一种适用于测试三维动态磁特性的匀场叠片试样的制作方法

本发明涉及三维磁特性测量领域，具体是一种适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试样。

背景技术：

目前较为通用的硅钢片磁特性测量试样均为单片或叠片单方向，主要适用于一维和二维磁特性测量装置。传统的一维磁特性测量如爱泼斯坦方圈法的试样是由长条形硅钢片搭接而成，只考虑了硅钢片轧制平面内某一方向的磁特性。二维磁特性测量如二维单片测量法也仅局限于轧制平面内各个方向的磁特性，用于二维单片测量法的试样为方形单层硅钢片。然而在工程实际中，即使只在一维交变或二维旋转激磁情况下，硅钢片由于存在磁筹旋转而呈现出三维特性。已有的磁特性测量方法如一维爱泼斯坦方圈法和二维单片测量法，其硅钢片试样为叠片单方向或单片，并不能涵盖工程应用中叠片结构呈现的多方向综合磁特性。因此对硅钢片进行三维动态磁特性测量对于准确、全面地评估硅钢片磁特性必不可少。但由于硅钢叠片结构具有较强的磁各向异性和非线性，对于精确获取三维动态磁特性信号并非易事，因此，设计制作新型硅钢片试样成为磁特性测量领域必不可少的一环。

已有的应用于一维和二维磁特性测量的硅钢片试样均为叠片单方向或单片，片间结合松散，然而应用于各种电气设备中的硅钢片都是紧密叠压成各种立体形状，并且在不同部位，硅钢片的叠片结构也不尽相同。所以，已有的硅钢片试样并不能很好地模拟其在工程实际中的应用。已有的二维磁特性测量装置均是将硅钢片试样放在磁极处的气隙中直接进行磁化，两组磁通密度b测量线圈互相垂直地缠绕在硅钢片试样上，两组磁场强度h测量线圈互相垂直地缠绕h线圈传感器上，再将h线圈传感器紧贴在硅钢片试样表面，且h线圈传感器面积与硅钢片试样面积相等，也就是说，b测量线圈和h测量线圈均是通过测量试样整个表面的磁场从而来近似试样内部磁场的。然而由于退磁作用和边缘效应，实际情况往往是仅在试样表面中心处磁场才相对均匀且与样品内部的磁场大致相等。因此，如何尽可能保证线圈所测表面区域磁场的均匀对于提高测量结果的准确性具有重要影响。

电气设备中的硅钢片长期工作在交变磁场或旋转磁场中，其产生的大量磁滞损耗和涡流损耗等最终将以热量的形式散发，导致电气设备的局部温度上升，严重时会损害电气设备。因此对硅钢片进行温升特性测量对于准确全面评估其电气性能至关重要。然而已有的应用于一维和二维磁特性测量的硅钢片试样却无法准确方便地进行温升测量。因此，对叠片立方体表面指定位置的温升情况进行准确测量至关重要。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试样。本发明通过制作三种不同叠片结构的试样来模拟硅钢片在工程应用中常见的三种结构，从而使被测硅钢片试样的结构更贴近实际情况，提高测量结果的准确性和可靠性。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种适用于测试三维动态磁特性的匀场叠片试样，其特征在于该试样包括三种不同叠片结构：叠压结构试样、直缝对接结构试样和直缝搭接结构试样；

每种叠片结构试样均包括一个叠片立方体、六个匀场极靴、六个b-h复合测量线圈和热电偶丝；所述叠片立方体位于整个试样的中心，其六个表面中心处各自连接有一个b-h复合测量线圈；所述叠片立方体的六个表面的不同位置处连接有热电偶丝；六个匀场极靴各自紧贴覆盖在一个b-h复合测量线圈上，使每个b-h复合测量线圈均放置于叠片立方体和匀场极靴之间；所述叠片立方体由相应的立方体叠片叠装粘结而成，形成层叠结构；六个匀场极靴分别由相应的匀场极靴叠片叠装粘结而成，形成层叠结构；六个匀场极靴分别对应叠片立方体的六个表面，六个匀场极靴的表面积与该匀场极靴所对应的叠片立方体的表面积相同，六个匀场极靴的层叠结构与该匀场极靴所对应的叠片立方体的表面的层叠结构相同，实现对叠片立方体表面的完全覆盖。

本发明同时提供了一种适用于测试三维动态磁特性的匀场叠片试样的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：对叠压结构试样、直缝对接结构试样和直缝搭接结构试样三种叠片结构试样分别设计其立方体叠片和相应的匀场极靴叠片的形状和尺寸；

