專利名稱：電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的快速檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明適用于釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測，特別涉及一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的快速檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著釹鐵硼(NdFeB)等高矯頑力的新型永磁材料的出現(xiàn)并且在工業(yè)生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用，檢測方法和檢測技術(shù)及設(shè)備越來越不能滿足一般生產(chǎn)廠家的要求。特別是釹鐵硼磁體投入批量生產(chǎn)以后，每塊產(chǎn)品磁性能的無損檢驗(yàn)一直是生產(chǎn)者必須解決的難題，這也成為制約我國稀土工業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，采用了許多的方法。
仿照鋁鎳鈷磁體抽樣檢驗(yàn)的方法，在燒結(jié)爐的各個部位安放φ10×10mm樣品，利用測量樣品的性能來確定產(chǎn)品的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品的測量性能與產(chǎn)品的測量性能相差較大。
對于產(chǎn)品的測量，采用切割永磁塊測試的方法，破壞了產(chǎn)品的完整性；割過試樣的產(chǎn)品無法交付用戶使用，消耗了釹鐵硼材料和需要切割費(fèi)用；割樣測量所需時間較長，代價較高，而檢驗(yàn)結(jié)果僅是磁體某個角上的性能，由于磁體性能不均勻，測量結(jié)果與磁體實(shí)際性能相差較大。
對于NdFeB樣品的測量，采用的是永磁材料磁滯回線測試儀，用來描繪磁性材料在直流磁化場下的磁特性，也稱為靜態(tài)磁特性。國內(nèi)較為典型的是中國計(jì)量科學(xué)研究院磁性測量實(shí)驗(yàn)室研制的NIM-10000H稀土永磁無損檢測系統(tǒng)；國外是德國科倫磁物理公司的PERMAGRAPH-REMAGRAPH型磁性測量儀。兩者的基本原理都是一樣的，測量過程中通過緩慢增加磁化電流使磁通變化量dΦ/dt為一常量，從而避免測量過程中產(chǎn)生渦流以及產(chǎn)生磁場和磁極化強(qiáng)度之間的相角；在測量中采用H線圈代替霍爾片測量磁場，消除了人為因素和霍爾非線性的影響；并且對積分器的漂移采取了措施，通過軟件進(jìn)行線性修正以及硬件設(shè)計(jì)來消除積分器的線性漂移和非線性漂移。采用這些設(shè)備在測量過程中從零開始逐漸的增加電流，在增加電流的過程中，從測量線圈來獲得磁通密度和磁場強(qiáng)度，以便來確定點(diǎn)，從而描繪出材料的退磁曲線，得到永磁體較為完整的技術(shù)參數(shù)，但是只適合于那些要求準(zhǔn)確測量標(biāo)準(zhǔn)樣品磁性參數(shù)的場合，而不適合用這些設(shè)備進(jìn)行永磁材料的逐塊測量；同時價格昂貴也是限制其推廣應(yīng)用的一個原因。
對永磁材料的成品檢驗(yàn)雖然可以通過使用磁通計(jì)、特斯拉計(jì)或亥姆赫茲線圈+磁通計(jì)來進(jìn)行，但都只能對永磁材料常溫特性進(jìn)行檢驗(yàn)，而對電機(jī)生產(chǎn)廠家最為關(guān)心的高溫磁性能，也就是熱穩(wěn)定性的快速檢驗(yàn)仍存在著很大的困難，還需要一種實(shí)用的快速測試的方法和裝置。
NdFeB永磁材料雖然具有較高的最大磁能積、剩磁和矯頑力，但是也有其明顯的缺點(diǎn)，就是居里溫度低和溫度系數(shù)高。較高的溫度系數(shù)造成其磁性能熱穩(wěn)定性較差，高溫下使用時容易發(fā)生不可逆退磁，磁損失較大，永磁體的磁性參數(shù)變化，直接影響了電機(jī)的運(yùn)行性能。NdFeB永磁材料的退磁曲線在常溫或者較低溫度下為一條直線，但是隨著溫度的升高，退磁曲線也會發(fā)生變化，如圖1中的兩條退磁曲線分別代表了某一牌號的釹鐵硼材料在不同溫度下的退磁曲線示意圖。
圖1中，室溫t0時剩余磁通密度(或稱為剩磁)為Br0(單位kGs)，矯頑力為HC0(單位kOe)，內(nèi)稟矯頑力為HcJ0(單位kOe)，臨界場強(qiáng)為HK0(單位kOe)；工作溫度t時相應(yīng)參數(shù)為Brt、Hct、HcJt、HKt。α(Br)和α(HcJ)取絕對值，并簡寫為αB和αH。
