專利名稱：一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型特別屬于一種釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置，特別涉及一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置。
背景技術：
隨著釹鐵硼(NdFeB)等高矯頑力的新型永磁材料的出現并且在工業生產中的普遍應用，對該永磁材料性能的檢測技術及設備越來越不能滿足一般生產廠家的要求。特別是釹鐵硼磁體投入批量生產以后，每塊產品磁性能的無損檢驗一直是生產者必須解決的難題，這也成為制約我國稀土工業發展的瓶頸之一。為了保證產品的質量，采用了許多的方法。
仿照鋁鎳鈷磁體抽樣檢驗的方法，在燒結爐的各個部位安放φ10×10mm樣品，利用測量樣品的性能來確定產品的性能，結果發現樣品的測量性能與產品的測量性能相差較大。
對于產品的測量，采用切割永磁塊測試的方法，破壞了產品的完整性；割過試樣的產品無法交付用戶使用，消耗了釹鐵硼材料和需要切割費用；割樣測量所需時間較長，代價較高，而檢驗結果僅是磁體某個角上的性能，由于磁體性能不均勻，測量結果與磁體實際性能相差較大。
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，也稱為靜態磁特性。國內較為典型的是中國計量科學研究院磁性測量實驗室研制的NIM-10000H稀土永磁無損檢測系統；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生渦流以及產生磁場和磁極化強度之間的相角；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，通過軟件進行線性修正以及硬件設計來消除積分器的線性漂移和非線性漂移。采用這些設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度，以便來確定點，從而描繪出材料的退磁曲線，得到永磁體較為完整的技術參數，但是只適合于那些要求準確測量標準樣品磁性參數的場合，要想用這些設備進行永磁材料的逐塊測量是不可能做到的；同時價格昂貴也是限制其推廣應用的一個原因。
對永磁材料的成品檢驗雖然可以通過使用磁通計或特斯拉計或亥姆赫茲線圈+磁通計來進行，但都只能對永磁材料常溫特性進行檢驗，而對電機生產廠家最為關心的高溫磁性能，也就是熱穩定性的快速檢驗仍存在著很大的困難，迄今還沒有一種快速測試的方法和裝置能夠實用。
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，就是居里溫度低和溫度系數高。較高的溫度系數造成其磁性能熱穩定性較差，高溫下使用時容易發生不可逆退磁，磁損失較大，永磁體的磁性參數變化，直接影響了電機的運行性能。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，退磁曲線也會發生變化，如附圖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)，內稟矯頑力為HcJ0(單位kOe)，臨界場強為HK0(單位kOe)；工作溫度t時相應參數為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HK0定義為J-H曲線上，0.9Br0對應點的磁場強度，如圖中虛線所對應的點。圖1中，J-H曲線又稱為內稟退磁曲線；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。因為實際應用時，雖然電機的工作點是沿著B-H曲線來回移動的，但是要想直觀的反應永磁材料性能的好壞，需要的是J-H曲線上的各個參數。
隨著溫度的升高，退磁曲線將會發生拐彎，發生拐彎的點，我們稱之為拐點，如附圖1中的K點。
NdFeB永磁材料的這種缺點增加了永磁電機設計中的復雜性，也大大降低了電機運行的可靠性。永磁電機在運行時受到作用的退磁磁場強度是反復變化的。當對已充磁的永磁體施加退磁磁場強度時，磁通密度將會沿著圖1中的退磁曲線BrtK下降。當退磁磁場強度不超過拐點K時，回復線與退磁曲線的直線段相重合；當退磁磁場強度超過拐點K后，新的回復線PR就不再與退磁曲線重合了。這樣當退磁磁場強度消失后，永磁體的剩余磁感應強度Br將下降，永磁體的磁性參數變化，直接影響了電機的運行性能，稱這種現象為不可逆退磁，又叫失磁。永磁體失磁后，只有對其重新充磁才能夠繼續使用，造成了相當大的損失。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，以增強其可靠性。為了能做到這一點，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的位置，來設計電機參數，使電機在最不利情況下(包括高溫度、大電流)磁通密度仍然在永磁體退磁曲線拐點的上方往返變化。當電機停止運行時，永磁材料的剩余磁感應強度Br不變。