步骤二：通过电火花线切割技术将被测硅钢片切割成足够量的三种叠片结构试样的立方体叠片和匀场极靴叠片；

步骤三：将三种叠片结构试样的立方体叠片按照预先设计好的叠装方式分别叠装粘结成叠压结构、直缝对接结构和直缝搭接结构的叠片立方体，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的叠片立方体的表面喷涂绝缘层；

步骤四：将三种叠片结构试样的匀场极靴按照预先设计好的叠装方式分别叠装粘结成叠压结构、直缝对接结构和直缝搭接结构的匀场极靴，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的匀场极靴的表面喷涂绝缘层；六个匀场极靴分别对应叠片立方体的六个表面，六个匀场极靴的表面积与该匀场极靴所对应的叠片立方体的表面积相同，六个匀场极靴的层叠结构与该匀场极靴所对应的叠片立方体的表面的层叠结构相同；

步骤五：在制作试样过程中，将热电偶丝放于叠片立方体表面不同的位置点，通过采集和处理不同位置热电偶丝的热电动势信号来测量试样在该点的温升情况；

步骤六：将b-h复合测量线圈分别贴在叠片立方体的六个表面中心处，与该表面相对应的匀场极靴再覆盖在b-h复合测量线圈上，使每个b-h复合测量线圈均放置于叠片立方体和匀场极靴之间，将叠片立方体、b-h复合测量线圈和相应的匀场极靴进行固定组合，从而完成三种叠片结构试样的制作。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本发明试样是三维立体结构，可以进行三维磁特性测量，克服了以往硅钢片试样只能进行一维和二维测量的缺陷。

(2)本发明通过制作三种不同叠片结构的试样(叠压结构试样、直缝对接结构试样和直缝搭接结构试样)来模拟硅钢片在工程应用中常见的三种结构，从而使被测硅钢片试样的结构更贴近实际情况，提高测量结果的准确性和可靠性。

(3)本发明在叠片立方体的六个表面上分别放置b-h复合测量线圈，充分考虑了工程应用中硅钢叠片结构呈现的多方向综合磁特性，可以完成硅钢片的三维动态磁特性测量。

(4)本发明中的匀场极靴由同种硅钢片试样材料制成的，充分考虑到硅钢叠片结构所具有的较强的磁各向异性，在制作过程中使叠片立方体各个表面所对应的匀场极靴的层叠结构和表面积与叠片立方体在该表面所体现的层叠结构和表面积相同，从而可以实现对叠片立方体表面的完全覆盖，以保证各个表面b-h复合测量线圈所测区域的磁场均匀，从而提高b-h复合测量线圈测量结果的准确性。

(5)本发明在叠片立方体表面的不同位置粘上热电偶丝，可以实现对叠片立方体表面指定位置的温升测量，从而方便分析硅钢片在工程应用中的实际温升情况。

(6)本发明中被测硅钢片试样采用电火花线切割进行切片，避免了由于剪切工艺对硅钢片边缘结构和性能造成的影响，提高了试样加工精度。

附图说明

图1为本发明适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试样的叠压结构试样的整体结构爆炸示意图；

图2为本发明适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试样的直缝对接结构试样的整体结构爆炸示意图；

图3为本发明适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试样的直缝搭接结构试样的整体结构爆炸示意图；

图4为本发明适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试样一种实施例的b-h复合测量线圈结构示意图；

图5为本发明适用于测试硅钢叠片材料的三维动态磁特性的匀场叠片试的叠压结构试样中的叠片立方体的结构示意图；(图中：1、叠片立方体；2、匀场极靴；3、b-h复合测量线圈；4、热电偶丝；5、双层结构h线圈；6、圆环型b线圈；7、基板)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种适用于测试三维动态磁特性的匀场叠片试样(参见图1-5，简称试样)，其特征在于该试样包括三种不同叠片结构：叠压结构试样、直缝对接结构试样和直缝搭接结构试样，分别模拟硅钢片工程应用中的叠压结构、直缝对接结构和直缝搭接结构；

每种叠片结构试样均包括一个叠片立方体1、六个匀场极靴2、六个b-h复合测量线圈3和热电偶丝4；所述叠片立方体1位于整个试样的中心，其六个表面中心处各自连接有一个b-h复合测量线圈3；所述叠片立方体1的六个表面的不同位置处连接有热电偶丝4，通过采集和处理不同位置热电偶丝4的热电动势信号来测量试样在该点的温升情况；六个匀场极靴2各自紧贴覆盖在一个b-h复合测量线圈3上，使每个b-h复合测量线圈3均放置于叠片立方体1和匀场极靴之间；所述叠片立方体1由相应的立方体叠片叠装粘结而成，形成层叠结构；六个匀场极靴分别由相应的匀场极靴叠片叠装粘结而成，形成层叠结构；六个匀场极靴分别对应叠片立方体1的六个表面，六个匀场极靴的表面积与该匀场极靴所对应的叠片立方体1的表面积相同，六个匀场极靴的层叠结构与该匀场极靴所对应的叠片立方体1的表面的层叠结构相同，从而可以实现对叠片立方体1表面的完全覆盖，以保证各个表面b-h复合测量线圈3所测区域的磁场均匀，从而提高b-h复合测量线圈3测量结果的准确性；