其中臨界場強(qiáng)HK0定義為J-H曲線上，0.9Br0對應(yīng)點(diǎn)的磁場強(qiáng)度，如圖中虛線所對應(yīng)的點(diǎn)。圖1中，J-H曲線又稱為內(nèi)稟退磁曲線；B-H曲線稱為退磁曲線。圖1中有兩條J-H曲線，兩條B-H曲線，分別對應(yīng)著兩個不同的溫度下的曲線。J-H曲線和B-H曲線只要知道其中任何一條，就可以畫出另一條；所以在某一溫度下，描述永磁材料特性，通常將J-H曲線和B-H曲線同時畫出。因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用時，雖然電機(jī)的工作點(diǎn)是沿著B-H曲線來回移動的，但是要想直觀的反應(yīng)永磁材料性能的好壞，需要的是J-H曲線上的各個參數(shù)。
隨著溫度的升高，退磁曲線將會發(fā)生拐彎，發(fā)生拐彎的點(diǎn)，我們稱之為拐點(diǎn)，如附圖1中的K點(diǎn)。
NdFeB永磁材料的這種缺點(diǎn)增加了永磁電機(jī)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜性，也大大降低了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。永磁電機(jī)在運(yùn)行時受到作用的退磁磁場強(qiáng)度是反復(fù)變化的。當(dāng)對已充磁的永磁體施加退磁磁場強(qiáng)度時，磁通密度將會沿著圖1中的退磁曲線BrtK下降。當(dāng)退磁磁場強(qiáng)度不超過拐點(diǎn)K時，回復(fù)線與退磁曲線的直線段相重合；當(dāng)退磁磁場強(qiáng)度超過拐點(diǎn)K后，新的回復(fù)線PR就不再與退磁曲線重合了。這樣當(dāng)退磁磁場強(qiáng)度消失后，永磁體的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br將下降，永磁體的磁性參數(shù)變化，直接影響了電機(jī)的運(yùn)行性能，稱這種現(xiàn)象為不可逆退磁，又叫失磁。永磁體失磁后，只有對其重新充磁才能夠繼續(xù)使用，造成了相當(dāng)大的損失。為此在使用NdFeB永磁材料時，一定要校核永磁體的最大去磁工作點(diǎn)，以增強(qiáng)其可靠性。為了能做到這一點(diǎn)，必須知道每一種型號NdFeB永磁材料在最高工作溫度下退磁曲線拐點(diǎn)的位置，來設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù)，使電機(jī)在最不利情況下(包括高溫度、大電流)磁通密度仍然在永磁體退磁曲線拐點(diǎn)的上方往返變化。當(dāng)電機(jī)停止運(yùn)行時，永磁材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br不變。
但是在實(shí)際應(yīng)用中，拐點(diǎn)位置的確定存在著不少不確定因素。由于生產(chǎn)工藝和技術(shù)上的原因，同一廠家，同一型號，甚至同一批磁體的磁性能存在著較大的差異。為了提高電機(jī)性能，使之運(yùn)行可靠，到目前為止可行的方法是對出廠的NdFeB永磁體產(chǎn)品進(jìn)行逐塊測量。采用現(xiàn)有的設(shè)備雖然能夠準(zhǔn)確的描繪出每塊永磁體的磁性參數(shù)，但是對于成批的永磁體來說，要逐塊檢測作不到，而且也沒有必要知道每一個磁性參數(shù)的值。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置及快速檢測方法，為了滿足生產(chǎn)廠家逐塊檢測的要求，本發(fā)明主要對永磁體的高溫下磁特性是否合格做出判斷，即根據(jù)電機(jī)生產(chǎn)廠家按照電機(jī)的設(shè)計(jì)要求，對釹鐵硼材料的拐點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定，對一批產(chǎn)品進(jìn)行檢測，來檢驗(yàn)這一批產(chǎn)品的拐點(diǎn)位置是否符合設(shè)計(jì)要求，以此判斷該釹鐵硼材料是否符合電機(jī)設(shè)計(jì)的要求。
