电机铁心预组装铁心损耗测量技术的研究（二）——新型测量技术

发布日期：2025-07-28 浏览次数：2578

近年来铁心损耗测量技术的进步显著提升了测量精准度。这得益于高精度传感器、宽频带电气设备的运用以及建模技术的创新。使用形状接近实际电机铁心的测试样本对确保测量结果的准确性至关重要。例如，使用带有叠片和定子齿的完整定子铁心作为测试样本，因其经历了所有制造工序，能够更精确地反映实际铁心损耗。

以下是几种新测量方法：

槽绕定子铁心法：通过在定子背铁和槽中绕制初级和次级绕组，产生交变磁通，测量定子背铁中的铁心损耗。

C形磁化线圈法：利用两个C形磁化轭对定子齿进行励磁，测量整个定子铁心（包括齿和轭部分）的损耗。

旋转磁场激励法：通过产生旋转磁场来模拟电机运行时的电磁能量转换，测量铁心在旋转磁场下的损耗。

在工业应用方面，铁心损耗测量是电机制造中的关键质量保证手段，对提升生产效率和产品质量具有重要意义。例如，Brockhaus BST-L测试仪采用C形磁化线圈法，结合自动化和先进的控制系统，能够快速、准确地测量定子铁心的铁心损耗。该测试仪可在不同激励条件下（如正弦波、脉宽调制和自由曲线激励）进行测量，从而更全面地评估铁心损耗。

这些先进的铁心损耗测量方法和技术不仅提高了测量的准确性，还能够更好地反映实际操作条件下的铁心损耗。这对于优化电机设计、提高电机效率和可靠性具有重要意义。通过这些方法，可以更有效地识别和解决制造过程中对铁心损耗的影响，从而提升电机的整体性能。

先进铁心损耗测量法在工业中的应用

铁损测试在电机制造中用于质量管控，能检测铁心缺陷，如叠片短路。精确测量铁损对电机高效设计和可靠运行至关重要。Brockhaus、Veer Electronics、Phenix Technologies和Jenkins Electric等厂商提供的产品可用于硅钢及电机铁心铁损特性评估。以下是部分高级铁损测量方法。

大批量生产的二线感应法：在大批量生产中，常采用两线感应法快速测量铁心损耗。该方法通过初级绕组激励铁心，从次级绕组测量感应值来确定铁心损耗。例如，Veer Core Loss Tester、Brockhaus Split Tester和Lexseco Model 2200等设备均基于此方法。这些设备允许初级和次级电缆从铁心一端接入，另一端退出。通过测量初级电流和次级电压，可计算出不同磁感应强度下的铁心损耗。这种方法能快速评估切割和堆叠过程后的定子质量。

图1 具有快速换心能力的二线感应法

Brockhaus BST-SA和BST-FA的自动化技术：自动化技术在铁心损耗测量系统中的应用减少了测量时间。Brockhaus BST-SA和BST-FA在自动化方面进行了改进。其BST线圈可分离，便于插入定子铁心测试，具备快速更换铁心的能力。初级线圈连接交流电源，能产生所需的磁场。与标准电缆测试仪相比，分体式线圈设计固定且绕组配置稳定，可进行数值空气磁通补偿，适用于各种定子几何形状，测量精度高。

Brockhaus BST-L的全自动化测量：Brockhaus BST-L是一款全自动化铁心损耗测量仪。它基于C形磁化线圈法，定制传感器头部与XZ扫描系统集成，精确定位；旋转工作台和定子夹具可多角度测量。它能提供完整磁化电路（含传感器头部、定子齿和背铁）的磁性能信息，通过后处理分析准确确定功率损耗和B-H特性，实现齿铁心损耗的隔离。

图2 Brockhaus BST-L心损耗测量系统：(a) 自动心耗测量系统 (b)传感器头和定子心

图3 使用BST-L测试仪测量齿部和背部的磁通密度分布比较分析与讨论

表1对铁心损耗测试方法进行了比较。每种测量方法都有其优势和局限性。爱泼斯坦方圈适用于评估硅钢薄片质量，但不考虑制造效应。单片测试仪提供了更详细的材料特性，但需要频繁重新校准，并且在容纳复杂形状方面受到限制。环形测试仪在均匀磁化下提供了更准确的铁心损耗测量，考虑了切割、堆叠和粘结操作对铁心材料磁性能的影响。然而，由于电机铁心中缺乏结构元件，可能会低估损耗。

表1 不同测试方法的比较

目前一些新型测量技术如槽绕定子铁心测量系统和带有C形磁化线圈的堆叠定子铁心测量等技术已被引入以提高精度。例如，槽绕定子铁心测量系统允许对定子轭中的铁心损耗进行精确评估，然而，该方法忽略了由于被动磁通路径和漏磁效应导致的定子齿中的损耗。在堆叠定子铁心测量中使用C形磁化线圈的创新使得能够通过评估定子铁心中的磁通密度和磁场强度变化来进行更详细的分析。以上这些方法解决了一些特定问题，例如考虑定子齿中的损耗和堆叠铁心内部的非均匀磁通分布，同时考虑了各种制造工艺的影响，包括切割（例如冲压、激光切割）、堆叠和粘结（例如互锁、焊接）以及退火工艺，并通过与脉动磁通模型结合的旋转磁场模拟来更好地捕捉AC设备中的操作条件，并提高铁心损耗评估的预测能力。不过值得注意的是，这些新型铁心损耗测量技术虽先进，但在应用中面临各向异性效应及铁心形状复杂性等挑战，需精细调整以确保测量可靠。制造商利用高科技硅钢材料和自动化系统，提升铁心损耗测量的精准度与效率。Brockhaus BST-L测试仪通过齿部磁化全面分析定子铁心特性，适用于多种激励条件，为优化电机设计、提升效率和可靠性提供支持。

SRM（开关磁阻电机）因其坚固结构、低成本和高性能，在电动汽车（EV）等领域前景广阔。精确测量转子铁心损耗对优化SRM效率极为重要。但SRM的激励电流和定子结构与传统交流电机差异显著，导致磁场分布不均且复杂。传统测量方法（如环形、爱泼斯坦方框和SST）可能不再适用，需开发专门的激励方法。这可能包括设计新的轭形状、背铁搜索线圈和独特的旋转激励线圈配置。未来研究应聚焦高频谐波对铁心损耗的影响，开发更敏感的测量技术来捕捉其对电机和发电机效率的显著影响。同时，深入研究制造工艺（如退火和粘结）对温度变化的敏感性，以及温度对定子和转子铁心损耗的影响，对于提升电机性能至关重要。此外，开发先进的仿真技术，结合非正弦磁化和复杂激励模式，可更准确地预测实际操作条件下的铁心损耗。

此外制造商还应考虑在测量仪器中引入更高频域技术，以捕捉更广泛的磁场变化，同时通过完全自动化系统提高测量效率和准确性。这些措施有助于在制造环境中实现快速、可靠的铁心损耗测量，从而推动电机技术的进步和应用。

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