爪极式发电机转子磁性能测量装置及方法与流程

本发明涉及一种转子磁性能测量领域的技术，具体是一种爪极式发电机转子磁性能测量装置及方法。

背景技术：

目前评价爪极式发电机转子性能的方法是利用测试发电机发电效率的装置获得转速电流关系曲线。但是，该方法所需测试台架较为复杂且昂贵，测试中需要完成发电机的整体装配和拆解过程，整个测试流程复杂，而且人工装机过程中引入很多不可控的影响因素。传统磁性能的测量方法需要制作标准试样(参见《gb/t13012-2008软磁材料直流磁性能的测量方法》)，且容易忽略爪极制造过程引起的性能不均现象，对应的测量结果并不能完全反映由爪极装配而成的转子的整体磁性能。研究直接测定爪极式发电机转子磁性能的方法，则能够避免上述不足，适合电机装配前每件检测，且可用于分析转子装配与爪极制造工艺对转子磁性能的影响规律。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种爪极式发电机转子磁性能测量装置及方法，根据爪极式发电机转子的励磁线圈，设计了具有特殊结构的带槽导磁环及采用特殊方法缠绕的测量线圈，构建与实际发电机高度相似的工作磁场分布，测得相应的爪极式发电机转子磁性能指标；测试过程中无需反复拆装发电机，也无需破坏爪极式发电机转子；为评价爪极式发电机转子的对其服役后发电性能的影响提供新的技术途径。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种爪极式发电机转子磁性能测量装置，包括：测试基座以及固定设置于测试基座上的带槽导磁环，其中：待测发电机转子固定设置于测试基座内且其线圈正对带槽导磁环，带槽导磁环与直流磁性能测量仪相连，当待测发电机转子工作时带槽导磁环由感应磁场生成检测电流，经直流磁性能测量仪检测换算得到爪极式发电机转子磁性能。

所述的测试基座包括：定位底座和与之固定连接的定位板，其中：定位板上设有用于固定待测发电机转子的转子轴的异形定位轴，定位底座上分别设有用于固定带槽导磁环和待测发电机转子的环形槽。

所述的带槽导磁环与定位底座以及定位板采用销钉与螺钉连接定位，保证带槽导磁环与定位板的相对位置关系。

所述的定位底座上设有中间通孔，中间通孔下端与定位板的中心凸台间隙配合，中心凸台上设有异形定位轴与待测发电机转子的转子轴固定连接。

所述的带槽导磁环上设有四个用于缠绕测量线圈的向心卡槽，该测量线圈的缠绕方法为：以任一卡槽为起点，先按顺时针方向将导线缠绕至目标圈数，然后引入相邻卡槽按逆时针方向缠绕相同圈数，再引入相邻下一卡槽按顺时针方向缠绕相同圈数，最后引入第四个卡槽按按逆时针方向缠绕相同圈数。分别将开始引入的导线一端和最后引出的导线一端作为测量线圈的正负两极。

本发明涉及一种基于上述装置的测量方法，利用爪极式发电机转子自身励磁线圈形成激励磁场，根据所述方式缠绕的测量线圈内感应出电流，测得相应的磁性能指标。

所述的测量线圈在接入后测试前通过在励磁线圈中输入往复衰减的励磁电压波形，直至衰减至零外磁场强度以实现退磁。

所述的激励磁场，通过励磁电源在励磁线圈两侧施加励磁电压，计算励磁线圈中产生的励磁电流i，此时对应的外磁场强度h＝n1×i/le，励磁电流应从零开始稳定增大，直到外磁场强度达到最大。

所述的磁性能指标，通过测量感应线圈中产生的感应电信号经积分得到不同外磁场强度条件下的感应电流，计算得到线圈内感生出的感应磁通量φ；当外磁场强度的不断增加对应得到磁感应强度大小为b＝φ/(n2×ae)，经多次重复测量的结果取平均值，最终得到爪极式发电机转子的整体磁化曲线。