本發(fā)明裝置包括積分器、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)器、電磁鐵、控制電路。其中積分器用于測量電磁鐵上測量線圈產(chǎn)生的磁通量，并將其輸出信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機(jī)。電磁鐵包括磁化繞組、NdFeB永磁材料、磁軛、極柱、極頭、B測量線圈、鉑電阻、加熱層和隔熱層，其中NdFeB永磁材料夾在兩電磁鐵極頭之間，B測量線圈纏繞在NdFeB永磁材料上，鉑電阻嵌入在極頭內(nèi)，加熱層位于極頭和極柱之間，加熱層和極柱之間設(shè)有隔熱層。人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器，用于控制電磁鐵上加熱層的電流。加熱層上安裝有Pt電阻溫度傳感器，調(diào)節(jié)器能對加熱層的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控?？刂齐娐肥潜狙b置的核心部分，包括單片機(jī)、觸發(fā)電路、220V交流電源、開關(guān)電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表，其中單片機(jī)從撥碼盤讀入數(shù)據(jù)，通過計(jì)算后與輸入的A/D轉(zhuǎn)換值進(jìn)行比較，然后單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果，使觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，并使觸發(fā)脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進(jìn)行整流，再經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波，進(jìn)而控制退磁電流的變化，開關(guān)電路由接觸器和控制開關(guān)組成，面板表則用于測量并顯示電路中的電壓和電流。
應(yīng)用本發(fā)明裝置進(jìn)行釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的快速檢測的方法如下步驟一、將永磁體放在快速檢測裝置中加溫到電機(jī)允許的最高工作溫度；步驟二、通過撥碼盤將根據(jù)電機(jī)實(shí)際電流換算的電流值，或者根據(jù)磁通值隨退磁電流變化而計(jì)算獲得修正系數(shù)，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)將獲得的上述數(shù)值與對永磁體實(shí)際測量并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的電流值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定施加電流的大小，以此來控制施加給永磁體退磁電流的變化，退磁電流是從零平穩(wěn)地變化到要求值，然后再減小到零。
步驟三，觀察積分器上的顯示值，利用磁通計(jì)檢測該永磁體的工作磁通是否保持不變，如果發(fā)生變化，則該永磁體為不合格，如果不發(fā)生變化或者變化很小，如去掉電流后磁通前后變化值標(biāo)準(zhǔn)樣≤5％或大塊≤1％時符合要求。
還有一種方法是通過對國內(nèi)一些廠家永磁體的檢測結(jié)果以及分析的基礎(chǔ)上提出的。對產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定，主要是α(HcJ)穩(wěn)定的企業(yè)的產(chǎn)品性能進(jìn)行測量，找出每一企業(yè)產(chǎn)品測量結(jié)果中Hcj的溫度系數(shù)以及滿足高溫下拐點(diǎn)位置要求所對應(yīng)的HCJ和HK的值，并以此為根據(jù)制定各企業(yè)性能穩(wěn)定的產(chǎn)品在常溫下不同企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。同時為了保證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定，必須對各廠家的產(chǎn)品進(jìn)行抽測，如果發(fā)現(xiàn)以上磁性參數(shù)數(shù)值發(fā)生改變，應(yīng)該及時修改相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；而且為了保證產(chǎn)品的性能穩(wěn)定，必須對每個廠家進(jìn)行不定期的抽測。
