一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置

1.本发明属于永磁电机磁极检测技术领域，更具体地，涉及一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置。


背景技术：

2.永磁电机工作过程中其永磁磁极由于高温或振动等因素会导致局部失磁或退磁，为了找到磁性能衰退的区域，往往如专利cn109358299a采用高斯计等测量手段测量磁极部分的表磁，但由于高斯计探头尺寸多为毫米量级，对测量位置十分敏感，错位后测量结果会出现较大的测量误差，并且由于每个磁极部分都要进行准确定位后再测量，测量过程繁琐、人力成本高。
3.其次现有专利文献cn108828475a中，利用光学测量竖直管中基准磁体被需测量磁体排斥的高度作为测量数据，来标定被测永磁体的性能。但这种方法不适合电机测量，因为基准磁体也有相应的ns极，每测完一极就要换方向，不适合做电机中ns极交替的磁极的测量，并且测量过程需要将转子进行横置，使测量装置垂直于水平面，操作过程不方便。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置，旨在解决现有电机磁极剩磁缺陷检测过程繁琐，人力成本高，对测量位置敏感的问题。
5.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法，包括如下步骤：利用导磁材料按照预设测量顺序，依次测量电机转子中待测磁极与其之间的吸引力，所述导磁材料的尺寸大小与待测磁极相适配；实时采集所述导磁材料测量得到的吸引力数据，得到吸引力数据和时间的关系曲线，其中，第n个峰值代表着第n个待测磁极的磁性能大小；将得到的各待测磁极的磁性能大小与对应的基准值进行比对，所述基准值为预先测量得到的各待测磁极在充磁良好状态下的吸引力峰值；根据所述预设测量顺序和比对结果确定电机转子中失磁或退磁磁极所在区域。
6.在其中一个实施例中，所述确定电机转子中失磁或退磁磁极所在区域的步骤之后，还包括：利用线圈依次对所述电机转子中失磁或退磁磁极进行再充磁，直到所述电机转子中所有失磁或退磁磁极充磁完成。
7.第二方面，本发明提供了一种基于上述的永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法的检测装置，包括：导磁模块，用于按照预设测量顺序依次测量电机转子中待测磁极与其之间的吸引力；
力采集模块，与所述导磁模块电相连，用于实时采集所述导磁模块测量得到的吸引力，得到吸引力数据和时间的关系曲线，其中，第n个峰值代表着第n个待测磁极的磁性能大小；数据处理模块，与所述力采集模块电相连，用于将得到的各待测磁极的磁性能大小与对应的基准值进行比对，所述基准值为预先测量得到的各待测磁极在充磁良好状态下的吸引力峰值；并根据所述预设测量顺序和比对结果确定电机转子中失磁或退磁磁极所在区域。
8.在其中一个实施例中，还包括：线圈充磁模块，包括线圈单元和与所述线圈单元电相连的脉冲电源单元，所述线圈充磁模块用于对所述电机转子中失磁或退磁磁极进行再充磁。
9.在其中一个实施例中，所述导磁模块包括固定槽，所述固定槽内侧底部安装有导轨，所述导轨靠近所述固定槽的一端沿所述固定槽的长度方向设置，所述导轨上安装有由导磁材料制成的导磁结构，所述导磁结构的尺寸大小与待测磁极相适配。
10.在其中一个实施例中，所述固定槽内侧底部安装有2条导轨，2条所述导轨分别位于所述固定槽内侧底部中心线的两侧。
11.在其中一个实施例中，2条所述导轨靠近所述固定槽的一端上方分别设有固定块，所述固定块通过弹簧与所述导磁结构固定相连。
12.在其中一个实施例中，所述力采集模块包括力传感器和记录仪，所述力传感器与所述记录仪电相连，所述力传感器通过传力杆与所述导磁结构电相连。
13.在其中一个实施例中，还包括：控制模块，用于根据用户预设的测量顺序发送旋转控制信号和高度控制信号；旋转运动模块，所述导磁模块设置在所述旋转运动模块上，用于根据所述旋转控制信号带动所述导磁模块围着电机转子磁极中心的圆周方向运动；高度调节模块，所述旋转运动模块设置在所述高度调节模块上，用于根据所述高度控制信号控制所述导磁模块与电机转子中的待测磁极在同一平面上。
