CN115632533B - 一种永磁同步电机磁变量实时监测装置及监测方法 - Google Patents

一种永磁同步电机磁变量实时监测装置及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机磁变量实时监测装置，包括该方法所采用的设备包括电机外壳，所述电机外壳的内壁安装有定子铁芯，所述定子铁芯上均匀缠绕设置有定子三相绕组，所述电机外壳的内壁通过轴承活动安装有转轴，所述转轴的外部套接有转子，所述转轴的的一端设置有角度传感器，所述电机外壳的的外壁通过焊接固定安装有接线盒，所述定子铁芯从中部一分为二，且定子铁芯的两个部分之间滑动设置有活动铁芯块，所述活动铁芯块的一侧通过焊接固定有中空移动块，所述中空移动块的内壁滑动插接设置有滑动导向柱，所述滑动导向柱的一端安装有安装块，所述安装块通过焊接固定在电机外壳的内壁，该装置解决了当前实用性差的问题。

Description

一种永磁同步电机磁变量实时监测装置及监测方法
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机磁变量实时监测装置及监测方法。
背景技术
永磁同步电动机的启动和运行是由定子绕组、转子鼠笼绕组和永磁体这三者产生的磁场的相互作用而形成。电动机静止时，给定子绕组通入三相对称电流，产生定子旋转磁场，定子旋转磁场相对于转子旋转在笼型绕组内产生电流，形成转子旋转磁场，定子旋转磁场与转子旋转磁场相互作用产生的异步转矩使转子由静止开始加速转动。
在高温高压等不稳定的环境中，需要对永磁电机的转子进行磁变量的实时监测，以保证转子不会失磁运转或者部分失磁运转，造成电机运行不稳定，防止生产事故的发生。
现有的永磁电机在检测转子的磁变量时，通过单独设置的磁变量传感器进行检测，而这种方式检测在检测整个转子的磁性剖切面时，通过记录某个点旋转一圈的转子上的磁场对整个磁性剖切面进行拟合处理，无法在同一时间对整个转子的磁性剖切面进行检测，测试过程有其局限性，实用性差。该现象成为本领域人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的集材装置一种永磁同步电机磁变量实时监测装置及监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种永磁同步电机磁变量实时监测装置，包括电机外壳，所述电机外壳的内壁安装有定子铁芯，所述定子铁芯上均匀缠绕设置有定子三相绕组，所述电机外壳的内壁通过轴承活动安装有转轴，所述转轴的外部套接有转子，所述转轴的一端设置有角度传感器，所述电机外壳的外壁通过焊接固定安装有接线盒。
本发明进一步说明，所述定子铁芯从中部一分为二，且定子铁芯的两个部分之间滑动设置有活动铁芯块。
本发明进一步说明，所述活动铁芯块的一侧通过焊接固定有中空移动块，所述中空移动块的内壁滑动插接设置有滑动导向柱，所述滑动导向柱的一端安装有安装块，所述安装块通过焊接固定在电机外壳的内壁。
本发明进一步说明，所述滑动导向柱的外壁对应通过焊接固定有电阻片，所述滑动导向柱的外壁滑动套接有导电块，所述导电块的内壁与电阻片相接触并形成通电回路，两个所述导电块的一端连接有导线，且两根导线之间电连接有电源，所述电源设置在接线盒内，所述电源与电阻片之间电连接有电流传感器，所述导电块的一侧与中空移动块通过焊接固定。
本发明进一步说明，所述安装块与中空移动块之间连接有弹簧，所述弹簧活动套接在滑动导向柱的外部。
一种永磁同步电机磁变量实时监测装置的监测方法，该监测方法采用的***包括磁变量绘制模块、坐标系建立模块、电磁力计算模块、弹力计算模块、位移计算模块，所述电流传感器与位移计算模块电连接，所述位移计算模块与弹力计算模块电连接，所述弹力计算模块与电磁力计算模块电连接，所述位移计算模块与坐标系建立模块电连接，所述磁变量绘制模块与坐标系建立模块和电磁力计算模块电连接；