通過檢測裝置檢測的方法，可以直觀的來判斷電機(jī)生產(chǎn)廠家最為關(guān)心的永磁材料高溫下退磁曲線拐點(diǎn)位置，來避免電機(jī)設(shè)計(jì)制作完后，因?yàn)橛来朋w的不合格發(fā)生的損失?，F(xiàn)有的檢測設(shè)備雖然可以把各主要磁性參量檢測出來并且描繪出永磁材料在第二象限退磁曲線的完整形狀，但是檢測設(shè)備昂貴而且檢測時間過長，這對于電機(jī)生產(chǎn)廠家來說是不能接受的，每天生產(chǎn)大量的電機(jī)產(chǎn)品所用的永磁體都要檢測的話，時間不允許，但是如果不進(jìn)行逐塊檢測，由于材料的一致性問題，難免會影響電機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量，出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。同時價格問題也是困擾這樣的檢測設(shè)備推廣的一個原因。因此研究設(shè)計(jì)快速而且價格合理能夠被廠家接受的檢測裝置是本課題的目的。通過對裝置的試驗(yàn)，可以把測量時間從3分鐘減小到40秒，價格也只是國內(nèi)同類產(chǎn)品的1/5。而采用推算的方法，只要能夠知道永磁體的常溫下的磁性參數(shù)，就可以直接推算出其高溫特性是否滿足設(shè)計(jì)要求，更容易做到快速。


圖1是釹鐵硼永磁材料常溫和高溫下的內(nèi)稟矯頑力曲線和退磁曲線；圖2是發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是是測試電磁鐵的結(jié)構(gòu)圖；圖4是發(fā)明裝置的外觀圖；圖5是發(fā)明裝置檢測釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的軟件處理流程圖；圖6是發(fā)明裝置單片機(jī)系統(tǒng)的工作原理圖；其中，1磁化繞組，3NdFeB永磁材料，4磁軛，5極柱，6極頭，7B測量線圈，8鉑電阻，9加熱層和隔熱層。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明裝置包括積分器、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)器、電磁鐵、控制電路。其中積分器用于測量電磁鐵上測量線圈產(chǎn)生的磁通量，并將其輸出信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機(jī)。電磁鐵包括磁化繞組、NdFeB永磁材料、磁軛、極柱、極頭、B測量線圈、鉑電阻、加熱層和隔熱層，其中NdFeB永磁材料夾在兩電磁鐵極頭之間，B測量線圈纏繞在NdFeB永磁材料上，鉑電阻嵌入在極頭內(nèi)，加熱層位于極頭和極柱之間，加熱層和極柱之間設(shè)有隔熱層。人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器，用于控制電磁鐵上加熱層的電流。加熱層上安裝有Pt電阻溫度傳感器，調(diào)節(jié)器能對加熱層的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控?？刂齐娐肥潜狙b置的核心部分，包括單片機(jī)、觸發(fā)電路、220V交流電源、開關(guān)電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表，其中單片機(jī)從撥碼盤讀入數(shù)據(jù)，通過計(jì)算后與輸入的A/D轉(zhuǎn)換值進(jìn)行比較，然后單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果，使觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，并使觸發(fā)脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進(jìn)行整流，再經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波，進(jìn)而控制退磁電流的變化，開關(guān)電路由接觸器和控制開關(guān)組成，面板表則用于測量并顯示電路中的電壓和電流。
本裝置的工作過程為，連接好測量線圈后，在積分器上顯示一個初始磁通量Φ0，積分器的輸出電壓則反映線圈的磁通量。單片機(jī)上電后初始化，按下控制面板上的開始執(zhí)行鍵，單片機(jī)程序開始運(yùn)行，積分器的初始值Φ0對應(yīng)的輸出電壓U0經(jīng)過運(yùn)算放大器和A./D轉(zhuǎn)換器后送到單片機(jī)，單片機(jī)將U0存放在寄存器里。通過撥碼盤讀入電流或修正系數(shù)，然后通過正負(fù)選擇按鈕來選擇修正系數(shù)的正負(fù)，通過公式計(jì)算出所應(yīng)該減小到的磁通值，然后比較A./D轉(zhuǎn)換值和計(jì)算值的大小，如果采樣的A./D轉(zhuǎn)換值比計(jì)算值小則增大輸出電流值，當(dāng)A./D轉(zhuǎn)換值比計(jì)算值大就退出循環(huán)；然后在逐漸減小電流，處理過程如圖5所示，完成整個過程后返回初始狀態(tài)。
