CN203616463U

CN203616463U - 电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置

Info

Publication number: CN203616463U
Application number: CN201320720260.7U
Authority: CN
Inventors: 阎秀恪; 彭志华; 张艳丽; 谢德馨; 白保东; 张殿海; 任自艳
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2023-11-15

Abstract

本实用新型涉及一种电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，主要由主磁路模块、压力测量模块、压力加载模块、信号检测模块、支撑模块构成，主磁路模块设置在支撑模块上，主磁路模块的外侧及上方设有压力测量模块和压力加载模块，信号检测模块设置在主磁路模块的中部。本实用新型既能测量单片电工钢片二维不同应力下的磁特性，又能测量叠片方向不同应力下的磁特性，实现了一机多用途，简化了装置结构，节约了制造成本。

Description

电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置

技术领域

本实用新型主要涉及一种电工钢片不同应力下的磁特性测量装置，特别是涉及一种电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置。

背景技术

电工钢片在不同的应力作用下其磁特性表征出来的结果是不一样的。目前科研工作者主要研究的是电工钢片在标准条件下的磁特性，很少考虑了不同应力对电工钢片磁特性的影响。但是电工钢片在实际应用过程中都会受到不同程度的挤压或者拉伸等外力作用。例如实际变压器在生产过程中对铁心电工钢片进行了捆绑、挤压等处理，电机铁心电工钢片也进行了冲压处理等。研究不同应力下磁性材料反应出来的不同磁特性对精细分析电气设备的损耗、温升等具有深远的意义。当下，研究电工钢片在不同方向外力作用下磁特性显得尤为重要。

目前考虑不同应力对电工钢片磁特性测量装置研究还属于起步阶段，在这方面的研究都还处在实验室阶段。国内在这方面还基本没有涉及，国外也只有考虑单个或者两个方向不同应力下的磁特性测量装置。既能测量单片电工钢片不同应力下的二维磁特性，又能测量叠片方向不同应力下的磁特性，目前还没有这样的装置。本实用新型装置既可以测量单片电工钢片不同应力下二维磁特性，又能测量多片电工钢片叠片方向不同应力下的磁特性，该装置在结构进行了创新，实现了一机多用途，既简化了装置结构，也节约了制造成本。

发明内容

发明目的

本实用新型提供了既可以测量单片电工钢片不同应力下二维磁特性，又能测量多片电工钢片叠片方向不同应力下的磁特性装置。其目的是克服以往技术的一些缺点在结构进行了创新，实现了一机多用途，既简化了装置结构，也节约了制造成本。

技术方案

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：主要由主磁路模块、压力测量模块、压力加载模块、信号检测模块、支撑模块构成，主磁路模块设置在支撑模块上，主磁路模块的外侧及上方设有压力测量模块和压力加载模块，信号检测模块设置在主磁路模块的中部。

主磁路模块由两个上下垂直的C型铁轭构成，即第一C型铁轭和第二C型铁轭，C型铁轭一端是可以活动的可移动铁轭，第一C型铁轭一端是第一可移动铁轭，第二C型铁轭一端是第二可移动铁轭，可移动铁轭由上下两块完全一样的低损耗晶体电工钢片叠制而成；第二C型铁轭的端口缠绕X方向上的励磁线圈，第一C型铁轭的端口缠绕Y方向上的励磁线圈；第一可移动铁轭上设有两个夹件，第一夹件和第二夹件，第二可移动铁轭上也设有两个夹件，第三夹件和第四夹件。

压力加载模块包括压力加载器、压力或拉力加载器、压力施加板，压力加载器设置在支撑台上方，第一压力或拉力加载器固定在第二夹件上、第二压力或拉力加载器固定在第四夹件上，第一压力施加板、第二压力施加板和第三压力施加板均设置在支撑台下方。

压力测量模块主要由压力测量器构成，第一压力测量器和第二压力测量器设置在支撑柱上；第三压力测量器设置在支撑台上。

信号检测模块为单片检测模块或叠片检测模块。

单片检测模块放置在两个C型铁轭和两个可移动铁轭中间，由四个线圈绕组组成，其中两个用来测量磁通密度的感应线圈为X方向磁通密度检测线圈和Y方向磁通密度检测线圈，另外两个用来测量磁场强度的感应线圈为X方向磁场强度检测线圈和Y方向磁场强度检测线圈；被测电工钢片放置在主磁路模块两个C型铁轭的缺口处，被测电工钢片中心区域等距离冲有四个圆孔，X方向磁通密度检测线圈和Y方向磁通密度检测线圈相互垂直穿过圆孔缠绕在被测电工钢片上；紧贴被测电工钢片的四个圆孔中心下方放置有支架板，X方向磁场强度检测线圈和Y方向磁场强度检测线圈相互垂直缠绕在支架板上。

