件排放板72前进至转子44下方(步骤S114和图5(E))。在此状况下，若将升降轴30降低，就可以将升降轴30从转子44中抽出，转子44将留在排放板72上(步骤116和图5(E))。在排放板72的横向设置有一排放杆74，该排放杆可将转子推到一输送器76上，并使排放板72从升降轴30上方的位置回到旁边(步骤S118)。接着，升降轴30返回初始位置(即转子安装位置P1)，以便安装下一个待磁化的转子，前述过程反复进行。

如果突起54的位置或高度异常，或者如果通过磁化检测确定磁化没有正确地进行，则控制器62最好是能指出异常情况的类型或发出警告。还有，最好是将异常的转子排放到一特别位置，而不是正常转子的位置。

Claims (5)

1.一种用于磁化和检测在其上安装有永磁材料的永磁发电机转子的方法，包括如下步骤：

(a)将转子安装在一可直线移动的升降轴上；

(b)在转子的升降过程中，探测安装在升降轴上的转子的角度安装位置；

(c)当在所述步骤(b)确定了转子的角度安装位置适当时，使转子直线移动至一对着一个磁化线圈的磁化位置，以使永磁铁材料磁化；

(d)在进行磁化之后，当转子直线移动而导致所述永磁铁材料离开所述磁化线圈时，进行磁化检测；以及

(e)将所述转子从所述升降轴上取下。

2.如权利要求1所述的用于磁化和检测永磁发电机转子的方法，其特征在于，在所述步骤(b)，通过若干个接触型位移传感器来探测形成在转子外表面上的点火时间探测突起的位置。

3.如权利要求1或2所述的用于磁化和检测永磁发电机转子的方法，其特征在于，在所述步骤(d)的磁化检测步骤，根据缠绕在磁化线圈上的磁化检测线圈内所感生的电压来探测磁通数量，从而确定磁化的适当性。

4.一种用于磁化和检测永磁发电机转子的装置，该转子具有一固定于其上的永磁铁材料，所述装置包括：一适于可拆卸地保持一转子的升降轴，该升降轴可随所述转子作直线移动；一用于使所述升降轴升降的升降控制部分；一用于确定安装在升降轴上的转子的角度安装位置是否适当的转子位置检测部分；一在转子的安装位置上与永磁铁材料相对的磁化线圈；一用于控制磁化线圈励磁电流的磁化电流控制部分；一缠绕在磁化线圈上的磁化检测线圈；一磁化检测部分，当转子移动离开磁化位置时，该检测部分可根据来自磁化检测线圈的感生电压输出信号来确定永磁铁材料磁化是否适当；以及一控制器，该控制器可根据转子位置检测部分和磁化检测部分的输出信号来控制升降控制部分和磁化电流控制部分。

5.如权利要求4所述的用于磁化和检测永磁发电机转子的装置，其特征在于，所述转子位置检测部分可根据来自于接触型位移传感器的输出信号来确定转子位置是否适当，所述传感器可探测从转子外表面突伸的点火时间探测突起的位置。

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