其中電流變化是由單片機(jī)控制的觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制輸出電流即退磁電流。程序運(yùn)行時，單片機(jī)定時器的計(jì)數(shù)值逐漸減小，輸出觸發(fā)脈沖的間隔逐漸減小，所以晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大。退磁電流會隨著晶閘管導(dǎo)通角的增大而增大。用面板表測量電路中的電壓和電流，可以觀察電壓和電流的變化趨勢。根據(jù)上述關(guān)系，積分器的輸出電壓將逐漸增大，最后回到和初始值相近的值。如果返回值明顯小于初始值，則可以判斷磁塊已經(jīng)退磁。如果返回值和初始值相近，則磁塊沒有退磁。
圖6中的單片機(jī)U1(89C51)主要用于處理數(shù)據(jù)和發(fā)出控制信號。U3是運(yùn)算放大器，用于對積分器的輸出電壓進(jìn)行放大。U2是12位的A/D轉(zhuǎn)換器，對運(yùn)算放大器U3的輸出電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)處理。圖中右邊部分是由光電耦合器和三極管組成的觸發(fā)電路，由單片機(jī)控制觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制加到電磁鐵上的電流。該電路主要包括運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)及外圍電路、比較器、可控硅觸發(fā)電路。
積分器采集到的信號由OP-OT組成的運(yùn)算放大器，送入由AD5T4組成的A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將該數(shù)字信號送入單片機(jī)P1口，單片機(jī)將輸入信號與撥碼盤通過P0口輸入的設(shè)定信號相比較，將產(chǎn)生的脈沖控制信號由P2.0和P2.1口輸出，送入由光耦和三極管組成的可控硅驅(qū)動電路；由OP-3T組成的比較器將正弦波整形的矩形波，將該信號通過INTO送入單片機(jī)，以便保持可控硅同步觸發(fā)。
應(yīng)用上述檢測裝置對永磁體材料進(jìn)行檢測的具體方法如下實(shí)施例1、在上述檢測裝置中模擬永磁體在電機(jī)最高工作溫度時有可能發(fā)生的最大去磁的實(shí)際工況，以考核該永磁體在該工況下是否發(fā)生不可逆退磁，即失磁。
具體實(shí)現(xiàn)步驟為(1)將永磁體放在快速檢測裝置中加溫到電機(jī)允許的最高工作溫度，例如SH系列永磁體的最高工作溫度定為120℃；(2)通過撥碼盤將根據(jù)電機(jī)實(shí)際電流換算的電流值，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)將獲得的上述電流值與對永磁體實(shí)際測量并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的電流值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定施加電流的大小，以此來控制施加給永磁體退磁電流的變化，使退磁電流從最大平穩(wěn)的減小到零；將永磁體放入電磁鐵加溫至要求溫度后，套入線圈，加緊永磁體，由此時積分器的顯示值來計(jì)算永磁體的剩磁，并根據(jù)剩磁來計(jì)算永磁體的計(jì)算矯頑力，按照計(jì)算矯頑力的大小來確定要求拐點(diǎn)處的場強(qiáng)，進(jìn)而確定施加電流值的大小，然后將電流緩慢減小至零，通過積分器的顯示值來判斷永磁體的實(shí)際拐點(diǎn)是否符合要求拐點(diǎn)的位置。工作溫度穩(wěn)定后施加電機(jī)運(yùn)行時的最大去磁電流，例如永磁同步電動機(jī)運(yùn)行時最大去磁電流為Ih＝(U+E)/Xd[1]；永磁同步電動機(jī)運(yùn)行時最大退磁電流 Ih′＝(U+E)/Xd產(chǎn)生的電樞磁動勢(每極)Fad′=1.35KadKdpN′Ih′p]]>產(chǎn)生的退磁作用是使磁導(dǎo)線平移 本裝置電流Ih產(chǎn)生的退磁作用為 二者退磁作用應(yīng)相等，即IhNσ=Fad′σ0′]]>所以換算電流Ih=F′adσNσ0′]]>式中Kad表示將直軸電樞磁動勢折算到轉(zhuǎn)子磁動勢的折算系數(shù)；Kdp表示繞組因數(shù)；N′表示每極每相串聯(lián)匝數(shù)；P表示極對數(shù)。