但是在實際應用中，拐點位置的確定存在著不少不確定因素。由于生產工藝和技術上的原因，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。為了提高電機性能，使之運行可靠，到目前為止可行的方法是對出廠的NdFeB永磁體產品進行逐塊測量。采用現有的設備雖然能夠準確的描繪出每塊永磁體的磁性參數，但是對于成批的永磁體來說，要逐塊檢測則不容易做到。
實用新型內容針對現有技術的不足，本實用新型提供了一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置。為了滿足生產廠家逐塊檢測的要求，本實用新型裝置主要對永磁體的高溫下磁特性是否合格做出判斷。即根據電機生產廠家按照電機的設計要求，對釹鐵硼材料的拐點進行設定，對一批產品進行檢測，來檢驗這一批產品的拐點位置是否符合設計要求，以此判斷該釹鐵硼材料是否符合電機設計的要求。
該實用新型檢測裝置包括積分器、運算放大器、A/D轉換器、調節器、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生的磁通量，并將其輸出信號經運算放大器放大和A/D轉換器轉換后，輸入到單片機。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，加熱層位于極頭和極柱之間，加熱層和極柱之間設有隔熱層。人工智能工業調節器，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，調節器能對加熱層的溫度進行實時監控。控制電路是本裝置的核心部分，包括單片機、觸發電路、220V交流電源、開關電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表，其中單片機從撥碼盤讀入數據，通過計算后與輸入的A/D轉換值進行比較，然后單片機根據比較結果，使觸發電路輸出觸發脈沖，并使觸發脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進行整流，再經過濾波電路進行濾波，進而控制退磁電流的變化，開關電路由接觸器和控制開關組成，面板表則用于測量并顯示電路中的電壓和電流。
應用本檢測裝置對電機用燒結釹鐵硼材料的熱穩定性進行檢測，可以直觀的來判斷電機生產廠家最為關心的永磁材料高溫下退磁曲線拐點位置，來避免電機設計制作完后，因為永磁體的不合格發生的損失。本實用新型裝置檢測快速而且價格合理，可以把測量時間從3分鐘減小到40秒，價格也只是國內同類產品的1/5。
圖1是釹鐵硼永磁材料常溫和高溫下的內稟矯頑力曲線和退磁曲線；圖2是本實用新型裝置的結構示意圖；圖3是測試電磁鐵的結構圖；圖4是本實用新型裝置的外觀圖；圖5是本實用新型裝置檢測釹鐵硼材料熱穩定性的軟件處理流程圖；圖6是本實用新型裝置單片機系統的工作原理圖；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。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型檢測裝置包括積分器、運算放大器、A/D轉換器、調節器、電磁鐵、控制電路和開關電路。其中積分器用于測量電磁鐵線圈產生的磁通量，并將測得的初始磁通量對應的輸出電壓經運算放大器放大和A/D轉換器轉換后，輸入到單片機。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，加熱層位于極頭和極柱之間，加熱層和極柱之間設有隔熱層。人工智能工業調節器，用于控制電磁鐵上加熱層的電流。加熱體上安裝有Pt電阻溫度傳感器，調節器能對加熱層的溫度進行實時監控。控制電路是本裝置的核心部分，包括單片機、觸發電路、電源電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表，其中單片機從撥碼盤讀入電流值或修正系數，然后通過正負選擇按鈕來選擇修正系數的正負，通過公式計算出所應該減小到的磁通值，比較A/D轉換值和計算值的大小，然后由單片機發出指令，使觸發電路輸出觸發脈沖控制電流變化，面板表用于測量并顯示電路中的電壓和電流值。
