一种永磁体涡流损耗的测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种永磁体涡流损耗的测量系统及方法，该系统包括检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元，所述检测装置包括两个正对的U型磁芯、在U型磁芯的磁极上缠绕的激磁绕组、用于固定磁芯的磁芯固定支架、位置固定支架、底部支撑台和样品固定支架，所述磁芯固定支架上部设有与磁芯形状相匹配的凹槽，缠绕激磁绕组后的磁芯恰好能固定在该凹槽内，磁芯固定支架的下部设有滑动槽；在两个正对的U型磁芯之间的底部支撑台上固定样品固定支架；多个激磁绕组串联后通过功率放大器连接数字信号处理单元。本发明专利技术能够模拟电机磁场的实际运行情况，精确反映永磁体整体的损耗情况，重复性好。

A measuring system and method for eddy current loss of permanent magnet

The present invention relates to a measurement system and method for eddy current loss of permanent magnet. The system includes a detection device, a power amplifier, a differential amplifier circuit and a digital signal processing unit. The detection device includes two positive U-cores, a magnetic excitation winding wound on the magnetic pole of the U-cores, and a magnetic core fixed for the fixed core. Fixed bracket, position fixing bracket, bottom supporting platform and sample fixing bracket. The upper part of the core fixing bracket is provided with a groove matching the shape of the core. The magnetic core after winding excitation winding can be exactly fixed in the groove, and the lower part of the core fixing bracket is provided with a sliding groove; the bottom bracket between the two U-shaped magnetic cores is positively connected. The sample fixing bracket is fixed on the bracket, and the digital signal processing unit is connected by a power amplifier after several excitation windings are connected in series. The invention can simulate the actual operation of the magnetic field of the motor, accurately reflect the overall loss of the permanent magnet, and has good repeatability.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁体涡流损耗的测量系统及方法
本专利技术涉及一种新型的涡流损耗检测装置，具体涉及一种永磁体涡流损耗的测量系统及方法。
技术介绍
