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關(guān)于多極充磁磁環(huán)表面磁場(chǎng)分布的研發(fā)歷程FE-2100R表磁分布測(cè)量?jī)x

發(fā)布時(shí)間：

2019-07-18

來源：

www.fti168.com

　　在永磁電機(jī)行業(yè)，采用永磁材料設(shè)計(jì)定子或轉(zhuǎn)子相當(dāng)普遍，準(zhǔn)確測(cè)量設(shè)計(jì)好的永磁定子或轉(zhuǎn)子的表面磁場(chǎng)分布的需求越來越重要，準(zhǔn)確測(cè)量和相關(guān)分析也非常重要，從上世紀(jì)90年代末（中國(guó)最早產(chǎn)品為孟憲洪老師）開始就有進(jìn)行了相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。

　　多極充磁磁環(huán)（包括徑向內(nèi)外充磁、平面軸向充磁等等），準(zhǔn)確的測(cè)試磁場(chǎng)的分布波形（具體包含磁極幅值、磁極的寬度、半高寬、占空比等等）是非常有實(shí)際意義的，偏差分析、諧撥波分析、3D磁場(chǎng)分布可視磁場(chǎng)分析也越來越顯得其重要性。

　　多極充磁磁環(huán)磁場(chǎng)分布的測(cè)試，測(cè)試原理相當(dāng)簡(jiǎn)單，根據(jù)測(cè)試的過程描敘，大家常常稱它為旋轉(zhuǎn)高斯計(jì)，在計(jì)算機(jī)控制不發(fā)達(dá)的年代，采用將樣品固定在帶極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn)測(cè)試人工記錄可以追溯到更早（早期臺(tái)灣產(chǎn)品），2000年后，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)控制平臺(tái)產(chǎn)品相繼推出上市，提高了測(cè)試效率和測(cè)試精度。

　　非常遺憾的是，生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，忽視了表磁分布測(cè)試儀最為關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，即旋轉(zhuǎn)同心度，從2001年開始，大量表磁分布測(cè)試儀器相繼上市，國(guó)內(nèi)制造企業(yè)不下10家，我所了解的國(guó)外企業(yè)（日本、韓國(guó)、德國(guó)等）也有8家以上。同心度指標(biāo)的忽視，注定了改產(chǎn)品的價(jià)格直線下降，從國(guó)內(nèi)第一臺(tái)多極充磁磁環(huán)磁場(chǎng)分布測(cè)試儀（東方晨景RMT-301型）上市，先后有山東孟老師簡(jiǎn)易裝置、先達(dá)、中國(guó)計(jì)量科學(xué)院、天宇、聯(lián)眾、平野、興隆、進(jìn)達(dá)相繼推出，滿足國(guó)內(nèi)外用戶的測(cè)試需求。

　　在此期間，我也有幸進(jìn)行過對(duì)日本同類型產(chǎn)品的維修，在校準(zhǔn)測(cè)試探頭過程中，發(fā)現(xiàn)日本設(shè)備也存在同心度的不足，設(shè)備校對(duì)只能依靠他們發(fā)放的磁環(huán)去接近調(diào)整（或許就是他們出廠對(duì)應(yīng)好的同心度）。在后期對(duì)表磁分布測(cè)量?jī)x器的大量的測(cè)試和調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，做好磁場(chǎng)分布測(cè)量?jī)x并不是簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)高斯計(jì)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該積極解決的問題就是如何不斷提高產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)同心度（包括日本的產(chǎn)品），而不是要求用戶采用柔性探頭去緊貼被測(cè)試的磁環(huán)。在以前的日志中，我進(jìn)行過同心度偏差的分析和計(jì)算說明，在此不在重復(fù)，實(shí)際大家稍微想想是很好理解的，旋轉(zhuǎn)同心度不好，采用柔性探頭貼磁環(huán)，霍爾片將在法向上有前后移動(dòng)，直接會(huì)影響峰值的數(shù)據(jù)（減?。?、最致命的是引起磁極寬度的測(cè)試偏差。

　　接觸同行業(yè)不少充磁夾具設(shè)計(jì)工程師，他們因此被累了僅10年，充磁夾具根據(jù)表磁分布測(cè)試儀的報(bào)告不斷調(diào)整，要求加工行業(yè)不斷提高切割精度，要求繞線工藝不斷提高，可結(jié)果還是不理想，實(shí)際上他如果對(duì)同心度進(jìn)行了檢驗(yàn)，這些問題會(huì)早日對(duì)設(shè)備供應(yīng)企業(yè)提出。