叠片检测模块放置在两个C型铁轭和两个可移动铁轭中间，包括支架盒，支架盒的外面均匀的缠绕了两套绕组，用来测量磁通密度的绕组为磁通密度检测线圈和用来测量磁场强度的绕组为磁场强度检测线圈，支架盒里面放置有电工钢片叠片。

支撑模块包括支撑件，支撑柱，支撑台，底座，支撑架和升降器；四根支撑柱、四个支撑件固定在底座上，支撑架固定在四根支撑柱上，支撑台固定在四根支撑柱顶部；升降器固定在底座上面。

3、优点及效果：

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的主磁路装置中两条磁路相互独立，降低了两个磁路相互影响。

铁轭采用C型可移动的铁心结构，这种结构的优点在于：减少材料，节约成本，降低铁心重量，铁心只有与被测样片和外加压力（拉力）处有缝隙，这样减少了加工精度带来的测量误差，也减少了由于接缝产生的磁压降。

该装置能测量单片电工钢片二维不同应力下的磁特性，又能测量叠片方向不同应力下的磁特性，实现了一机多用途，简化了装置结构，节约了制造成本。

附图说明：

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为主磁路模块示意图；

图3为单片测量主磁路侧视图；

图4为磁通密度检测线圈结构示意图；

图5为磁场强度检测线圈结构示意图；

图6为叠片测量主磁路侧视图；

图7为叠片检测模块示意图；

图8为单片测量系统示意图；

图9为叠片测量系统示意图。

附图标记说明：

1、第一可移动铁轭，2、第二可移动铁轭，3、第一C型铁轭，4、第二C型铁轭，5、第一夹件，6、第二夹件，7、第三夹件，8、第四夹件，9、第一压力测量器，10、升降器，11、第三压力测量器 12、第一压力或拉力加载器，13、第二压力或拉力加载器，14、压力加载器，15、支撑柱，16、支撑台，17、支撑件，18、Y方向上的励磁线圈，19、第一压力施加板，20、第二压力测量器，21、X方向上的励磁线圈，22、Y方向上的励磁线圈，23、被测电工钢片，24、X方向磁通密度检测线圈，25、Y方向磁通密度检测线圈，26、X方向上的励磁线圈，27、第二压力施加板，28、磁场强度检测线圈，29、小孔，30、支架板，31、X方向磁场强度检测线圈，32、Y方向磁场强度检测线圈，33、电工钢片叠片，34、磁场强度检测线圈与磁通密度检测线圈，35、支架盒，36、磁通密度检测线圈，37、磁场强度检测线圈，38、第三压力施加板，39、底座，40、支撑架。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

本实用新型是一种电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，如图1中所示：主要由主磁路模块、压力测量模块、压力加载模块、信号检测模块、支撑模块构成，主磁路模块设置在支撑模块上，主磁路模块的外侧及上方设有压力测量模块和压力加载模块，信号检测模块设置在主磁路模块的中部。

主磁路模块由两个上下垂直的C型铁轭构成，两条磁路相互独立，减少了两个磁路的相互影响。C型铁轭一端是可以活动的，活动部分铁轭由上下两块完全一样的低损耗晶体电工钢片叠制而成，目的是用来夹紧被测电工钢片以便对其施加拉力，并且减少材料，节约成本，降低铁心重量，铁心只有与被测样片和外加压力（拉力）处有缝隙，这样减少了加工精度带来的测量误差，也减少了由于接缝产生的磁压降。在铁轭的端口缠绕着多匝细铜线，用来建立主磁场；两个C型铁轭其材料都是由同种低损耗晶体取向电工钢片叠制而成。