技术效果

与现有的通过发电机性能台架试验来评价爪极式发电机转子性能优劣的方法相比，本发明提供了一种新的技术途径，测量评价过程中无需反复拆装发电机，测量结果更为敏感更为直接地反映爪极式发电机转子的优劣，整个测试流程相对简单，可以大幅节省测量成本。从材料磁性能测量来看，与现行中国标准《gb/t13012-2008软磁材料直流磁性能的测量方法》规定了环形试样方法和磁导计测量方法相比，本发明可以把爪极式发电机转直接作为被测对象，实现无损检测，避免了标准试样的加工历史对检测结果的影响，也更加地方便快捷；可以实现电机装配前每件检测，用于分析转子装配与爪极制造工艺对转子磁性能的影响规律。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2a～图2c为带槽导磁环的结构示意图；

图3a、图3b为带槽导磁环的绕制的测量线圈；

图4为被测试爪极发电机转子的励磁线圈示意图；

图5为被测爪极式发电机转子示意图；

图6为实施例整体磁化曲线示意图；

图7为实施例测试示意图；

图中：销钉1、待测爪极式发电机转子及其转子轴2、带槽导磁环3、测量线圈4、直流磁性能测量仪5、待测励磁线圈6、定位底座7、螺钉8、定位板9、异形定位轴10、中间凸台11、向心卡槽12、底板13、中心凸台14、梅花键槽或十字槽15、待测爪极式发电机转子201、待测爪极式发电机转子轴202、线圈引线601。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种爪极转子整体磁性能测量装置，其中带槽导磁环3与定位底座7以及定位板9采用销钉1与螺钉实现固定连接，保证带槽导磁环3与定位板9的相对位置关系。

所述的定位底座7上设有中间通孔，中间通孔下端与中间凸台11间隙配合，中间通孔上端与被测爪极式发电机转子轴2配合以实现转子的准确定位，保证转子与导磁环间气隙的尺寸精度。

所述的定位底座7的上端设有环形槽，与带槽导磁环3间隙配合，环形槽的中间凸台11用于支撑被测转子，该中间凸台11的高度h1＝(0.2～0.4)h0，h0为被测爪极式发电机转子的两个爪极端面距离；其中心设有通孔，与被测转子形成间隙配合；其下端留有尺寸较大的沉孔，用于布置定位板紧固垫板。其材料为顺磁材料。

如图2a～图2c所示，所述的带槽导磁环3，要保证测量时带槽导磁环可以有效覆盖放入其中的被测爪极式发电机转子2；带槽导磁环3的高度h2＝h1+ηh0，η取0.1～0.2。

所述的带槽导磁环3上设有四个用于缠绕测量线圈的向心卡槽12，四个向心卡槽12之间的夹角分别为2α、90°、2β和90°，α与β满足|α-β|＝(1～2)°,α+β＝90°。

所述的四个向心卡槽12在带槽导磁环距离其下端面h1+0.5h0的位置处分为了上下两部分，上下部分的高度分别为t1和t2，且相邻卡槽的上下部分分别存在高度差δt＝(0.5～1)mm，即第一个卡槽的上部分高度为t1＝t0，t0＝0.4h0，下部分高度为t2＝t0+δt，则相邻第二个卡槽的上部分高度为t1＝t0+δt，下部分高度为t2＝t0；第三个卡槽的上部分高度为t1＝t0，下部分高度为t2＝t0+δt；第四个卡槽的上部分高度为t1＝t0+δt，下部分高度为t2＝t0；四个卡槽的宽度κ＝0.165～0.185，s爪极为组成被测爪极式发电机转子的爪极的凸台截面积；卡槽周向宽度为5～6mm，内外径向深度均为4～5mm。

所述的带槽导磁环3的内径与被测转子外径的单边间隙为0.2～0.4mm，带槽导磁环的外径d1＝λ(d0+2w+δ)，d0为带槽导磁环的内直径，λ＝1.05～1.2，δ＝(8～10)mm。其材料为高磁导率高饱和磁感应强度的软磁材料。

