一種實時測量永磁電機轉子磁場的方法技術

本發明專利技術屬于磁場測量的技術領域，特別涉及一種實時測量永磁電機轉子磁場的方法。在永磁電機轉子上被測位置開槽，并在槽內安放測量磁場的霍爾元件；霍爾元件輸入輸出信號總線經轉軸的中心鉆孔引出，與滑環相連接，實現信號線的動靜轉換；其中，輸入輸出信號總線的正負極信號線分別與直流電源的正負兩極連接，信號線上的開關控制電源的開通和關斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負極信號線同時連接到數字示波器的輸入端，從而測出轉子磁場數據。本發明專利技術解決了轉子磁場的實時監測問題，利用該方法可以測得永磁電機起動過程、穩態運行及非正常運行等情況下的轉子側永磁體表面磁場，用于監視永磁體的退磁情況。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于磁場測量的
，特別涉及。
技術介紹
永磁同步電機作為節能電機應用日益廣泛，但也面臨著永磁體退磁這一主要問 題。在實際的生產應用過程中，永磁材料容易因溫度、振動、時效、退磁磁場等多種外界因素 退磁，其中，退磁磁場引起的退磁既與永磁電機磁路結構有關又與運行狀態有關。如短路故 障下永磁電機容易因較大的電樞去磁磁場產生退磁。對于自起動永磁同步電機，其起動過 程中的電樞磁場相對轉子旋轉，當電樞磁場與永磁磁場方向相反時，電樞磁場對永磁體的 去磁作用較嚴重。嚴重的永磁體退磁使得永磁電機勵磁電動勢下降，影響電機運行性能，甚至不能 正常工作。因此，有必要實時監測運行過程中的轉子磁場，以便采取保護措施防止永磁體退 磁。現有文獻中的時步有限元計算方法雖然能仿真電機的運行過程，但計及的因素并不能 完全等同于電機的實際運行工況，因此需要進一步對電機實際工況中的退磁磁場進行實驗 研究。目前，針對靜止狀態物體的磁場測量技術已逐漸成熟，例如輸電導線周圍磁場的 測量，微型磁體的多點測量等。這些測量技術主要是被測物體固定，調整測量元件位置，或 者是磁場測量元件固定，改變被測物體位置。而為了實現永磁電機轉子磁場的實時測量，則 需要測量元件與被測物體同步旋轉。由于電機結構各異，研究成套的動態測量設備，成本過 高，難以形成規格。因此研究快速、實用的轉子磁場測量方法就非常重要。
技術實現思路
本專利技術針對旋轉轉子的磁場測量，提供了一種實時測量永磁電機轉子磁場的方 法，解決了轉子磁場的實時測量問題，實現了永磁電機轉子退磁磁場的實時檢測，為進一步 設計高抗退磁能力的新結構永磁電機提供了參考。本專利技術采用的技術方案為( I)在永磁電機轉子上被測位置開槽，并在槽內安放測量磁場的霍爾元件；(2)霍爾元件輸入輸出信號總線經轉軸的中心鉆孔引出，與滑環相連接，實現信號 線的動靜轉換；其中，輸入輸出信號總線的正負極信號線分別與直流電源的正負兩極連接， 信號線上的開關控制電源的開通和關斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負極信號線 同時連接到數字示波器的輸入端，從而測出轉子磁場數據。所述霍爾元件為適合做高斯計探頭的線性霍爾元件，其工作電源為直流源，輸出 電壓與測量磁場成線性比例關系，工作溫度高；且其具有量程寬的特點，能夠準確測量動態 的中強磁場。所述安放霍爾元件的槽，其尺寸剛好容納霍爾元件，以減小開槽對轉子磁路的影響，并用絕緣紙板固定。所述滑環為水銀滑環。水銀滑環是以水銀為流體介質的一種導電旋轉接頭，利用 水銀導電傳遞實現信號線的動靜轉換，相比于傳統的電滑環，其優點在于轉動的時候無磨 損，壽命長。所述數字示波器通過USB接口同計算機連接，實現霍爾輸出電壓信號數據的實時 采集、存儲和處理。本專利技術的技術特點是(I)測量磁場用的霍爾元件安放在轉子被測位置，可以與轉子一同旋轉。(2)利用水銀滑環實現了霍爾輸入輸出信號線的動靜轉換。(3)解決了永磁電機轉子磁場的實時監測問題，能夠快速、實時地測得永磁電機起 動過程、穩態運行及非正常運行等情況下的轉子磁場。附圖說明圖1為實施例1中自起動永磁同步電機實心轉子一對極的截面示意圖。圖2為實施例1中安裝了兩個霍爾元件的永磁體的軸向剖面示意圖。圖3為實時測量轉子側永磁體表面磁場方法的不意圖。圖4為實施例1中永磁電機起動過程中同一永磁體1-1位置磁場測量波形。圖5為實施例1中永磁電機起動過程中同一永磁體1-2位置磁場測量波形。圖6為實施例2中自起動永磁同步電機實心轉子一對極的截面示意圖。圖7為實施例2中兩個同時安裝了霍爾元件的永磁體的軸向剖面示意圖。圖8為實施例2中永磁電機起動過程中不同永磁體1-3位置磁場測量波形。圖9為實施例2中永磁電機起動過程中不同永磁體1-4位置磁場測量波形。圖10為實施例3中永磁電機穩態運行時同一永磁體1_1、1-2不同位置磁場測量 波形。