由于本裝置和電機(jī)的結(jié)構(gòu)不可能完全一樣，所以就存在一個等效的問題。上面推導(dǎo)的公式Ih=F′adσNσ0′]]>就是根據(jù)電機(jī)的參數(shù)來決定在本裝置中到底施加多大的電流才能夠真實(shí)的反映永磁體在電機(jī)中所受到的退磁場作用。
(3)移去電流待冷卻后利用磁通計(jì)檢測該永磁體的工作磁通是否保持不變，如果發(fā)生變化，則該永磁體為不合格，如果不發(fā)生變化或者變化很小，如去掉電流后磁通前后變化值標(biāo)準(zhǔn)樣≤5％或大塊≤1％時符合要求。
實(shí)施例2、實(shí)測磁通的方法，則是根據(jù)測量過程中磁通的變化來設(shè)計(jì)的，在測量過程中采樣回來的值是磁通值，根據(jù)磁通的大小來確定施加電流的大小。
(1)將永磁體放在快速檢測裝置中加溫到電機(jī)允許的最高工作溫度；(2)通過撥碼盤將根據(jù)磁通值隨退磁電流變化而計(jì)算獲得修正系數(shù)，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)將獲得的上述數(shù)值與對永磁體實(shí)際測量并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的電流值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定施加電流的大小，以此來控制施加給永磁體退磁電流的變化，使退磁電流從最大平穩(wěn)的減小到零；在將永磁體放入電磁鐵夾緊以后，積分器的顯示的磁通值φ，通過φ＝BS換算獲得的磁通B認(rèn)為時對應(yīng)著退磁曲線的剩磁那一點(diǎn)，在施加電流的過程中，由于退磁電流的作用，磁通值會逐漸的減小。由于釹鐵硼材料的退磁曲線在常溫下是直線或者高溫下前段部分是直線，拐點(diǎn)處發(fā)生拐彎，拐點(diǎn)處的磁通值與起始點(diǎn)的磁通值應(yīng)該成正比的關(guān)系。當(dāng)磁通減小到要求拐點(diǎn)處計(jì)算的磁通值時，停止施加退磁電流，并使電流緩慢逐漸至零，通過觀察磁通的變化來判斷永磁體的實(shí)際拐點(diǎn)是否符合要求拐點(diǎn)的要求。
磁體加熱到要求溫度穩(wěn)定之后，套入測量線圈，磁通計(jì)顯示閉路磁通值1，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用的線圈及上述公式算出拐點(diǎn)處對應(yīng)的值，從零開始緩慢增加退磁電流直到磁通計(jì)顯示值到該值時停止，最后將退磁電流平穩(wěn)的減小到零，這時看積分器上所顯示的值2。如果與測量前的磁通值1相等或者相差不大(根據(jù)測試認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)樣≤5％或大塊≤1％)，說明該磁體的拐點(diǎn)位置要小于要求拐點(diǎn)位置，符合要求；如果顯示的磁通2與1差很多，那么說明該磁體的拐點(diǎn)位置要求拐點(diǎn)位置，不符合要求。由于線圈的面積不可能和磁體的面積完全相等，采取計(jì)算上的修正設(shè)B1為磁體的剩磁，A1為磁體的面積，B2為電磁鐵施加電流時產(chǎn)生的退磁磁感應(yīng)強(qiáng)度，A2為測試線圈的面積，φ為積分器的實(shí)際顯示值，那么φ＝B1A1-B2A2(1)令B2＝B1x(x為退磁程度系數(shù))(2)φ＝y(tǒng)B1A1(3)y為加退磁電流后積分器的顯示值占B1A1的比值將式(1)和(2)代入式(3)，得yB1A1=B1A1-A2A1B1A1x---(4)]]>整理式(4)，得y=1-A2A1x---(5)]]>則修正系數(shù)x=(1-y)A1A2]]>(3)移去電流待冷卻后利用磁通計(jì)檢測該永磁體的工作磁通是否保持不變，如果發(fā)生變化，則該永磁體為不合格，如果不發(fā)生變化或者變化很小，如去掉電流后磁通前后變化值標(biāo)準(zhǔn)樣≤5％或大塊≤1％時符合要求。
