一种导磁材料磁特性的测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种导磁材料磁特性的测量装置，该装置包括两个U型铁芯单元和X形测试样片，所述U型单元包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组、感应绕组，励磁绕组和感应绕组分别设置在两个侧边铁芯上；两个U型单元开口处相对，安装在所述的X形测试样片的上层和下层；通过设置所述的测量装置的测量条件，实现了对偏置磁场下的导磁材料的磁化特性测量和在交变磁化和旋转磁化条件下的导磁材料磁化特性测量。本发明的一种导磁材料磁特性的测量装置，结构简单、操作方便、测量准确，并可以指导存在磁场偏置、交变磁化及旋转磁化等条件下的电工设备的设计与优化。
【专利说明】
-种导磁材料磁特性的测量装置
技术领域
[0001] 本发明设及一种导磁材料磁特性测量装置，尤其设及一种在偏置磁场下测量导磁 材料磁特性的装置。
【背景技术】
[0002] 目前，高磁感导磁材料被广泛应用于工业生产、家用电器等领域;然而，由于导磁 材料应用场合中存在多磁场禪合的情况，且多磁场禪合本身就很复杂，研究导磁材料在多 磁场下的特性就显得比较困难，而对其的定量分析更是难上加难。因此，研究多磁场禪合情 况下导磁材料的特性，能够为各种存在多磁场禪合的应用场合提供依据，并对解决多磁场 禪合问题具有重要的理论和实际意义。
[0003] 偏置磁化、旋转磁化、交变磁化等磁场，在变压器、旋转电机、电抗器等设备中有着 广泛的应用。对正交偏置磁场情况下导磁材料特性的测量，需要测量两个方向的磁学量;然 而磁学量多为导出量，需要对相应电流、电压等参数的检测，再利用电磁感应定律推算出相 应的磁学量。因此，构建磁场场发生装置和明确装置工作原理成为定量分析不同磁场下导 磁材料磁化特性的关键。
【发明内容】
[0004] 发明目的:本发明要解决的技术问题在于提供一种可W测量导磁材料磁特性的装 置，该装置不仅可W测量正交偏置磁场下导磁材料的磁特性，而且还可W测量导磁材料在 交变和旋转磁化磁场下的磁特性。
[0005] 技术方案:一种导磁材料磁特性的测量装置，包括两个U型单元和被测X形样片，U 型单元包括底部铁忍、两个侧边铁忍、励磁绕组、感应绕组，励磁绕组和感应绕组分别设置 在两个侧边铁忍上;两个U型单元开口处相对，安装在X形测试样片的上层和下层。
[0006] 进一步的，U型单元还包括两个永磁体，两个永磁体分别设置在所述U型单元的底 部铁忍和两个侧边铁忍的连接处，且两个永磁体与两个侧边铁忍的接触面极性相反。
[0007] 进一步的，励磁绕组和感应绕组应数相同，并采用多股漆包线绕制，绕制方向一 致。
[000引进一步的，X形测试样片的夹角角度为90°。
[0009] -种导磁材料特性的测量装置，包括两个U型单元和X形样片，、U型单元包括底部 铁忍、两个侧边铁忍、励磁绕组、感应绕组，、励磁绕组和感应绕组分别设置在两个侧边铁忍 上，且与、两个U型单元开口处相对，安装在、X形样片的上层和下层，上层U型单元还包括两 个被测永磁体，两个被测永磁体分别设置在U型单元的底部铁忍和两个侧边铁忍的连接处， 且两个被测永磁体与两个侧边铁忍的接触面极性相反。
[0010] 进一步的，被测永磁体为稀±永磁材料。
[0011] 有益效果:本发明提供的一种导磁材料磁特性的测量装置，该装置通过给相励磁 绕组中通入不同的交流电，实现对导磁材料旋转磁化和交变磁化磁场下的特性测量；同时， 通过高性能钦铁棚永磁体在测试样片中产生恒定的永磁偏置磁场，再给相励磁绕组中通入 不同的交流电，得到偏置磁场下导磁材料的磁特性关系。本发明的导磁材料磁特性测量装 置，结构简单、操作方便、测量准确，可W指导存在磁场偏置、交变磁化及旋转磁化等条件下 的电工设备的设计与优化。