所述磁变量绘制模块用于根据各个测量点位所测得的电磁力绘制磁变量剖切图，坐标系建立模块用于根据各个活动铁芯块的周向分布位置建立坐标点位，所述电磁力计算模块用于根据活动铁芯块的径向位置和弹簧弹力估算电磁力，所述弹力计算模块用于根据弹簧的压缩量计算弹力，所述位移计算模块用于根据电流传感器的示数计算活动铁芯块的位移。
本发明进一步说明，包括以下具体步骤：
S1、当进行磁变量的实时监测时，开启电机的电源，使得电源通电，同时转子正常转动，转子内部的永磁极产生磁场，磁场随着转子的转动而旋转，定子铁芯也会产生电枢磁场；
S2、转子和定子铁芯产生的合成的磁场会对活动铁芯块产生磁性吸引或者排斥作用，将各个活动铁芯块向外排斥或向内吸引，形成微小的位移；
S3、电源通电会使得电阻片和导电块形成通电回路，在活动铁芯块位移时会带动导电块移动，进而改变通电回路接入电阻片的电阻大小，进而影响电流传感器检测到的电流大小；
S4、根据圆周分布的活动铁芯块对应的电流传感器的电流大小绘制磁变量剖切图，得到直观的转子动态磁变量分布图；
S5、当电机停机后，只有转子内部的磁极产生的磁极磁场，能够根据活动铁芯块对应的电流传感器的电流大小得到静态磁场分布图。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，可以得到某一时刻内的整个圆周内转子周围的磁变量剖切图，通过取若干个时间分割点位，并且可以得到所有时刻内的动态磁变量分布图，此种测量方式同时可以避免因为高温环境导致磁变量传感器的磁探头不灵敏导致测量效果变差的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的活动永磁块与定子铁芯安装示意图；
图3是本发明的中空移动块安装示意图；
图4是本发明的中空移动块与滑动导向柱安装示意图；
图5是本发明的电路原理示意图；
图6是本发明的磁变量剖切图；
图7是本发明的模块示意图；
图中：1。电机外壳；5、定子铁芯；4、接线盒；6、定子三相绕组；7、转子；71、转轴；72、角度传感器；241、活动铁芯块；24、中空移动块；242、导电块；243、安装块；244、滑动导向柱；245、弹簧；246、电阻片；247、电源；248、电流传感器；99、振动传感器。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7，本发明提供技术方案：一种永磁同步电机磁变量实时监测装置，包括电机外壳1，电机外壳1的内壁安装有定子铁芯5，定子铁芯5上均匀缠绕设置有定子三相绕组6，电机外壳1的内壁通过轴承活动安装有转轴71，转轴71的外部套接有转子7，转轴71的一端设置有角度传感器72，电机外壳1的外壁通过焊接固定安装有接线盒4，当电机进行工作时，首先使得定子三相绕组6通电，通过永磁电机的启动原理使得转子7开始转动，通过角度传感器72检测转子7目前的角度；
定子铁芯5从中部一分为二，且定子铁芯5的两个部分之间滑动设置有活动铁芯块241，通过活动铁芯块241能够根据当前转子7与定子铁芯5之间的磁场方向来进行向内吸引或者向外排斥，从而能够根据当前的磁场方向直观做出位置调整；
活动铁芯块241的一侧通过焊接固定有中空移动块24，中空移动块24的内壁滑动插接设置有滑动导向柱244，滑动导向柱244的一端安装有安装块243，安装块243通过焊接固定在电机外壳1的内壁，电机外壳1的内壁具有环形凹槽，且安装块243位于环形凹槽内，滑动导向柱244的一部分也位于环形凹槽的内部，活动铁芯块241的位置调整时会带动中空移动块24移动，从而使得滑动导向柱244伸入中空移动块24的深度发生变化，整个圆周分布的活动铁芯块241可以更加细致地展示当前的圆周范围内的磁场变化，环形凹槽用于使得相关的测量部件不占用电机内部零件的位置；