前兩種方法的軟件流程基本相同，只是在撥碼盤輸入不同的參數(shù)，前者是輸入電流值，不通過計(jì)算公式，后者是輸入修正系數(shù)。積分器的輸出電壓反映線圈的磁通量。放好線圈后，在積分器上顯示一個初始值為Φ0，單片機(jī)上電后初始化，按下控制面板上的開始執(zhí)行鍵，單片機(jī)程序開始運(yùn)行，積分器的初始值Φ0對應(yīng)的輸出電壓U0經(jīng)過運(yùn)算放大器和A./D轉(zhuǎn)換器后送到單片機(jī)，單片機(jī)將U0存放在寄存器里。通過撥碼盤讀入電流或修正系數(shù)，然后通過正負(fù)選擇按鈕來選擇修正系數(shù)的正負(fù)，通過公式計(jì)算出所應(yīng)該減小到的磁通值，然后比較AD轉(zhuǎn)換值和計(jì)算值的大小，如果采樣得AD轉(zhuǎn)換值比計(jì)算值小則增大輸出電流值，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換值比計(jì)算值大就退出循環(huán)；然后在逐漸減小電流，如流程圖所示，完成整個過程后返回初始狀態(tài)。電流變化是由單片機(jī)控制的觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制輸出電流即退磁電流。程序運(yùn)行時，單片機(jī)定時器的計(jì)數(shù)值逐漸減小，輸出觸發(fā)脈沖的間隔逐漸減小，所以晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大。退磁電流會隨著晶閘管導(dǎo)通角的增大而增大。用面板表測量電路中的電壓和電流，可以觀察電壓和電流的變化趨勢。根據(jù)上述關(guān)系，積分器的輸出電壓將逐漸增大，最后回到和初始值相近的值。如果返回值明顯小于初始值，則可以判斷磁塊已經(jīng)退磁。如果返回值和初始值相近，則磁塊沒有退磁。
實(shí)施例3、實(shí)際是按照永磁體的磁性參量，采用不同計(jì)算公式進(jìn)行推算的過程。設(shè)室溫t0時剩磁為Br0(單位kGs)矯頑力為HC0(單位kOe)，內(nèi)稟矯頑力為HCJ0(單位kOe)，臨界場強(qiáng)為HK0(單位kOe)。
工作溫度t時相應(yīng)參數(shù)為Brt、Hct、HcJt、Hkt。α(Br)和α(HcJ)取絕對值，并簡寫為αB和αH。各參數(shù)意義如附圖1所示。假設(shè)溫度變化過程中，μr=Br0Hc0]]>不變，Q=HK0HCJ0]]>不變，且Hkt近似為拐點(diǎn)時的Hct。
則工作溫度為t時Brt＝[1-αB(t-t0)]Br0(6)退磁曲線為直線時的計(jì)算矯頑力Hct′=Brtμr]]>退磁曲線彎曲時拐點(diǎn)位置為KBrt或(1-K)Hct′HCJt=HktQ=(1-K)Hct′Q=(1-K)BrtμrQ=(1-K)[1-αB(t-t0)]Br0μrQ---(7)]]>HCJ0=Hcjt1-αH(t-t0)=(1-K)[1-αB(t-t0)]Br0μrQ[1-αH(t-t0)]]]>當(dāng)HCJ0的計(jì)算值＞給定值時，則該永磁體不合格，反之則合格。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置，包括積分器、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器、電磁鐵、控制電路，其特征在于調(diào)節(jié)器，用于控制電磁鐵上加熱層的電流；積分器，用于測量電磁鐵上測量線圈產(chǎn)生的磁通量，并將其輸出信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機(jī)；人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器，用于控制電磁鐵上加熱層的電流，加熱層上安裝有Pt電阻溫度傳感器，調(diào)節(jié)器能對加熱層的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；控制電路，包括單片機(jī)、觸發(fā)電路、220V交流電源、開關(guān)電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表，其中單片機(jī)從撥碼盤讀入數(shù)據(jù)，通過計(jì)算后與輸入的A/D轉(zhuǎn)換值進(jìn)行比較，然后單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果，使觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，并使觸發(fā)脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進(jìn)行整流，再經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波，進(jìn)而控制退磁電流的變化，開關(guān)電路由接觸器和控制開關(guān)組成，面板表則用于測量并顯示電路中的電壓和電流。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置，其特征在于所述電磁鐵包括磁化繞組、NdFeB永磁材料、磁軛、極柱、極頭、B測量線圈、鉑電阻、加熱層和隔熱層。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置，其特征在于所述單片機(jī)從撥碼盤讀入的數(shù)據(jù)包括電流值或修正系數(shù)。