【附图说明】
[0012] 图1为测试导磁材料特性的装置结构示意图；
[0013] 图2为测试偏置磁场下导磁材料特性的装置结构示意图；
[0014] 图3为测试样片中偏置磁场下磁场强度和磁感应强度矢量合成示意图；
[0015] 图4为测量正交磁场下导磁材料特性测量装置的结构示意图；
[0016] 图5为测试样片中正交偏置磁场下磁场强度和磁感应强度矢量合成示意图；
[0017] 图6为测试永磁材料磁化特性的装置结构示意图；
[001引图中，1-1为上层励磁绕组，1-2为上层感应绕组，3为测试样片，2-1为第一永磁体， 2-2为第二永磁体，4-1为上层第一侧边铁忍，4-2为上层第二侧边铁忍，5为第一底部铁忍， 6-1为下层励磁绕组，6-2为下层感应绕组，7-1为第Ξ永磁体，7-2为第四永磁体，8-1为下层 第一侧边铁忍，8-2为下层第二侧边铁忍，9为第二底部铁忍。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020] 实施例1:如图1所示的一种导磁材料磁特性的测量装置，其特征在于，包括两个U 型单元和测试样片，所述U型单元包括底部铁忍、两个侧边铁忍、励磁绕组和感应绕组，两个 侧边铁忍上分别绕制励磁绕组和感应绕组，其绕制方向一致;测试样片为X形结构，X形结构 的四个端点依顺时针方向依次为端点A，端点B，端点C和端点D，两个U型单元开口处相对的 分别安装在X形测试样片的上层和下层。
[0021 ]具体的，上层U型单元包括第一底部铁忍5，上层第一侧边铁忍4-1和第二侧边铁忍 4-2;所述第一底部铁忍5的一端与第一侧边铁忍4-1的一端粘接并垂直，第一侧边铁忍4-1 的另一端与X形结构的端点A粘接;所述第一底部铁忍5的另一端与上层第二侧边铁忍4-2的 一端粘接垂直，上层第二侧边铁忍4-2的另一端与X形结构的端点C粘接。下层U型单元包括 第二底部铁忍9，下层第一侧边铁忍8-1和下层第二侧边铁忍8-2;第二底部铁忍9的一端与 下层第一侧边铁忍8-1的一端粘接并垂直，下层第一侧边铁忍8-1的另一端与X形结构的端 点B粘接;所述第二底部铁忍9的另一端与下层第二侧边铁忍8-2粘接并垂直，下层第二侧边 铁忍8-2的另一端与X形结构的端点D粘接。在所述上层第一侧边铁忍单元4-1上绕制有上层 励磁绕组1-1，所述上层第二侧边铁忍4-2上绕制有上层感应绕组1-2;所述下层第一侧边铁 忍8-1上绕制有下层励磁绕组6-1，所述下层第二侧边铁忍8-2上绕制有下层感应绕组6-2。 所述的上层和下层励磁绕组W及上层和下层感应绕组均采用多股漆包线并绕绕制。
[0022] 如图1所示，测量X形导磁材料的磁化特性，将所述测试装置中的上层第一永磁体 2-1、上层第二永磁体2-2、下层第一永磁体7-1和第二永磁体7-2取下，即可通过该装置。具 体工作过程如下：
[0023] 当向上层励磁绕组中通入交流电，下层励磁绕组不通电时，测试样片中将产生交 变的磁场;此时，上层感应绕组中将产生感应电动势，通过检测该感应电动势及通入绕组中 的电流，即可根据法拉第电磁感应定律和安培环路定律，可W计算得到相应的磁场强度和 磁感应强度数据;通过调整励磁绕组中的电流的相位、幅值和频率可W得到不同交变磁化 下的导磁材料的磁化特性。
[0024] 当向上层励磁绕组和下层励磁绕组中通入同频率、同相位、同幅值的交流电时，测 试样片中将产生旋转变化的磁场;此时，上层感应绕组和下层感应绕组中均将产生感应电 动势，通过检测该感应电动势及通入绕组中的电流，即可根据法拉第电磁感应定律和安培 环路定律，可W计算得到相应的磁场强度和磁感应强度数据;通过调整励磁绕组中的电流 的相位、幅值和频率可W得到不同旋转变化磁化下的导磁材料的磁化特性。所述的导磁材 料为娃钢片、碳钢、铁氧体、非晶合金等。