如图2中所示，主磁路模块由两个上下垂直的C型铁轭构成，即第一C型铁轭3和第二C型铁轭4，C型铁轭一端是可以活动的可移动铁轭，第一C型铁轭3一端是第一可移动铁轭1，第二C型铁轭4一端是第二可移动铁轭2，可移动铁轭由上下两块完全一样的低损耗晶体电工钢片叠制而成；第二C型铁轭4的端口缠绕X方向上的励磁线圈21、26，第一C型铁轭3的端口缠绕Y方向上的励磁线圈18、22；第一可移动铁轭1上设有两个夹件，第一夹件5和第二夹件6，第二可移动铁轭2上也设有两个夹件，第三夹件7和第四夹件8。主磁路模块通过支撑件17固定在底座39上。

压力加载模块包括压力加载器14、压力或拉力加载器、压力施加板，压力加载器14设置在支撑台16上方，第一压力或拉力加载器12固定在第二夹件6上、第二压力或拉力加载器13固定在第四夹件8上，第一压力施加板19、第二压力施加板27和第三压力施加板38均设置在支撑台16下方，第三压力施加板38是在第一压力施加板19的对面，第二压力施加板27与第一压力施加板19相邻。压力加载模块主要由电机或者空气压缩机等设备提供动力源使其带动铁轭或者其他部件对测量的电工钢片施加压力或者拉力。

压力测量模块主要由压力测量器构成，第一压力测量器9和第二压力测量器20设置在支撑柱15上；第三压力测量器11设置在支撑台16上，压力测量器主要作用是测量加载在电工钢片上的压力大小。

信号检测模块在测量单片电工钢片或叠片电工钢片时是两套不同的检测绕组组成；信号检测模块为单片检测模块或叠片检测模块，检测单片电工钢片时信号检测模块为单片检测模块，检测叠片电工钢片时信号检测模块为叠片检测模块。

如图3、图4和图5所示，单片检测模块放置在两个C型铁轭（第一C型铁轭3和第二C型铁轭4）和两个可移动铁轭（第一可移动铁轭1和第二可移动铁轭2）中间，由四个线圈绕组组成，其中两个用来测量磁通密度的感应线圈为X方向磁通密度检测线圈24和Y方向磁通密度检测线圈25，另外两个用来测量磁场强度的感应线圈为X方向磁场强度检测线圈31和Y方向磁场强度检测线圈32；被测电工钢片23放置在主磁路模块两个C型铁轭的缺口处，被测电工钢片23中心区域等距离冲有四个圆孔29，X方向磁通密度检测线圈24和Y方向磁通密度检测线圈25相互垂直穿过圆孔29缠绕在被测电工钢片23上；紧贴被测电工钢片23的四个圆孔29中心下方放置有支架板30，X方向磁场强度检测线圈31和Y方向磁场强度检测线圈32相互垂直缠绕在支架板30上。

如图6和图7所示，叠片检测模块放置在两个C型铁轭（第一C型铁轭3和第二C型铁轭4）和两个可移动铁轭（第一可移动铁轭1和第二可移动铁轭2）中间，包括支架盒35，支架盒35的外面均匀的缠绕了两套绕组，用来测量磁通密度的绕组为磁通密度检测线圈36和用来测量磁场强度的绕组为磁场强度检测线圈37，支架盒35里面放置有电工钢片叠片33。

支撑模块包括支撑件17、支撑柱15、支撑台16、底座39、支撑架40和升降器10；四根支撑柱15、四个支撑件17固定在底座39上，支撑架40固定在四根支撑柱15上，支撑台16固定在四根支撑柱15顶部，整个支撑模块对稳固其测量装置起到一个支撑的作用；升降器10直接固定在底座39上面。

如图8和图9所示，本实用新型这种电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置可对单片电工钢片或叠片电工钢片进行磁特性测量。

测量系统由计算机、数据采集模块、低通滤波模块、隔离放大模块、功率放大模块、隔离变压模块和上述磁特性测量装置构成，计算机连接数据采集模块，数据采集模块连接隔离放大模块和低通滤波模块，低通滤波模块连接功率放大模块，功率放大模块连接隔离变压模块，隔离变压模块通过信号检测模块连接隔离放大模块，信号检测模块连接主磁路模块，主磁路模块通过其上设置的压力加载模块和压力测量模块对被测电工钢片的磁特性进行测量。

