[发明专利]一种实时测量永磁电机转子磁场的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁场测量的技术领域，特别涉及一种实时测量永磁电机转子磁场的方法。

背景技术

永磁同步电机作为节能电机应用日益广泛，但也面临着永磁体退磁这一主要问题。在实际的生产应用过程中，永磁材料容易因温度、振动、时效、退磁磁场等多种外界因素退磁，其中，退磁磁场引起的退磁既与永磁电机磁路结构有关又与运行状态有关。如短路故障下永磁电机容易因较大的电枢去磁磁场产生退磁。对于自起动永磁同步电机，其起动过程中的电枢磁场相对转子旋转，当电枢磁场与永磁磁场方向相反时，电枢磁场对永磁体的去磁作用较严重。

严重的永磁体退磁使得永磁电机励磁电动势下降，影响电机运行性能，甚至不能正常工作。因此，有必要实时监测运行过程中的转子磁场，以便采取保护措施防止永磁体退磁。现有文献中的时步有限元计算方法虽然能仿真电机的运行过程，但计及的因素并不能完全等同于电机的实际运行工况，因此需要进一步对电机实际工况中的退磁磁场进行实验研究。

目前，针对静止状态物体的磁场测量技术已逐渐成熟，例如输电导线周围磁场的测量，微型磁体的多点测量等。这些测量技术主要是被测物体固定，调整测量元件位置，或者是磁场测量元件固定，改变被测物体位置。而为了实现永磁电机转子磁场的实时测量，则需要测量元件与被测物体同步旋转。由于电机结构各异，研究成套的动态测量设备，成本过高，难以形成规格。因此研究快速、实用的转子磁场测量方法就非常重要。

发明内容

本发明针对旋转转子的磁场测量，提供了一种实时测量永磁电机转子磁场的方法，解决了转子磁场的实时测量问题，实现了永磁电机转子退磁磁场的实时检测，为进一步设计高抗退磁能力的新结构永磁电机提供了参考。

本发明采用的技术方案为：

（1）在永磁电机转子上被测位置开槽，并在槽内安放测量磁场的霍尔元件；

（2）霍尔元件输入输出信号总线经转轴的中心钻孔引出，与滑环相连接，实现信号线的动静转换；其中，输入输出信号总线的正负极信号线分别与直流电源的正负两极连接，信号线上的开关控制电源的开通和关断；霍尔元件的输出信号线与直流电源的负极信号线同时连接到数字示波器的输入端，从而测出转子磁场数据。

所述霍尔元件为适合做高斯计探头的线性霍尔元件，其工作电源为直流源，输出电压与测量磁场成线性比例关系，工作温度高；且其具有量程宽的特点，能够准确测量动态的中强磁场。

所述安放霍尔元件的槽，其尺寸刚好容纳霍尔元件，以减小开槽对转子磁路的影响，并用绝缘纸板固定。

所述滑环为水银滑环。水银滑环是以水银为流体介质的一种导电旋转接头，利用水银导电传递实现信号线的动静转换，相比于传统的电滑环，其优点在于转动的时候无磨损，寿命长。

所述数字示波器通过USB接口同计算机连接，实现霍尔输出电压信号数据的实时采集、存储和处理。

本发明的技术特点是：

（1）测量磁场用的霍尔元件安放在转子被测位置，可以与转子一同旋转。

（2）利用水银滑环实现了霍尔输入输出信号线的动静转换。

（3）解决了永磁电机转子磁场的实时监测问题，能够快速、实时地测得永磁电机起动过程、稳态运行及非正常运行等情况下的转子磁场。

附图说明

图1为实施例1中自起动永磁同步电机实心转子一对极的截面示意图。

图2为实施例1中安装了两个霍尔元件的永磁体的轴向剖面示意图。

图3为实时测量转子侧永磁体表面磁场方法的示意图。

图4为实施例1中永磁电机起动过程中同一永磁体1-1位置磁场测量波形。

图5为实施例1中永磁电机起动过程中同一永磁体1-2位置磁场测量波形。

图6为实施例2中自起动永磁同步电机实心转子一对极的截面示意图。

图7为实施例2中两个同时安装了霍尔元件的永磁体的轴向剖面示意图。

图8为实施例2中永磁电机起动过程中不同永磁体1-3位置磁场测量波形。

图9为实施例2中永磁电机起动过程中不同永磁体1-4位置磁场测量波形。

图10为实施例3中永磁电机稳态运行时同一永磁体1-1、1-2不同位置磁场测量波形。

图11为实施例4中永磁电机稳态运行时不同永磁体1-3、1-4位置磁场测量波形。

附图标记：