[0025] 实施例2:-种导磁材料磁特性的测量装置，用于测量永磁偏置磁场下导磁材料磁 特性，如图2所示，与实施例1的区别在于所述U形单元还包括两个永磁体，所述两个永磁体 分别设置在所述U型单元的底部铁忍和两个侧边铁忍的连接处，且两个永磁体与两个侧边 铁忍的接触面极性相反。
[00%]具体的，所述第一底部铁忍5的一端与第一永磁体2-1的討及粘接，上层第一侧边铁 忍4-1与第一永磁体2-1的咐及粘接，并与第一底部铁忍5垂直;所述第一底部铁忍5的另一端 与第二永磁体2-2的咐及粘接，上层第二侧边铁忍4-2与第二永磁体2-2的S极粘，接并与第一 底部铁忍5垂直。下层U型单元包括第二底部铁忍9,下层第一侧边铁忍8-1和下层第二侧边 铁忍8-2;第二底部铁忍9的一端与第Ξ永磁体7-1的S极粘接，下层第一侧边铁忍8-1与第Ξ 永磁体7-1的N极粘接，并与第二底部铁忍9垂直;所述第二底部铁忍9的另一端与第四永磁 体7-2的N极粘接，下层第二侧边铁忍8-2与第四永磁体7-2的S极粘接，并与第二底部铁忍9 垂直。其工作过程如下：
[0027]当上层励磁绕组1-1和下层励磁绕组6-1中没有电流通过时，四块永磁体在X形测 试样片3中产生恒定的偏置磁场;第一永磁体2-1和第二永磁体2-2产生的磁场强度为化1，第 Ξ永磁体7-1和第四永磁体7-2产生的磁场强度为化2。
[00%]当给上层励磁绕组1-1和下层励磁绕组6-1中通入交流电时，上层励磁绕组1-1线 圈中产生电励磁磁场强度为化，其磁感应强度为Bi，下层励磁绕组6-1中产生的磁场强度为 出，其磁感应强度为化。此时，在上层感应线圈1-2中产生反电动势El，磁场强度为Hti，其磁感 应强度为Bti;下层感应线圈6-2中产生反电动势E2，磁场强度为出2，其磁感应强度为Bt2。
[0029] 根据安培环路定律:《Hdl=Ni和法拉第电磁感应定律S = ，实测得到反电动势 El和E2，可W计算出磁场强度出和出W及磁感应强度Bti和Bt2，由于永磁体的磁特性已知，其 磁场强度分别为化谢化2,磁感应强度为BPI和化2。那么，在测试样片中某一方向上的磁场强 度和感应强度合成矢量如图3所示。根据该合成矢量可W得到合成方向上的磁场强度出和 磁感应强度值Bi。通过调整通入励磁绕组中的电流的幅值、相位和频率，可W绘制偏置磁场 下导磁材料的磁化特性曲线;通过选用不同厚度不同材料的永磁体可W得到不同大小的偏 置磁场，进而实现不同偏置磁场程度下导磁材料磁特性的测量。
[0030] X形测试样片还可为角度垂直的十字型样片，装置图与磁场强度和感应强度合成 矢量分别如图4、图5所示，具体包括W下测试步骤：
[0031] 1)上、下层励磁绕组和上、下层感应绕组应数均为N，永磁体截面积为Sp，磁化方向 长度为Ip长度，U型铁忍磁路平均长度为1，测试样片截面积St，测试样片平均磁路长度为It; 同时，测量永磁体磁化特性曲线；
[0032] 2)分别给所述上层励磁绕组和所述下层励磁绕组中通入幅值、相位或频率不同的 交流电；上层励磁绕组线圈中产生电励磁磁场强度为化，其磁感应强度为Bi;下层励磁绕组 线圈中产生电励磁磁场强度为此，其磁感应强度为B2;此时，上层和下层感应线圈中将产生 反电动势；采集上层励磁绕组电流和下层励磁绕组电流值，W及上层感应绕组的反电动势 El和下层感应绕组的反电动势E2;
[0033] 3)根据安培环路定律
计算出电励磁磁场强度出和也;经过矢量合成得 到测试样片中的磁场强度出W及出和出的夹角口 1;同时，根巧
巧〇=BXSt，得到的 磁感应强度Bi和化，并根据矢量合成得到测试样片中的磁场强度Bi和角度口2;