所述叠压结构试样中叠片立方体的立方体叠片为正方形硅钢片，每层一片，在不破坏硅钢片表面漆皮的情况下将每层硅钢片叠装粘结成叠片立方体，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的叠片立方体1的表面喷涂绝缘层；所述直缝对接结构试样中叠片立方体的立方体叠片为矩形硅钢片，且矩形的宽度为长度的一半，每层两片且组合成正方形，在不破坏硅钢片表面漆皮的情况下将每层硅钢片叠装粘结成叠片立方体，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的叠片立方体1的表面喷涂绝缘层；所述直缝搭接结构试样中叠片立方体的立方体叠片为两种矩形硅钢片，两种矩形硅钢片长度相同，宽度分别为长度的三分之一和三分之二，每层两片且组合成正方形，在不破坏硅钢片表面漆皮的情况下将每层硅钢片叠装粘结成叠片立方体，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的叠片立方体1的表面喷涂绝缘层；

匀场极靴的叠装方式：针对不同叠片结构的试样，六个匀场极靴2均采用匀场极靴叠片叠装粘结而成，匀场极靴的层叠结构与对应的叠片立方体的层叠结构相同，匀场极靴表面喷涂绝缘层，以防松散并提高结构强度；六个匀场极靴的厚度相同且表面积相等；

所述b-h复合测量线圈3包括基板7、双层结构h线圈5和圆环型b线圈6；所述双层结构h线圈5绕制在基板7上，圆环型b线圈6镶嵌在基板7中心处的圆孔内；通过采集和处理各个b-h复合测量线圈3内的感应电动势信号，即可实现对叠片立方体1各个表面的b法向分量和h切向分量的测量，从而完成试样的三维动态磁特性测量。

本发明同时提供了一种适用于测试三维动态磁特性的匀场叠片试样的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：对叠压结构试样、直缝对接结构试样和直缝搭接结构试样三种叠片结构试样分别设计其立方体叠片和相应的匀场极靴叠片的形状和尺寸；

步骤二：通过电火花线切割技术将被测硅钢片切割成足够量的三种叠片结构试样的立方体叠片和匀场极靴叠片；

步骤三：将三种叠片结构试样的立方体叠片按照预先设计好的叠装方式分别叠装粘结成叠压结构、直缝对接结构和直缝搭接结构的叠片立方体，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的叠片立方体的表面喷涂绝缘层；

步骤四：将三种叠片结构试样的匀场极靴按照预先设计好的叠装方式分别叠装粘结成叠压结构、直缝对接结构和直缝搭接结构的匀场极靴，以防松散并提高结构强度，再在叠装成的匀场极靴的表面喷涂绝缘层；六个匀场极靴分别对应叠片立方体的六个表面，六个匀场极靴的表面积与该匀场极靴所对应的叠片立方体的表面积相同，六个匀场极靴的层叠结构与该匀场极靴所对应的叠片立方体的表面的层叠结构相同；

步骤五：在制作试样过程中，将热电偶丝放于叠片立方体表面不同的位置点，通过采集和处理不同位置热电偶丝的热电动势信号来测量试样在该点的温升情况；

步骤六：将b-h复合测量线圈分别贴在叠片立方体的六个表面中心处，与该表面相对应的匀场极靴再覆盖在b-h复合测量线圈上，使每个b-h复合测量线圈均放置于叠片立方体和匀场极靴之间，将叠片立方体、b-h复合测量线圈和相应的匀场极靴进行固定组合，从而完成三种叠片结构试样的制作。

本发明适用于测试三维动态磁特性的匀场叠片试样的工作原理和工作流程是：对三种叠片结构试样进行测试时，首先按照所述匀场叠片试样的制作方法分别制作成三种叠片结构的试样，然后将三种叠片结构试样分别固定在三维动态磁特性测试装置上，通过三维动态磁特性测试装置的激磁线圈给试样施加相应的激励信号，通过采集和处理各个b-h复合测量线圈3内的感应电动势信号，即可实现对叠片立方体1各个表面的b法向分量和h切向分量的测量，从而完成三种叠片结构试样的三维动态磁特性测量。

本发明未述及之处适用于现有技术。