　　設(shè)備供應(yīng)商在沒有將設(shè)備問題解決好前是不會(huì)向用戶去說自己設(shè)備存在的缺陷的，只會(huì)迎合用戶去做想要的產(chǎn)品，比如說，用戶提出要不導(dǎo)磁材料做卡盤，那就將卡盤頭改銅的、鋁合金的，或請(qǐng)卡盤廠家直接加工鋁合金的。并想不同的方法去提高旋轉(zhuǎn)同心度，盡可能的將旋轉(zhuǎn)同心度做好。實(shí)際效果確不如人意，主要問題有以下幾個(gè)方面：

1、卡盤選擇低檔，300元左右的卡盤本身的旋轉(zhuǎn)同心度指標(biāo)就不夠，人為不管如何調(diào)整都會(huì)意義不大，要做好產(chǎn)品，至少需要選擇與同心度儀一樣的卡盤；。。。

2、更困難的是，如何將軸與卡盤連接后保證選擇同心度，同心度儀制造企業(yè)有很好的辦法，但采用同心度儀配置磁場(chǎng)測(cè)試軟件價(jià)格會(huì)超出用戶的價(jià)格接受程度（除非軍工行業(yè)，我會(huì)推薦采用該方法，旋轉(zhuǎn)同心度可以達(dá)到0.01mm）。

3、2011年起，查閱國(guó)外同行，當(dāng)年除德國(guó)瑪格力產(chǎn)品對(duì)同心度打出了優(yōu)于0.05mm外，其他還真沒有相關(guān)的指標(biāo)。但德國(guó)瑪格力產(chǎn)品提供的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，上面并沒有卡盤，也就是說后期夾具你做得好做不好，是否滿足同心度與他們無關(guān)。

　　創(chuàng)辦湖南省永逸科技有限公司就是帶領(lǐng)一群志同道合的朋友，將自己在從事磁測(cè)量設(shè)備制造過程中發(fā)現(xiàn)的問題去得以解決，提高國(guó)內(nèi)的磁測(cè)量技術(shù)水平，同時(shí)也預(yù)計(jì)到企業(yè)會(huì)逐步的提高測(cè)試的要求，技術(shù)上的領(lǐng)先會(huì)盡快的樹立企業(yè)品牌和形象。2012年初正好博世電工提出了這方面的嚴(yán)格要求，并在國(guó)內(nèi)展開這方面的考核，公司接下了該要求產(chǎn)品的制作與開發(fā)。經(jīng)過近半年的努力，與2012年制造出了旋轉(zhuǎn)同心度滿足0.05mm以下的平臺(tái)，經(jīng)過震動(dòng)實(shí)驗(yàn)和用戶的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，滿足旋轉(zhuǎn)同心度的要求，成為同行業(yè)最早將同心度指標(biāo)列入表磁分布測(cè)試裝置的企業(yè)，并得到麥格昆磁、大疆科技、龍磁科技等企業(yè)的認(rèn)同。產(chǎn)品自2012年銷售以來，2014年完成中英文版軟件，產(chǎn)品并出口臺(tái)灣、泰國(guó)、伊朗、俄羅斯、新加坡、美國(guó)等國(guó)家，成為參與國(guó)際同行競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品。