圖11為實施例4中永磁電機穩態運行時不同永磁體1-3、1-4位置磁場測量波形。附圖標記1-霍爾元件，2-轉軸，3-水銀滑環，4-數字示波器，5-轉子，6_霍爾輸入電 源正極信號線，7-霍爾元件輸出信號線，8-霍爾輸入電源負極信號線，678 -霍爾元件 輸入輸出信號總線，9-開關，10-直流電源，11-永磁體，12-霍爾槽，13-起動導條。具體實施方式本專利技術提供了，下面結合附圖和具體實施 方式對本專利技術做進一步說明。該方法具體分為兩步( I)在永磁電機轉子5上被測位置開槽，并在槽內安放測量磁場的霍爾元件I ;(2)霍爾元件輸入輸出信號總線678經轉軸2的中心鉆孔引出，與水銀滑環3相 連接，實現信號線的動靜轉換；其中，霍爾元件輸入輸出信號總線678的霍爾輸入電源正極 信號線6和霍爾輸入電源負極信號線8分別與直流電源10的正負兩極連接，信號線上的開 關9控制直流電源10的開通和關斷；霍爾元件輸出信號線7與直流電源10的負極信號線同時連接到數字示波器4的輸入端，從而測出轉子磁場數據。下面通過一臺22kW自起動永磁同步電機轉子側永磁體表面磁場的實時測量,對 本專利技術做進一步說明。實施例1以22kW、4對極自起動永磁同步電機為例,其轉子一對極截面圖如圖1所示。永磁 體11位于轉子5內部，為內置切向式轉子磁路結構。為實時測量永磁體磁場，在被測永磁體一側，開一狹窄的安放霍爾元件的霍爾槽 12。首先為固定霍爾，裁取不導電的絕緣紙板條，將霍爾嵌置在絕緣紙板條中。同時為測量 同一永磁體不同位置磁場信號，可在絕緣紙板條中根據需要嵌置一定數量的霍爾元件，這 里以嵌置兩個為例。將帶有霍爾元件的絕緣紙板條塞入轉子開的霍爾槽中，使霍爾元件緊 貼永磁體，隨轉子一起旋轉，圖2為安裝了兩個霍爾元件的永磁體的軸向剖面圖，其中1-1、1-2分別為兩個霍爾元件的安裝位置。圖3為實時測量轉子側永磁體表面磁場方法的示意 圖，霍爾元件工作時，直流電源開通，霍爾輸入輸出信號線經轉軸2的中心鉆孔引出，并與 水銀滑環3相連，實現信號線的動靜轉換。永磁同步電機的電樞繞組通電起動,轉子轉速從零初始速度逐漸加速到同步速， 隨轉子一起旋轉的線性霍爾元件I輸出電壓信號，并經數字示波器4采集、數據處理，得到 起動過程中同一永磁體表面1-1、1_2處的磁密數據，分別如圖4、圖5所示。可以看出，在永 磁電機起動過程中，電樞磁場相對轉子旋轉，當電樞磁場與永磁磁場方向相反時，永磁體表 面磁密波形出現較低點，穩定運行以后，永磁體磁密基本保持不變。通過測量結果可知，本 專利技術提供的，能夠快速、實時地測量起動過程中同 一永磁體不同位置磁場，以便監視同一永磁體不同位置的退磁情況。實施例2仍以22kW、4對極永磁同步電機為例，與實施例1的區別在于被測永磁體位置的選 取。實施例1實時測量的是同一永磁體的不同位置的磁場，而本實施例則對不同永磁體進 行測量。為實時測量不同永磁體磁場，在不同永磁體處，這里選用兩個永磁體進行測量，各 開一狹窄的安放霍爾元件的霍爾槽12，如圖6所示。裁取兩條絕緣紙板條，各自嵌置一個霍 爾元件1，分別塞入轉子開的兩個霍爾槽12中，使霍爾元件I緊貼永磁體11，圖7為兩個同 時安裝了霍爾元件的永磁體的軸向剖面圖，1-3、1-4分別為兩個永磁體側霍爾元件安裝的 位置。磁場測量方法仍如圖3所示。永磁同步電機的電樞繞組通電起動,轉子轉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實時測量永磁電機轉子磁場的方法，其特征在于，在永磁電機轉子上被測位置開槽，并在槽內安放測量磁場的霍爾元件；霍爾元件輸入輸出信號總線經轉軸的中心鉆孔引出，與滑環相連接，實現信號線的動靜轉換；其中，輸入輸出信號總線的正負極信號線分別與直流電源的正負兩極連接，信號線上的開關控制電源的開通和關斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負極信號線同時連接到數字示波器的輸入端，從而測出轉子磁場數據。

【技術特征摘要】
1.一種實時測量永磁電機轉子磁場的方法，其特征在于， 在永磁電機轉子上被測位置開槽，并在槽內安放測量磁場的霍爾元件； 霍爾元件輸入輸出信號總線經轉軸的中心鉆孔引出，與滑環相連接，實現信號線的動靜轉換；其中，輸入輸出信號總線的正負極信號線分別與直流電源的正負兩極連接，信號線上的開關控制電源的開通和關斷；霍爾元件的輸出信號線與直流電源的負極信號線同時連接到數字示波器的輸入端，從而測出轉子磁場數據。2.根據權利要求1所述的一種實時測量永磁電機轉子磁場的方法，其特征在于，所述霍...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧偉甫，趙海森，羅應立，張偉華，宋天心，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：