14.在其中一个实施例中，所述旋转运动模块带动所述导磁模块围着电机转子磁极中心的圆周方向进行匀速运动。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：（1）本发明提供的永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法，基于永磁体在有剩磁情况下，会吸引导磁材料的特点，通过测量电机转子与导磁材料之间的吸引力来标定电机磁极的永磁体剩磁大小，能实现对电机磁极剩磁的快速检测，定位失磁或低剩磁的磁极。且导磁材料的尺寸大小可根据所需测量的磁极进行相应调整，采用适合的大小可有效解决对测量位置敏感的问题。
16.（2）本发明提供的永磁电机磁极剩磁缺陷检测装置，结构简单、可靠性强，测量过程自动化、高效快速，可应用场景广泛。装置的组成单元物性稳定、可靠性强，可适用于不同直径、高度及结构电机磁极的剩磁测量。由于只有吸引力，不用考虑导磁材料单元移动方向的问题，适用于电机中ns极交替磁极的剩磁测量。旋转运动模块配合加入高度调节模块以及控制模块，能实现对整体电机转子的连续测量，节省人力成本。
17.（3）再充磁方法简单，无需拆解永磁电机磁极而只需要线圈对失磁区域进行局部充磁，即可完全恢复电机转子的性能。
附图说明
18.图1是一实施例中永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法的流程示意图；图2是另一实施例中永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法的流程示意图；图3是一实施例中永磁电机磁极剩磁缺陷检测装置内的模块框图；图4和图5分别是一实施例中导磁模块的侧视图和横截面示意图；图6是一实施例中导磁模块的立体结构示意图；图7是一实施例中记录仪记录的吸引力数据和时间的关系曲线图；图8是一实施例中线圈充磁模块的结构示意图。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.需要说明的是，现有的电机转子主要包括磁极组和具有圆柱形工作段的转子芯，磁极组包括若干个形状相同的磁极列，若干个磁极列环形阵列地均匀排布设置在工作段的圆柱面上。
21.本发明提供了一种永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法及装置，主要是利用永磁体与导磁材料之间的吸引力来标定上述电机转子中磁极的永磁体剩磁大小，通过待测磁极的磁性能检测结果快速定位电机转子中失磁或低剩磁的磁极，以解决现有电机转子性能检测过程繁琐，人力成本高，对测量位置敏感的问题。
22.图1是本发明一实施例中永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法的流程示意图，该检测方法包括步骤s10、步骤s20、步骤s30和步骤s40，详述如下：s10，利用导磁材料按照预设测量顺序，依次测量电机转子中待测磁极与其之间的吸引力。其中，导磁材料的尺寸大小可根据所需测量的磁极进行相应调整，采用适合的大小可有效解决对测量位置敏感的问题。
23.s20，实时采集导磁材料测量得到的吸引力数据，得到吸引力数据和时间的关系曲线，其中，第n个峰值代表着第n个待测磁极的磁性能大小。
24.s30，将得到的各待测磁极的磁性能大小与对应的基准值进行比对，基准值为预先测量得到的各待测磁极在充磁良好状态下的吸引力峰值。
25.s40，根据预设测量顺序和比对结果确定电机转子中失磁或退磁磁极所在区域。
26.在本实施例中，可按照预设测量顺序对待测磁极进行依次编号，每个磁极对应唯一编号，然后按照编号顺序依次记录各编号；或先对待测磁极进行编号，然后再根据预设测量顺序依次记录各编号。可以理解的是，前述关系曲线中按时间的先后顺序依次测量得到的吸引力峰值、对应依次记录的各编号所对应的磁极的磁性能大小，将得到的磁性能大小与基准值通过特定规则比对，当判断该峰值为失磁或退磁时，则通过判断该峰值所在时间段前的峰值数确定与之对应的编号，然后再通过该编号确定失磁或退磁的磁极所在电机的
区域。
27.需要说明的是，特定规则比对可以为：以充磁良好状态下预先测量得到的对应磁极的吸引力峰值为基准值，后续测量得到的吸引力峰值除以基准值，通过百分比即可判断出是否退磁或失磁。这种归一化的处理方式可以使判断的精准度更高。