信号检测模块在测量单片电工钢片和电工钢片叠片时是两套不同的检测绕组组成。

测量单片时，由四个线圈绕组组成，其中如图4两个用来测量磁通密度的感应线圈X方向磁通密度检测线圈24和Y方向磁通密度检测线圈25，另外如图5两个用来测量磁场强度的感应线圈X方向磁场强度检测线圈31和Y方向磁场强度检测线圈32。如图4所示被测电工钢片样片中心区域等距离冲有四个小圆孔，分别用两个单匝细铜线X方向磁通密度检测线圈24和Y方向磁通密度检测线圈25相互垂直穿过小孔缠绕在被测电工钢片23上，用来测量X方向和Y方向的磁通密度；用一个正方形小塑料板，用两个多匝细铜线X方向磁场强度检测线圈31和Y方向磁场强度检测线圈32相互垂直缠绕在支架板30上，将其紧贴着被测电工钢片样片四个圆孔中心下方放置，用来测量X方向和Y方向的磁场强度测量。

测量叠片时，如图7有一个单独长方体空心的支架盒35，该塑料盒的外面均匀的缠绕了两套绕组，一套是用来测量磁通密度的绕组磁通密度检测线圈36，另外一套是用来测量磁场强度的绕组磁场强度检测线圈37，塑料盒里面用来放置电工钢片叠片33。

使用本实用新型装置测量电工钢片不同应力下磁特性时的步骤如下：

1、单片电工钢片不同应力下磁特性测量：

（1）首先如图3所示将被测电工钢片23放入测量装置中，调节各夹件5、6 、7和8将电工钢片夹紧，调节压力加载器14，通过第一压力施加板19和第二压力施加板27加载一个向下的压力在电工钢片上，以便在加载水平方向拉力时电工钢片不会水平移动。首先通过压力或拉力加载器（第一压力或拉力加载器12和第二压力或拉力加载器13），在电工钢片上加一个任意方向给定的压力或拉力，加载力的大小由第一压力测量器9和第二压力测量器20自动测量出来。

（2）如图8所示，箭头方向代表信号流动方向，基于LabVIEW的计算机程序产生X方向和Y方向两路正弦电压信号，经过数据采集卡输出经低通滤波器滤除其信号中的高频噪声信号，经过功率放大器得到较大的励磁信号，经过隔离变压器将功率放大器和测量设备隔开，励磁信号A被加载到图2中X方向上的励磁线圈21与26上，励磁信号B被加载到Y方向上的励磁线圈18和22上，在被测电工钢片中产生周期变化的磁场。

（3）将图4中X方向磁通密度检测线圈24（线圈F）和Y方向磁通密度检测线圈25（线圈C）的信号以及图5中X方向磁场强度检测线圈31（线圈E）与Y方向磁场强度检测线圈32（线圈D）的信号通过隔离放大器放大然后送回数据采集卡，磁通密度波形通过与标准信号进行比较，然后对发出信号进行调节，直到误差达到设定0.5%范围内。然后测量该情况下的磁场强度波形，这样就得到一个磁滞回环。

（4）通过LabVIEW软件改变励磁电压的幅值大小，重复上述（1）-（3）过程，这样就得到一个磁滞回环族；因此就得到了电工钢片在该压力（或拉力）下的磁特性。

（5）调节压力或拉力加载器（第一压力或拉力加载器12和第二压力或拉力加载器13），施加一个不同的压力，重复上述（1）-（4）过程，就可以得到不同应力下电工钢片的磁特性。在整个测量过程中，激磁电压从小到大进行逐渐加载，直到样片达到深度饱和。

2、叠片电工钢片不同应力下磁特性测量：

（1）首先如图6所示将被测电工钢片叠片33放入测量装置中，调节压力加载器14，通过第一压力施加板19和第三压力施加板38加载一个向下的压力在电工钢片上，加载力的大小由第二压力测量器11自动测量出来。

（2）如图9所示，箭头方向代表信号流动方向，基于LabVIEW的计算机程序产生正弦电压信号，经过数据采集卡输出经低通滤波器滤除其信号中的高频噪声信号，经过功率放大器得到较大的励磁信号，经过隔离变压器将功率放大器和测量设备隔开，励磁信号G加载到图6中X方向上的励磁线圈21和26上，在被测电工钢片中产生周期变化的磁场。