如图3a和图3b所示，所述的测量线圈4，其对应导线缠绕方法为：以任一向心卡槽12a为起点，先按顺时针方向将导线缠绕至目标圈数，然后通过串联引入相邻卡槽12b按逆时针方向缠绕相同圈数，再引入相邻下一卡槽12c按顺时针方向缠绕相同圈数，最后引入第四个卡槽12d按按逆时针方向缠绕相同圈数。分别将开始引入的导线一端12e和最后引出的导线一端12f作为测量线圈的正负两极。此时，在整个带槽导磁环中以中轴线周期分布的磁感应强度在相应位置随励磁电流变化而在测量线圈中感应出的电流始终同向，测量线圈之间相互串联，计算磁通量时将所测得的四个平面的测量结果取平均，消除因转子的定位误差引入的测量误差。

所述的测量线圈4需要缠绕线圈目标圈数的最大匝数可以通过公式：计算获得，其中：为直流磁性能测量仪5的磁通量最大量程。

如图4所示，所述的定位板9包括底板13和中心凸台14，其中：中心凸台14与定位底座间隙配合，凸台中心设有用于固定异形定位轴10的梅花键槽或十字槽15，底板13沿周向设置有多个与销钉配合的定位孔，定位孔之间的夹角θ＝30°；旋转定位板，使不同的定位孔与销钉配合，多次测量并取平均值，可以更准确地评价爪极式发电机转子的磁性能。其材料为顺磁材料。

用于固定和定位被测爪极式发电机转子的异形定位轴10的截面形式为梅花或十字形，其材料为顺磁材料。

所述的被测转子外直径为98.7mm，所以带槽环形磁轭的内直径为98.7+0.5×2＝99.7mm，带槽环导磁环的外直径为99.7+15×2＝129.7mm，

如图5所示，所述的被测爪极式发电机转子，内部已经装好励磁线圈。

如图7所示，本装置通过以下方式进行测试：

第一步：安置待测转子，将待测爪极式发电机转子放入测试基座，转子底部通过梅花键槽或十字槽定位以及环形槽定位。

第二步：开始测试前，需要在直流磁性能测量仪5中输入转子上励磁线圈的匝数n1，带槽导磁环的卡槽横截面积s＝w×(t1+t2)和测量线圈匝数n2。测量转子测量区域的各尺寸参数：转子上下端面高度h0、带槽导磁环直径d0和外直径d1，带槽导磁环上卡槽宽度w和卡槽总高度t1+t2；计算等效磁路长度le＝2h0+d0+d1，与等效截面积ae＝w×(t1+t2)；然后将线圈接入测试接口，通过在励磁线圈中输入往复衰减的励磁电压波形，直至衰减至零外磁场强度，完成待测试样的退磁。

第三步：根据所需最大外磁场强度hm，通过励磁电源在励磁线圈两侧施加励磁电压，计算励磁线圈中产生的励磁电流i，此时对应的外磁场强度h＝n1×i/le，励磁电流应从零开始稳定增大，直到外磁场强度达到最大(如6000a/m)的电流值。

第四步：测量感应线圈中产生的感应电信号，通过电子积分器积分得到不同外磁场强度条件下的感应电流大小，运算得到线圈内感生出的感应磁通量φ。随着外磁场强度的不断增加，计算获得相应的磁感应强度大小为b＝φ/(n2×ae)。

第五步：根据测量得到的电流信号大小，选择相应的测量量程档位，使得所测信号大小处于最大量程的50％至100％之间，从而提高测量精度。

第六步：重复检测，旋转定位板，使定位板上与第一个定位孔相邻的第二个定位孔与销钉配合，重复第三至第五步。对多次重复测量的结果取平均值，获得爪极式发电机转子的整体磁化曲线。

与现有技术相比，本装置可以在不破环爪极式发电机转子的情况下，测量转子的整体直流静态磁性能，避免了标准圆环试样和磁导计试样的加工过程对测试结果的影响，并可在爪极转子的生产过程中快速测量转子的磁性能。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。