28.进一步地，参见图2，步骤s40之后，还包括：利用线圈依次对电机转子中失磁或退磁磁极进行再充磁，直到电机转子中所有失磁或退磁磁极充磁完成。具体为：s50，利用线圈通入脉冲电流对磁极的局部失磁或退磁区域进行再充磁。
29.s60，重复步骤s10～s40，如若不存在失磁或退磁磁区域，整个永磁电机剩磁检测和修复流程结束。
30.现有的再充磁方法，即当检测到存在失磁或退磁磁极时，为了恢复其工作性能往往将整个电机转子加热至200～300℃以上，使得永磁体完全退磁后，再将电机磁极进行拆解，以便重新对永磁体再充磁后再组装至电机磁极上，由于永磁体与转子之间存在极大的磁力，会使得整个装配过程十分繁琐，人力物力成本非常高。本实施例提供的再充磁方法简单，无需拆解永磁电机磁极而只需利用线圈对失磁区域进行局部充磁，即可恢复电机转子的性能。
31.本发明提供的永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法，基于永磁体在有剩磁情况下，会吸引导磁材料的特点，通过测量电机转子与导磁材料之间的吸引力来标定电机磁极的永磁体剩磁大小，能实现对电机磁极剩磁的快速检测，定位失磁或低剩磁的磁极。且导磁材料的尺寸大小可根据所需测量的磁极进行相应调整，采用适合的大小可有效解决对测量位置敏感的问题。同时，针对局部退磁或失磁的问题，提出了补充磁方法，即可不拆解永磁磁极实现缺陷区域的再充磁。
32.为实现上述目的，参见图3，本发明还提供了一种基于上述永磁电机磁极剩磁缺陷检测方法的检测装置，包括导磁模块100、力采集模块200和数据处理模块300。
33.其中，导磁模块100，用于按照预设测量顺序依次测量电机转子中待测磁极与其之间的吸引力。可以理解的是，待测磁极可以是对电机转子中所有磁极进行吸引力测量，也可以是对电机转子中特定磁极组进行吸引力测量，这两种情况下的吸引力测量原理相同。
34.当本发明提供的检测装置用于对仅包含1个磁极列的电机转子进行性能检测时，只需将本发明提供的导磁模块100靠近磁极，并放置在磁极的同一高度上，然后转动电机转子一周，即可测量与该磁极处于同一环形面（即水平面）上所有磁极的吸引力，即完成对该电机转子中所有磁极的吸引力测量。
35.当本发明提供的检测装置用于对包含2个及以上磁极列的电机转子进行性能检测时，为提高吸引力测量的效率，本实施例提供的检测装置还可包括高度调节模块、旋转运动模块和控制模块，其中，控制模块，用于根据用户预设的测量顺序发送旋转控制信号和高度控制信号；旋转运动模块，导磁模块100设置在旋转运动模块上，用于根据旋转控制信号带动导磁模块100围着电机转子磁极中心的圆周方向运动；高度调节模块，旋转运动模块设置在高度调节模块上，用于根据高度控制信号控制导磁模块与电子转子中的待测磁极在同一平面上。具体地，控制模块可采用本领域常用的控制芯片，比如单片机控制芯片或dsp控制芯片等，本实施例不作限制。
36.在对前述电机转子中所有磁极的吸引力进行测量时，可先通过控制高度调节模块
的高度，使导磁模块100优选位于磁极列最上方或最下方的某一磁极的高度上；然后再通过控制旋转运动模块，带动导磁模块100围绕转子磁极中心的圆周方向运动一周，即可测得与上述磁极处于同一环面上所有磁极的吸引力；然后再次控制高度调节模块，使导磁模块100位于上述磁极的下一列或上一列磁极的高度上，重复上述步骤，即可实现对所有磁极吸引力的测量。同理可知对电机转子中特定磁极组的测量方式，本实施例不再赘述。
37.参见图4～图6，本发明提供的导磁模块100可包括固定槽110，固定槽110内侧底部安装有导轨120，导轨120靠近固定槽110的一端沿固定槽的长度方向设置，导轨120上安装有由导磁材料制成的导磁结构130，导磁结构130的尺寸大小根据待测磁极进行相应调整。进一步地，导轨120靠近固定槽110的一端上方设有固定块140，固定块140通过弹簧150与导磁结构130固定相连。
38.在本实施例中，导轨120用于控制导磁结构130的移动距离，优选加入弹簧150等部件进行限制位移，可防止出现因导磁结构130的位移贴在导轨的底部导致吸引力测量不准的情况。可以理解的是，根据测量电机性能的不同可采用不同弹簧系数的弹簧进行限位。考虑导磁结构130重力的条件下能实现任意方向的测量（优选为水平方向进行测量），并且对测量的位置不太敏感，只要保证检测装置的运动轨迹与转子中的待测磁极在同一环形面上，即可比较测量得到的峰值力数值判断失磁或退磁的磁极。