（3）将图6中磁通密度检测线圈36（线圈H）以及磁场强度检测线圈37（线圈I）信号通过隔离放大器放大然后送回数据采集卡，磁通密度波形通过与标准信号进行比较，然后对发出信号进行调节，直到误差达到设定0.5%范围内。然后测量该情况下的磁场强度波形，这样就得到一个磁滞回环。

（5）调节压力加载器14，施加一个不同的压力，重复上述（1）-（4）过程，就可以得到不同应力下电工钢片的磁特性。在整个测量过程中，激磁电压从小到大进行逐渐加载，直到样片达到深度饱和。

本实用新型既能测量单片电工钢片二维不同应力下的磁特性，又能测量叠片方向不同应力下的磁特性，实现了一机多用途，简化了装置结构，节约了制造成本。

Claims

1.一种电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：主要由主磁路模块、压力测量模块、压力加载模块、信号检测模块、支撑模块构成，主磁路模块设置在支撑模块上，主磁路模块的外侧及上方设有压力测量模块和压力加载模块，信号检测模块设置在主磁路模块的中部。

2.根据权利要求1所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：主磁路模块由两个上下垂直的C型铁轭构成，即第一C型铁轭（3）和第二C型铁轭（4），C型铁轭一端是可以活动的可移动铁轭，第一C型铁轭（3）一端是第一可移动铁轭（1），第二C型铁轭（4）一端是第二可移动铁轭（2），可移动铁轭由上下两块完全一样的低损耗晶体电工钢片叠制而成；第二C型铁轭（4）的端口缠绕X方向上的励磁线圈（21、26），第一C型铁轭（3）的端口缠绕Y方向上的励磁线圈（18、22）；第一可移动铁轭（1）上设有两个夹件，第一夹件（5）和第二夹件（6），第二可移动铁轭（2）上也设有两个夹件，第三夹件（7）和第四夹件（8）。

3.根据权利要求1所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：压力加载模块包括压力加载器（14）、压力或拉力加载器、压力施加板，压力加载器（14）设置在支撑台（16）上方，第一压力或拉力加载器（12）固定在第二夹件（6）上、第二压力或拉力加载器（13）固定在第四夹件（8）上，第一压力施加板（19）、第二压力施加板（27）和第三压力施加板（38）均设置在支撑台（16）下方。

4.根据权利要求1所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：压力测量模块主要由压力测量器构成，第一压力测量器（9）和第二压力测量器（20）设置在支撑柱（15）上；第三压力测量器（11）设置在支撑台（16）上。

5.根据权利要求1所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：信号检测模块为单片检测模块或叠片检测模块。

6.根据权利要求5所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：单片检测模块放置在两个C型铁轭和两个可移动铁轭中间，由四个线圈绕组组成，其中两个用来测量磁通密度的感应线圈为X方向磁通密度检测线圈（24）和Y方向磁通密度检测线圈（25），另外两个（31、32）用来测量磁场强度的感应线圈为X方向磁场强度检测线圈（31）和Y方向磁场强度检测线圈（32）；被测电工钢片（23）放置在主磁路模块两个C型铁轭的缺口处，被测电工钢片（23）中心区域等距离冲有四个圆孔（29），X方向磁通密度检测线圈（24）和Y方向磁通密度检测线圈（25）相互垂直穿过圆孔（29）缠绕在被测电工钢片（23）上；紧贴被测电工钢片（23）的四个圆孔（29）中心下方放置有支架板（30），X方向磁场强度检测线圈（31）和Y方向磁场强度检测线圈（32）相互垂直缠绕在支架板（30）上。

7.根据权利要求5所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：叠片检测模块放置在两个C型铁轭和两个可移动铁轭中间，包括支架盒（35），支架盒（35）的外面均匀的缠绕了两套绕组，用来测量磁通密度的绕组为磁通密度检测线圈（36）和用来测量磁场强度的绕组为磁场强度检测线圈（37），支架盒（35）里面放置有电工钢片叠片（33）。

8.根据权利要求1所述的电工钢片及其组合结构不同应力方向的磁特性测量装置，其特征在于：支撑模块包括支撑件（17），支撑柱（15），支撑台（16），底座（39），支撑架（40）和升降器（10）；四根支撑柱（15）、四个支撑件（17）固定在底座（39）上，支撑架（40）固定在四根支撑柱（15）上，支撑台（16）固定在四根支撑柱（15）顶部；升降器（10）固定在底座（39）上面。