[0034] 4)改变上层和下层励磁绕组电流的幅值相位频率，得到一系列化ι，αι)和(Βι，α2) 值，根据运一系列的值可W得到正交偏置下的磁化特性曲线。具体有下述几种改变上层和 下层励磁绕组电流的幅值相位频率的方法
[0035] 上层和下层励磁绕组通入的电流还可W为如下情形：
[0036] 保持上层和下层励磁绕组电流的幅值相位、频率相同，使幅值变化；
[0037] 保持上层和下层励磁绕组电流的幅值、相位相同，使频率变化；
[0038] 保持上层和下层励磁绕组电流的幅值、频率相同，使相位变化；
[0039] 保持上层和下层励磁绕组电流的幅值相同，使相位和频率变化；
[0040] 保持上层和下层励磁绕组电流的相位相同，使幅值和频率变化；
[0041 ]保持上层和下层励磁绕组电流的频率相同，使相位和幅值变化。
[0042] 交流电幅值范围为10V~280V，频率范围为20化~1000化，相位角范围0°~180°， 并绘制此范围内正交磁场偏置条件下的导磁材料磁化特性曲线。
[0043] 实施例3 : -种导磁材料磁特性的测量装置，用于测量永磁材料磁特性，如图6所 示；与实施例2的区别在于，将所述测试装置中的下层第一永磁体7-1和第二永磁体7-2取 下，并将上层第一永磁体和上层第二永磁体换为被测永磁材料(包括稀±永磁材料等硬磁 材料），即可通过该装置测量稀±永磁磁性材料的磁化特性;具体工作过程如下：
[0044] 当向上层励磁绕组中通入直流电，下层绕组不通电，并不断调整直流电的大小及 方向，即可W在上层绕组中产生对测试永磁体去磁和增磁的磁场;在改变绕组电流大小的 同时，在上层绕组中产生感应电动势，根据该感应电动势可W得到磁感应强度差值ΔΒ。再 根据法拉第电磁感应定律和安培环路定律，可W计算得到磁场强度和磁感应强度数据，最 后对测得的数据进行整理即可绘制出被测永磁材料的磁滞回线。
[0045] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种导磁材料磁特性的测量装置，其特征在于，包括两个U型单元和被测X形样片，所 述U型单元包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组、感应绕组，所述的励磁绕组和感应绕组 分别设置在两个侧边铁芯上;所述的两个U型单元开口处相对，安装在所述的X形测试样片 的上层和下层。2. 根据权利要求1所述的导磁材料磁特性的测量装置，其特征在于，所述U型单元还包 括两个永磁体，所述的两个永磁体分别设置在所述U型单元的底部铁芯和两个侧边铁芯的 连接处，且两个永磁体与两个侧边铁芯的接触面极性相反。3. 根据权利要求1所述的导磁材料磁特性的测量装置，其特征在于，所述的励磁绕组和 感应绕组匝数相同，并采用多股漆包线绕制，绕制方向一致。4. 根据权利要求1所述的导磁材料磁特性的测量装置，其特征在于，所述的X形测试样 片的夹角角度为90°。5. -种导磁材料特性的测量装置，其特征在于，包括两个U型单元和X形样片，所述U型 单元包括底部铁芯、两个侧边铁芯、励磁绕组、感应绕组，所述的励磁绕组和感应绕组分别 设置在两个侧边铁芯上，且与所述的两个U型单元开口处相对，安装在所述X形样片的上层 和下层，所述上层U型单元还包括两个被测永磁体，所述两个被测永磁体分别设置在U型单 元的底部铁芯和两个侧边铁芯的连接处，且两个被测永磁体与两个侧边铁芯的接触面极性 相反。6. 根据权利要求5所述的导磁材料特性的测量装置，其特征在于，所述被测永磁体为稀 土永磁材料。
【文档编号】G01R33/02GK105842639SQ201610420685
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】付兴贺, 徐磊, 丁超, 林明耀, 刘凯
【申请人】东南大学