　　用戶對(duì)測(cè)試的要求是不斷提高的，測(cè)量設(shè)備也需要不斷的發(fā)展和提高，測(cè)試軟件同樣也需要不斷的添加功能，才能保證產(chǎn)品的先進(jìn)性。對(duì)于多極磁環(huán)的測(cè)試，現(xiàn)在的要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是停留在初期的檢驗(yàn)波形、幅度和磁極寬度上。將測(cè)試波形的含義不斷對(duì)用戶進(jìn)行傳遞，達(dá)到讓用戶根據(jù)波形對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)有更全面的了解，才會(huì)更有意義。湖南省永逸科技有限公司第一代測(cè)試軟件，就對(duì)磁場(chǎng)分布波形進(jìn)行了諧波分析，用于對(duì)后期使用該充磁波形制造出的電機(jī)提供幫助，指導(dǎo)改進(jìn)，第二代將3D測(cè)試提高為可視磁場(chǎng)（自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)），任意角度視覺和方位角旋轉(zhuǎn)，便于用戶查找分布缺陷。FE-2100R系列表面磁場(chǎng)分布測(cè)量?jī)x涵蓋了多極圓環(huán)表磁分布測(cè)量、直線表磁分布測(cè)量、平面表磁分布測(cè)量和空間磁場(chǎng)分布測(cè)量，是實(shí)現(xiàn)對(duì)表面磁場(chǎng)分布進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的優(yōu)秀產(chǎn)品，已經(jīng)成為多極磁環(huán)、磁體等表面磁場(chǎng)分布測(cè)試設(shè)備中的精品，為電機(jī)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的磁場(chǎng)分布數(shù)據(jù),完全能對(duì)磁體充磁精度進(jìn)行正確的評(píng)估，已經(jīng)被多所知名公司采用。

　　下面先對(duì)諧波分析進(jìn)行說明，法國(guó)數(shù)學(xué)家J.-B.-J.傅里葉在研究偏微分方程的邊值問題時(shí)提出。從而極大地推動(dòng)了偏微分方程理論的發(fā)展。在中國(guó)，程民德最早系統(tǒng)研究多元三角級(jí)數(shù)與多元傅里葉級(jí)數(shù)。他首先證明多元三角級(jí)數(shù)球形和的唯一性定理，并揭示了多元傅里葉級(jí)數(shù)的里斯- 博赫納球形平均的許多特性。傅里葉級(jí)數(shù)曾極大地推動(dòng)了偏微分方程理論的發(fā)展。在數(shù)學(xué)物理以及工程中都具有重要的應(yīng)用。

　　諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉(M．Fourier)分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。同時(shí)根據(jù)諧波頻率的不同，可以分為：

奇次：額定頻率為基波頻率奇數(shù)倍的諧波，被稱為“奇次諧波”，如3、5、7次諧波。

偶次：額定頻率為基波頻率偶數(shù)倍的諧波，被稱為“偶次諧波”，如2、4、6、8次諧波。

　　在多極磁環(huán)表磁分布測(cè)試裝置中，我們引入了諧波分析報(bào)告，參看的傅里葉變換的數(shù)學(xué)變換公式為：f(t)=a0+a1sin(ωt+θ1)+ a2sin(2ωt+θ2) +a3sin(3ωt+θ3)+ ...+ansin(nωt+θn)

　　公式中，a0代表直流分量，對(duì)于多極充磁轉(zhuǎn)子而言，表現(xiàn)為NS磁極的不對(duì)稱總量分析。a1代表基波的幅值，ωt代表基波的頻率，θ1代表基波的相位角，an代表基波。

　　同時(shí)可以看出諧波都是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率（基波的整數(shù)倍），同時(shí)對(duì)應(yīng)相關(guān)的幅度與相角。

　　一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。對(duì)旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴(yán)重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生震蕩力矩，電機(jī)躁聲相應(yīng)也加大，甚至可能引起機(jī)械共振，造成汽輪機(jī)葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。

一、多極磁環(huán)表磁分布測(cè)試裝置測(cè)試界面

　　注：蘭色波形為實(shí)際測(cè)試波形；紅色波形為理想的正弦波形；綠色雙線峰值上限、下限范圍，判斷合格與否。

二、湖南永逸科技完整板XY坐標(biāo)測(cè)試報(bào)告樣張

三、完整板極坐標(biāo)測(cè)試報(bào)告

四、完整版諧波測(cè)試報(bào)告

五、單一3D報(bào)告樣張（視角40º，方位角18º）

附1：觀察磁極是否傾斜（視角90º，方位角0º，相當(dāng)于將磁極在圓周方向展開）

附2：觀察徑向磁場(chǎng)幅值波動(dòng)（視角0º，方位角0º）

　　附件3：觀察任意角度（FE-2100R多極測(cè)試軟件為自主開發(fā)的3D圖形軟件，用戶可任意控制視角和方位角，使3D波形旋轉(zhuǎn)起來，觀察到磁場(chǎng)的任何位置，發(fā)現(xiàn)缺陷位置，為一款全息的可視磁場(chǎng)測(cè)試設(shè)備，刷新速度在同行業(yè)屬于領(lǐng)先水平）。