4.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置實(shí)現(xiàn)快速檢測的方法，其特征在于具體實(shí)現(xiàn)步驟為步驟一、將永磁體放在快速檢測裝置中加溫到電機(jī)允許的最高工作溫度；步驟二、通過撥碼盤將根據(jù)電機(jī)實(shí)際電流換算的電流值，或者根據(jù)磁通值隨退磁電流變化而計(jì)算獲得修正系數(shù)，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)將獲得的上述數(shù)值與對永磁體實(shí)際測量并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的電流值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果確定施加電流的大小，以此來控制施加給永磁體退磁電流的變化，退磁電流是從零平穩(wěn)地變化到要求值，然后再減小到零；步驟三，觀察積分器上的顯示值，利用磁通計(jì)檢測該永磁體的工作磁通是否保持不變，如果發(fā)生變化，則該永磁體為不合格，如果不發(fā)生變化或者變化很小，如去掉電流后磁通前后變化值標(biāo)準(zhǔn)樣≤5％或大塊≤1％時符合要求。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置實(shí)現(xiàn)快速檢測的方法，其特征在于根據(jù)電機(jī)實(shí)際電流換算的電流值Ih=F′adσNσ0′]]>其中，F(xiàn)ad′=1.35KadKdpN′Ih′p]]>為電樞磁動勢，Ih′＝(U+E)/Xd為永磁同步電動機(jī)運(yùn)行時最大退磁電流，Kad表示將直軸電樞磁動勢折算到轉(zhuǎn)子磁動勢的折算系數(shù)，Kdp表示繞組因數(shù)，N′表示每極每相串聯(lián)匝數(shù)，P表示極對數(shù)；且IhNσ=Fad′σ0′.]]>
6.如權(quán)利要求4所述的一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置實(shí)現(xiàn)快速檢測的方法，其特征在于所述修正系數(shù)為x=(1-y)A1A2,]]>其中B2＝B1x，φ＝B1A1-B2A2，φ＝y(tǒng)B1A1，B1為磁體的剩磁，A1為磁體的面積，B2為電磁鐵施加電流時產(chǎn)生的退磁磁感應(yīng)強(qiáng)度，A2為測試線圈的面積，φ為積分器的實(shí)際顯示值，y為加退磁電流后積分器的顯示值占B1A1的比值。
全文摘要
一種電機(jī)用燒結(jié)釹鐵硼材料熱穩(wěn)定性的檢測裝置，包括積分器、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器、電磁鐵、控制電路，其中單片機(jī)從撥碼盤讀入數(shù)據(jù)，通過計(jì)算后與輸入的A/D轉(zhuǎn)換值進(jìn)行比較，然后單片機(jī)根據(jù)比較結(jié)果，使觸發(fā)電路輸出觸發(fā)脈沖，并使觸發(fā)脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進(jìn)行整流，再經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波，進(jìn)而控制退磁電流的變化，開關(guān)電路由接觸器和控制開關(guān)組成。通過撥碼盤輸入電流值或修正系數(shù)，通過公式計(jì)算出所應(yīng)該減小到的磁通值，然后比較AD轉(zhuǎn)換值和計(jì)算值的大小，如果積分器的輸出明顯小于初始值，則可以判斷磁塊已經(jīng)退磁。如果返回值和初始值相近，則磁塊沒有退磁。
文檔編號G01R31/34GK1719272SQ20051004654
公開日2006年1月11日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者唐任遠(yuǎn), 姜代維, 林巖 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)