39.优选地，导磁结构130可采用为硅钢叠片制成，其形状为对应转子极靴的形状进行相应设置；导磁模块100内可设置2条导轨，2条导轨分别位于固定槽110内侧底部中心线的两侧，可以使导磁结构130在测量吸引力时更稳定，进而使测量得到的吸引力数据更可靠。
40.本发明提供的力采集模块200，与导磁模块100电相连，用于实时采集导磁结构130测量得到的吸引力，得到吸引力数据和时间的关系曲线。
41.为使得到的关系曲线更准确地反应各个待测磁极的磁性能大小，在对环形面上的磁极进行吸引力测量时，采用旋转运动装置带动导磁模块100运动，由于启动过程有个加速过程，考虑到向心力的干扰影响，可去掉初始一段时间的吸引力测量结果，即去掉前几个提速阶段的半波（每个半波还是对应一个磁极），磁极的编号需进行相应的调整。
42.具体地，力采集模块200可包括力传感器，力传感器通过传力杆160与导磁结构130电相连。其中，传力杆160用于传递导磁结构130与待测磁极中的吸引力；力传感器用于实时采集导磁结构130的吸引力。进一步地，力采集模块还可包括记录仪，记录仪与力传感器电相连，记录仪用于记录力传感器采集得到的吸引力数据和时间的关系曲线。
43.在本实施例中，采用记录仪记录力传感器采集得到的吸引力数据和时间的关系曲线，可便于操作人员对后续数据处理模块300判断的结果进行校对，从记录仪记录的关系曲线中计算出各个待测磁极的磁性能大小，然后按照前述特定规则比对判断失磁或退磁磁极。
44.为更直观地让操作人员从关系曲线中判断失磁或退磁情况，本发明在对同一环面上的磁极进行吸引力测量时，可控制旋转运动装置带动导磁模块100围绕转子磁极中心的圆周曲线进行匀速运动，使得测量每个磁极吸引力所需的时间相同，进而使得关系曲线中的时间轴上均匀间隔若干个相同时间段，即关系曲线中具有若干个时间周期数，关系曲线中每个时间周期内所反应的吸引力曲线，为对应磁极在不同测量位置上的磁性能大小；最后以每个时间周期内的峰值来标定对应磁极的磁性能大小。
45.图7是一实施例中记录仪记录的吸引力数据和时间的关系曲线图，如图7所示（假设2号磁极完全退磁，5号磁极部分退磁），通过与基准值进行对比，即可直观看出2号磁极完成退磁、5号部分退磁，确定电机转子中失磁区域，即失磁或退磁磁极所在区域。
46.本发明提供的数据处理模块300，与力采集模块200电相连，用于将得到的各待测磁极的磁性能大小与对应的基准值进行比对，基准值为预先测量得到的各待测磁极在充磁良好状态下的吸引力峰值；并根据预设测量顺序和比对结果确定电机转子中失磁或退磁磁极所在区域。需要说明的是，本实施例提供的数据处理模块300可采用本领域常用的控制芯片来完成。
47.在一个实施例中，参见图8，本发明提供的永磁电机磁极剩磁缺陷检测装置还可包括线圈充磁模块，该线圈充磁模块包括线圈单元410和与线圈单元410电相连的脉冲电源单元420，线圈充磁模块用于对电机转子中失磁或退磁磁极进行再充磁。
48.在本实施例中，当定位了电机转子中的失磁区域后，可利用本实施例提供的线圈充磁装置对其进行再充磁，不用再拆装，即可实现对电机转子性能的维护。具体地，再充磁时，当线圈单元410在失磁或退磁磁极取向方向达到永磁材料的所需的饱和充磁磁场时，充磁饱和；移动线圈单元410至下一个失磁或退磁磁极进行再充磁，直到所有失磁或退磁磁极充磁完成。进一步地，本实施例提供的线圈单元410可优选为紫铜材料制成，其形状可优选为圆柱形，具体地，可根据实际情况进行相应设置，本实施例不作限制。
49.本发明提供的永磁电机磁极剩磁缺陷检测装置，结构简单、可靠性强，测量过程自动化、高效快速，可应用场景广泛。装置的组成单元物性稳定、可靠性强，可适用于不同直径、高度及结构电机磁极的剩磁测量。由于只有吸引力，不用考虑导磁材料单元移动方向的问题，适用于电机中ns极交替磁极的剩磁测量。旋转运动模块配合加入高度调节模块以及控制模块，能实现对整体电机转子的连续测量，节省人力成本。且再充磁方法简单，无需拆解永磁电机磁极而只需要线圈对失磁区域进行局部充磁，即可完全恢复电机转子的性能。
50.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。