目前对于永磁体涡流损耗检测的装置的研究还处于空白阶段，由于永磁体在发热的条件下会产生退磁，而永磁电机中的永磁体的发热现象是制约电机稳定运行的关键因素。Y.Aoyama等人(Y.Aoyama,K.MiyataandK.Ohashi,"SimulationsandexperimentsoneddycurrentinNd-Fe-Bmagnet,"IEEETrans.Magnetics,vol.10,pp.3790-3792,2005.)提出利用热电阻测试永磁体处在外加激磁条件下的温升变化，来推算出其损耗，但是热电偶只能反映某一点的热效应，而涡流的分布是不均匀的，热分布随测试位置的不同而有很大的不同。永磁体的损耗计算是基于整体的平均效应，某一点的温升测量无法反映出整体的效应，另外温升测试出的结果会随测试环境的不同，会有很大的误差。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种永磁体涡流损耗的测量系统及方法。该测量系统针对永磁体这种硬磁材料进行设计，能够模拟电机的磁场的实际运行情况，并且测试出的结果精确的反映永磁体整体的损耗情况，而且在室温的测试环境下，测试结果可重复；该测量方法通过磁轭对永磁体样品进行激磁处理，使待测样品处于横向交变磁场中，然后通过缠绕在样品表面的B线圈和每个磁极上两个样品中间的H线圈，采集样品的B信号和表面H信号，经过数字信号处理过程生成样品的B-H曲线，从而得到样品的涡流特性。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种永磁体涡流损耗的测量系统，其特征在于该系统包括检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元，所述检测装置包括两个正对的U型磁芯、在U型磁芯的磁极上缠绕的激磁绕组、用于固定磁芯的磁芯固定支架、位置固定支架、底部支撑台和样品固定支架，所述磁芯固定支架上部设有与磁芯形状相匹配的凹槽，缠绕激磁绕组后的磁芯恰好能固定在该凹槽内，一个磁芯固定支架上固定一个磁芯，磁芯固定支架的下部设有滑动槽，该滑动槽与底部支撑台上的滑条相配合，能使磁芯固定支架沿滑条在底部支撑台上来回滑动；在磁芯固定支架侧边底部上安装位置固定支架，通过位置固定支架使相应磁芯固定支架固定在底部支撑台的特定位置；在两个正对的U型磁芯之间的底部支撑台上固定样品固定支架，所述样品固定支架上与磁芯的两个磁极相对的位置上均设有两个用于安放待测样品的孔洞，四个孔洞呈上下左右对称布置，四个待测样品上至少有一个缠绕B信号传感线圈；所述激磁绕组的数量为偶数个，呈对称布置在两个磁芯上，所有激磁绕组逐个串联；多个激磁绕组串联后通过功率放大器连接数字信号处理单元，待测样品上的B信号传感线圈和H信号传感线圈通过差分放大电路连接数字信号处理单元。一种永磁体涡流损耗的测量方法，该方法使用上述的测量系统，包括以下步骤：步骤一：根据不同的频率需要选择某种激磁绕组的连接形式；步骤二：在待测样品上缠绕B信号传感线圈，在位于该待测样品附近的上下两个孔洞之间的样品固定支架上安装H信号传感线圈，然后将四个待测样品安装在样品固定支架上，将样品固定支架放置两个磁芯之间，调节两个磁芯之间的距离，使两个磁芯与待测样品紧密接触；再通过位置固定支架利用螺丝固定磁芯的位置，夹紧待测样品；步骤三：待测样品安装完成且固定磁芯的位置后，B信号传感线圈、H信号传感线圈连接差分放大电路；数字信号处理单元输出给定频率的激磁信号经功率放大器加载到激磁绕组上，两个磁芯在待测样品上施加横向的交变磁场；步骤四：通过B信号传感线圈、H信号传感线圈获得B线圈的电压值和H线圈的电压值，计算出待测样品中的磁通密度和磁场强度，形成B-H曲线；步骤五：通过对第四步所获得的B-H曲线的分析计算，得出永磁体涡流损耗值。本专利技术填补了永磁体涡流损耗测量的空白，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术测量系统中待测样品放在两个磁芯中间，每一对磁极中间对称放置两个，这样两个待测样品中间区域可以形成相对均匀的磁场，测试此处磁场H值，就能代表永磁体表面的磁场H值。传统待测样品磁场的H是用紧贴样品表面的线圈来测试，而这样的测试线圈永远无法零距离贴近样品，会产生相应的测试误差。本装置的测试方法可以准确的测试出待测样品表面的磁场H。2)本专利技术测量系统中通过左右滑动磁芯固定支架可以将样品夹紧、通过调节两个磁芯之间的宽度以适应不同尺寸样品。该系统结构单一，磁路清晰合理，磁芯制作加工简单，测试装置组装简单合理，大大提高的推广使用效率。3)本专利技术测量系统中检测装置的结构尺寸经由有限元仿真优化后得以确定，在不失测试精确性的前提下，装置结构尺寸小，能达到更高的测试频率。4)本专利技术中磁芯材料选用高频下具有高饱和磁密、高起始磁导率、低磁芯损耗、耐热性和耐磨性好的Fe-M-V系纳米晶材料，相比于普通的硅钢片，能够提高激磁频率和激磁磁密。在不失测试精确性的前提下，激磁频率可以达到50KHZ，可以准确地得到样品在中高频激磁情况下的涡流特性。选择纳米晶带材用量少，磁路结构对称性高，使其具有磁路损耗相对较小，高频下震动较小，磁场对称性较高等优点。磁芯由纳米晶带材绕制切割，经过退火、浸漆等工艺，提高了磁芯的机械性能，同时对切割面进行绝缘处理，避免了层间涡流的产生，提高了测量精度。激磁绕组由铜箔线绕制而成，相比于普通漆包线，铜箔线在高频下损耗小，不会产生严重的发热影响测量结果，确保在频率较高的情况下，损耗的合理性。