如图3-图4，滑动导向柱244的外壁对应通过焊接固定有电阻片246，滑动导向柱244的外壁滑动套接有导电块242，导电块242的内壁与电阻片246相接触并形成通电回路，两个导电块242的一端连接有导线，且两根导线之间电连接有电源247，电源247设置在接线盒4内，电源247与电阻片246之间电连接有电流传感器248，导电块242的一侧与中空移动块24通过焊接固定，当活动铁芯块241在滑动导向柱244上滑动时，由于导电块242的电阻很小，可以近似看做一根导线，可以使得电阻片246接入的电阻阻值发生变化，从而直观反映活动铁芯块241的位置；
安装块243与中空移动块24之间连接有弹簧245，弹簧245活动套接在滑动导向柱244的外部，当活动铁芯块241不受磁力时，弹簧245会处于正常状态，当活动铁芯块241受到向外的磁力时，其会使得弹簧245受到压缩，当活动铁芯块241受到向内的磁力时，其会使得弹簧245受到拉伸，弹簧245拉伸或者压缩的位置经过换算即为转子7的某个点位在与活动铁芯块241对齐时当前的磁场强度，拉伸的程度越大，及向内的磁场强度越大，压缩的程度越大，及向外的磁场强度越大；
如图7，一种永磁同步电机磁变量实时监测装置的监测方法，该监测方法采用的***包括磁变量绘制模块、坐标系建立模块、电磁力计算模块、弹力计算模块、位移计算模块，电流传感器248与位移计算模块电连接，位移计算模块与弹力计算模块电连接，弹力计算模块与电磁力计算模块电连接，位移计算模块与坐标系建立模块电连接，磁变量绘制模块与坐标系建立模块和电磁力计算模块电连接；
磁变量绘制模块用于根据各个测量点位所测得的电磁力绘制磁变量剖切图，坐标系建立模块用于根据各个活动铁芯块241的周向分布位置建立坐标点位，电磁力计算模块用于根据活动铁芯块241的径向位置和弹簧弹力估算电磁力，弹力计算模块用于根据弹簧245的压缩量计算弹力，位移计算模块用于根据电流传感器248的示数计算活动铁芯块241的位移，通过以上模块，可以实现从电流到位移，再到弹力的换算，此种测量方式不是直接利用磁变量传感器进行检测，而是利用电流大小换算后进行检测，避免磁变量传感器在高温下因为探头感应度变差造成测量不准确的问题；
包括以下具体步骤：
S1、当进行磁变量的实时监测时，开启电机的电源，使得电源247通电，同时转子7正常转动，转子7内部的永磁极产生磁场，磁场随着转子7的转动而旋转，定子铁芯5也会产生电枢磁场；
S2、转子7和定子铁芯5产生的合成的磁场会对活动铁芯块241产生磁性吸引或者排斥作用，将各个活动铁芯块241向外排斥或向内吸引，形成微小的位移；
S3、电源247通电会使得电阻片246和导电块242形成通电回路，在活动铁芯块241位移时会带动导电块242移动，进而改变通电回路接入电阻片246的电阻大小，进而影响电流传感器248检测到的电流大小；
S4、根据圆周分布的活动铁芯块241对应的电流传感器248的电流大小绘制磁变量剖切图，得到直观的转子71动态磁变量分布图；
S5、当电机停机后，只有转子7内部的磁极产生的磁极磁场，能够根据活动铁芯块241对应的电流传感器248的电流大小得到静态磁场分布图，通过此种方法，可以得到某一时刻内的整个圆周内转子7周围的磁变量剖切图，通过取若干个时间分割点位，并且可以得到所有时刻内的动态磁变量分布图。
实施例1：当需要测量转子7的某个点位随时间的磁变量变化时，首先利用角度传感器72检测该点位的角度值，假设初始值为α，与此同时也记录角度值为α的活动铁芯块241所对应的电流传感器248的示数值，并且将示数值转化为当前的磁场强度，当电机的转子7角度转动至α+β时，刚刚这一时间段内α到β角度范围内所有的活动铁芯块241的电流变化极限值，此极限值即为转子7的这个点位与该时刻的某个活动铁芯块241对准时磁场的强度。