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。單片機上電后初始化，按下控制面板上的開始執行鍵，單片機程序開始運行，積分器的初始值Φ0對應的輸出電壓U0經過運算放大器和A./D轉換器后送到單片機，單片機將U0存放在寄存器里。通過撥碼盤讀入電流或修正系數，然后通過正負選擇按鈕來選擇修正系數的正負，通過公式計算出所應該減小到的磁通值，然后比較A./D轉換值和計算值的大小，如果采樣的A./D轉換值比計算值小則增大輸出電流值，當A./D轉換值比計算值大就退出循環；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。
其中電流變化是由單片機控制的觸發電路輸出觸發脈沖，控制晶閘管的導通角，進而控制輸出電流即退磁電流。程序運行時，單片機定時器的計數值逐漸減小，輸出觸發脈沖的間隔逐漸減小，所以晶閘管的導通角逐漸增大。退磁電流會隨著晶閘管導通角的增大而增大。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。根據上述關系，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U1(89C51)主要用于處理數據和發出控制信號。U3是運算放大器，用于對積分器的輸出電壓進行放大。U2是12位的A/D轉換器，對運算放大器U3的輸出電壓進行模數轉換，轉換后的數據送到單片機處理。圖中右邊部分是由光電耦合器和三極管組成的觸發電路，由單片機控制觸發電路輸出觸發脈沖，控制晶閘管的導通角，從而控制加到電磁鐵上的電流。該電路主要包括運算放大器、A/D轉換器、單片機及外圍電路、比較器、可控硅觸發電路。
積分器采集到的信號由OP-OT組成的運算放大器，送入由AD5T4組成的A/D轉換器，由A/D轉換器將模擬信號轉換為數字信號，將該數字信號送入單片機P1口，單片機將輸入信號與撥碼盤通過P0口輸入的設定信號相比較，將產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，以便保持可控硅同步觸發。
權利要求1.一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置，包括積分器、運算放大器、A/D轉換器、人工智能工業調節器、電磁鐵、控制電路，其特征在于調節器，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生的磁通量，并將其輸出信號經運算放大器放大和A/D轉換器轉換后，輸入到單片機；人工智能工業調節器，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，調節器能對加熱層的溫度進行實時監控；控制電路，包括單片機、觸發電路、220V交流電源、開關電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表，其中單片機從撥碼盤讀入數據，通過計算后與輸入的A/D轉換值進行比較，然后單片機根據比較結果，使觸發電路輸出觸發脈沖，并使觸發脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進行整流，再經過濾波電路進行濾波，進而控制退磁電流的變化，開關電路由接觸器和控制開關組成，面板表則用于測量并顯示電路中的電壓和電流。
2.如權利要求1所述的一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置，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.如權利要求1所述的一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置，其特征在于所述單片機從撥碼盤讀入的數據包括電流值或修正系數。
專利摘要一種電機用燒結釹鐵硼材料熱穩定性的檢測裝置，包括積分器、運算放大器、A/D轉換器、調節器、電磁鐵、控制電路，其中控制電路包括單片機、觸發電路、220V交流電源、開關電路、整流電路、濾波電路、撥碼盤、面板表。單片機從撥碼盤讀入數據，通過計算后與輸入的A/D轉換值進行比較，然后單片機根據比較結果，使觸發電路輸出觸發脈沖，并使觸發脈沖與交流220V電源提供的交流信號比較后在整流電路中進行整流，再經過濾波電路進行濾波，進而控制退磁電流的變化，開關電路由接觸器和控制開關組成，面板表則用于測量并顯示電路中的電壓和電流。本裝置檢測快速而且價格合理，可以把測量時間從3分鐘減小到40秒，價格也只是國內同類產品的1/5。
文檔編號G01R33/12GK2800290SQ20052009105
公開日2006年7月26日 申請日期2005年5月30日 優先權日2005年5月30日
發明者唐任遠, 姜代維, 林巖 申請人:沈陽工業大學