5)本专利技术测量方法中，外部激磁信号灵活，可以通过数字信号处理单元给出不同形式的激磁信号，能模拟永磁电机的真实谐波激磁，测试贴近实际工况情况下的永磁体的涡流损耗，通过数字信号处理单元和差分放大电路输出的检测信号能实时计算出涡流损耗值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术测量系统示意图。图2是本专利技术检测装置立体结构示意图。图3是本专利技术样品支架和样品示意图。附图标记说明：1、激磁绕组，2、磁芯，3、磁芯固定支架，4、检测装置，5、位置固定支架，6、底部支撑台，7、滑条，8、样品固定支架，9、待测样品，10、功率放大器，11、数字信号处理单元，12、差分放大电路。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1、2和3所示，本专利技术永磁体涡流损耗的测量系统，包括检测装置4、功率放大器10、差分放大电路12以及数字信号处理单元11，所述检测装置4包括两个正对的U型磁芯2、在U型磁芯的磁极上缠绕的激磁绕组1、用于固定磁芯的磁芯固定支架3、位置固定支架5、底部支撑台6和样品固定支架8，所述磁芯固定支架3上部设有与磁芯形状相匹配的凹槽，缠绕激磁绕组后的磁芯恰好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁体涡流损耗的测量系统，其特征在于该系统包括检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元，所述检测装置包括两个正对的U型磁芯、在U型磁芯的磁极上缠绕的激磁绕组、用于固定磁芯的磁芯固定支架、位置固定支架、底部支撑台和样品固定支架，所述磁芯固定支架上部设有与磁芯形状相匹配的凹槽，缠绕激磁绕组后的磁芯恰好能固定在该凹槽内，一个磁芯固定支架上固定一个磁芯，磁芯固定支架的下部设有滑动槽，该滑动槽与底部支撑台上的滑条相配合，能使磁芯固定支架沿滑条在底部支撑台上来回滑动；在磁芯固定支架侧边底部上安装位置固定支架，通过位置固定支架使相应磁芯固定支架固定在底部支撑台的特定位置；在两个正对的U型磁芯之间的底部支撑台上固定样品固定支架，所述样品固定支架上与磁芯的两个磁极相对的位置上均设有两个用于安放待测样品的孔洞，四个孔洞呈上下左右对称布置，四个待测样品上至少有一个缠绕B信号传感线圈；所述激磁绕组的数量为偶数个，呈对称布置在两个磁芯上，所有激磁绕组逐个串联；多个激磁绕组串联后通过功率放大器连接数字信号处理单元，待测样品上的B信号传感线圈和H信号传感线圈通过差分放大电路连接数字信号处理单元。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁体涡流损耗的测量系统，其特征在于该系统包括检测装置、功率放大器、差分放大电路以及数字信号处理单元，所述检测装置包括两个正对的U型磁芯、在U型磁芯的磁极上缠绕的激磁绕组、用于固定磁芯的磁芯固定支架、位置固定支架、底部支撑台和样品固定支架，所述磁芯固定支架上部设有与磁芯形状相匹配的凹槽，缠绕激磁绕组后的磁芯恰好能固定在该凹槽内，一个磁芯固定支架上固定一个磁芯，磁芯固定支架的下部设有滑动槽，该滑动槽与底部支撑台上的滑条相配合，能使磁芯固定支架沿滑条在底部支撑台上来回滑动；在磁芯固定支架侧边底部上安装位置固定支架，通过位置固定支架使相应磁芯固定支架固定在底部支撑台的特定位置；在两个正对的U型磁芯之间的底部支撑台上固定样品固定支架，所述样品固定支架上与磁芯的两个磁极相对的位置上均设有两个用于安放待测样品的孔洞，四个孔洞呈上下左右对称布置，四个待测样品上至少有一个缠绕B信号传感线圈；所述激磁绕组的数量为偶数个，呈对称布置在两个磁芯上，所有激磁绕组逐个串联；多个激磁绕组串联后通过功率放大器连接数字信号处理单元，待测样品上的B信号传感线圈和H信号传感线圈通过差分放大电路连接数字信号处理单元。2.根据权利要求1所述的永磁体涡流损耗的测量系统，其特征在于在缠绕有B信号传感线圈的待测样品附近的样品固定支架上安装H信号传感线圈。3.根据权利要求1所述的永磁体涡流损耗的测量系统，其特征在于所述磁芯由纳米晶带材绕制切割而成，两个磁芯的形状尺寸、制作工艺以及磁芯装配方式和样品安装方式完全相同。4.根据权利要求1所述的永磁体涡流损耗的测量系统，其特征在于每个激磁绕组均包括第一层绕组、第二层绕组和第三层绕组，每层绕组匝数不同，匝数数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永建，姜宝林，张长庚，于欣然，岳帅超，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12