实施例2：转轴71的顶部设置有振动传感器99，振动传感器99用于对转轴71的振动幅度进行检测，当振动幅度超过设定值时，磁变量绘制模块受到的扰动超过预设值，此时不宜进行磁变量绘制，便于提升绘制的精确性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种永磁同步电机磁变量实时监测装置，包括电机外壳(1)，其特征在于：所述电机外壳(1)的内壁安装有定子铁芯(5)，所述定子铁芯(5)上均匀缠绕设置有定子三相绕组(6)，所述电机外壳(1)的内壁通过轴承活动安装有转轴(71)，所述转轴(71)的外部套接有转子(7)，所述转轴(71)的一端设置有角度传感器(72)，所述电机外壳(1)的外壁通过焊接固定安装有接线盒(4)；
所述定子铁芯(5)从中部一分为二，且定子铁芯(5)的两个部分之间滑动设置有活动铁芯块(241)；
所述活动铁芯块(241)的一侧通过焊接固定有中空移动块(24)，所述中空移动块(24)的内壁滑动插接设置有滑动导向柱(244)，所述滑动导向柱(244)的一端安装有安装块(243)，所述安装块(243)通过焊接固定在电机外壳(1)的内壁；
所述滑动导向柱(244)的外壁对应通过焊接固定有电阻片(246)，所述滑动导向柱(244)的外壁滑动套接有导电块(242)，所述导电块(242)的内壁与电阻片(246)相接触并形成通电回路，两个所述导电块(242)的一端连接有导线，且两根导线之间电连接有电源(247)，所述电源(247)设置在接线盒(4)内，所述电源(247)与电阻片(246)之间电连接有电流传感器(248)，所述导电块(242)的一侧与中空移动块(24)通过焊接固定；
所述安装块(243)与中空移动块(24)之间连接有弹簧(245)，所述弹簧(245)活动套接在滑动导向柱(244)的外部。
2.一种根据权利要求1所述的永磁同步电机磁变量实时监测装置的监测方法，其特征在于：该监测方法采用的***包括磁变量绘制模块、坐标系建立模块、电磁力计算模块、弹力计算模块、位移计算模块，所述电流传感器(248)与位移计算模块电连接，所述位移计算模块与弹力计算模块电连接，所述弹力计算模块与电磁力计算模块电连接，所述位移计算模块与坐标系建立模块电连接，所述磁变量绘制模块与坐标系建立模块和电磁力计算模块电连接；
所述磁变量绘制模块用于根据各个测量点位所测得的电磁力绘制磁变量剖切图，坐标系建立模块用于根据各个活动铁芯块(241)的周向分布位置建立坐标点位，所述电磁力计算模块用于根据活动铁芯块(241)的径向位置和弹簧弹力估算电磁力，所述弹力计算模块用于根据弹簧(245)的压缩量计算弹力，所述位移计算模块用于根据电流传感器(248)的示数计算活动铁芯块(241)的位移。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机磁变量实时监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1、当进行磁变量的实时监测时，开启电机的电源，使得电源(247)通电，同时转子(7)正常转动，转子(7)内部的永磁极产生磁场，磁场随着转子(7)的转动而旋转，定子铁芯(5)也会产生电枢磁场；
S2、转子(7)和定子铁芯(5)产生的合成的磁场会对活动铁芯块(241)产生磁性吸引或者排斥作用，将各个活动铁芯块(241)向外排斥或向内吸引，形成微小的位移；
S3、电源(247)通电会使得电阻片(246)和导电块(242)形成通电回路，在活动铁芯块(241)位移时会带动导电块(242)移动，进而改变通电回路接入电阻片(246)的电阻大小，进而影响电流传感器(248)检测到的电流大小；
S4、根据圆周分布的活动铁芯块(241)对应的电流传感器(248)的电流大小绘制磁变量剖切图，得到直观的转子(7)动态磁变量分布图；
S5、当电机停机后，只有转子(7)内部的磁极产生的磁极磁场，能够根据活动铁芯块(241)对应的电流传感器(248)的电流大小得到静态磁场分布图。
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