專利名稱：用于對電工鋼片分類的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對電工鋼片分類的方法，所述電工鋼片用于電機(jī)的制造并且以繞帶的形式存在。
背景技術(shù)：
在電設(shè)備、例如功率變壓器運(yùn)行時出現(xiàn)的噪聲排放尤其在該設(shè)備安裝在居住區(qū)附近時被察覺為是干擾性的。因此在制造低噪聲的功率變壓器時力求使用具有盡可能小的磁致伸縮的軟磁材料。但是在實踐中，對軟磁材料的分類被證實為困難的。通常，為了分類的目的，從繞帶(在稍后的處理步驟中從該繞帶中沖壓出用于變壓器芯的鋼片部分)中提取樣本并且在測量裝置中在磁致伸縮特性和其他磁性質(zhì)方面分析該樣本。在此首先出現(xiàn)的問題是，已知的測量裝置不提供一致的測量結(jié)果。另一方面，測量結(jié)果取決于樣本提取的位置 有可能在繞帶開始處提取的樣本和在繞帶結(jié)束處提取的樣本分別顯示出強(qiáng)烈不同的磁致伸縮特性。對于電機(jī)的噪聲特性的令人滿意的預(yù)測利用已知的測量和分類方法幾乎是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是說明一種用于對電工鋼片分類的方法，利用該方法能夠更好地預(yù)測電機(jī)的噪聲特性以及必要時也能夠更好地預(yù)測電機(jī)的磁損耗。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來解決。有利的構(gòu)型在從屬權(quán)利要求中定義。在基本構(gòu)思中本發(fā)明假定，為了對軟磁最初產(chǎn)品進(jìn)行分類不研究從所供給材料中提取的樣本，而是在整體上研究在制造車間中供給的繞帶。為此，所述繞片 (Blechwickel) 一或者也稱為線圈(Coil) —配備有勵磁繞組。借助于饋送裝置在卷繞的扁平帶中產(chǎn)生時變磁通。該時變磁通由于磁致伸縮而導(dǎo)致繞帶的形狀變化。相應(yīng)于所述磁致伸縮地產(chǎn)生在磁材料的優(yōu)先方向上的振蕩。借助于測量裝置測量所述繞帶的與優(yōu)先方向垂直分布的形狀變化并且必要時還測量測量磁損耗并且輸送給分析裝置。在所述分析裝置中，對噪聲電平(聲波功率電平)和損耗指數(shù)進(jìn)行計算并且將這些值分配到各個類別。以此方式，可以更好地預(yù)測電機(jī)的預(yù)期運(yùn)行特性，也就是針對預(yù)期的噪聲特性以及必要時還在預(yù)期的磁損耗方面更好地預(yù)測。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，在生產(chǎn)開始之前可以從所供給的繞帶中濾出對于電機(jī)的低噪聲運(yùn)行來說表現(xiàn)為特別好地適合的繞帶或表現(xiàn)為不那么好地適合的繞帶。因為以線圈的整體來評估線圈，所以分類結(jié)果不再取決于樣本提取的位置。該預(yù)測在利用本發(fā)明方法的情況下準(zhǔn)確得多。尤其是在制造大型機(jī)器、例如低噪聲的功率變壓器時，根據(jù)本發(fā)明的方法具有高的經(jīng)濟(jì)意義。執(zhí)行電工鋼片的分類或分級的分析裝置可以基于預(yù)先給定的特征(噪聲電平、損耗)來自動進(jìn)行向各類別的劃分。所述分析單元例如是相應(yīng)修改過的個人計算機(jī)(PC)，其可以比較簡單地由自身已知的硬件部件和軟件部件組合而成。所述電工鋼片到噪聲類別的分配在生產(chǎn)中僅需要小的成本。該分類方法幾乎不易受到干擾。在繞片的軸向上，可以在測量技術(shù)上特別簡單地檢測繞帶的形狀變化，所通過的方式是在繞帶的一個端面或必要時兩個端面處布置傳感器裝置，所述傳感器裝置檢測繞帶軸向上的振蕩。如果在每個端面處布置多個探測器，則可以通過簡單的方式對長度變化取平均。為了探測線圈的形狀變化，可以有利地使用常規(guī)可用的加速度傳感器。從加速度傳感器的信號中可以通過簡單的方式計算出速度信號，該速度信號可以在進(jìn)一步的結(jié)果中通過傅立葉分析分解成各個頻率分量。然后，振蕩頻譜可以比較簡單地被換算成與噪聲成比例的頻率并且在進(jìn)一步的步驟中分配給噪聲類別。適宜的是，在對電工鋼片分類時已經(jīng)考慮到電機(jī)的稍后的運(yùn)行條件，也就是說，用 50Hz (歐洲)或60Hz (美國)以及可變的幅度來向勵磁繞組饋電。已經(jīng)證實，有利的是可以在介于0. 5T至2T之間的技術(shù)相關(guān)間隔中漸進(jìn)地預(yù)先給定借助于勵磁繞組在繞帶中產(chǎn)生的磁通。在實踐中，在此約0. IT的增量已經(jīng)證實為有利的。由此可以確定與磁調(diào)制有關(guān)的預(yù)期噪聲特性。如果在分析探測器的測量信號時只使用具有預(yù)先給定頻率(100Ηζ、150Ηζ、 200Hz、…或120Hz、180Hz、MOHz、…)的整數(shù)倍的速度幅度，則尤其是可以實現(xiàn)對電工鋼片的噪聲特性的良好分類。此外，將頻譜速度分量歸一化到繞帶的確定寬度上、例如歸一化到Im的寬度上可以是有利的。由此可以進(jìn)行與所供給線圈的尺寸無關(guān)的分類。一種特別精確的預(yù)測可以通過如下方式實現(xiàn)通過在一個或兩個端面處的多個傳感器檢測繞帶的振蕩并且對這些測量信號進(jìn)行取平均。有利的是，將所測量的值換算成噪聲電平(聲波功率電平)并且保存在數(shù)據(jù)庫中， 從而可以為磁通密度的確定值分別分配鋼片材料在運(yùn)行時出現(xiàn)的確定的形狀變化。在此可以使用不同的測量原理作為用于檢測變形的傳感器；例如壓電接收器、激光干涉儀、電阻量測換能器、電容量測換能器或者電感量測換能器。


為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明在說明書的以下部分中參照附圖，在附圖中可以獲悉本發(fā)明的其他有利的構(gòu)型、細(xì)節(jié)和擴(kuò)展。圖1以示意圖示出具有勵磁繞組和用于在噪聲排放和損耗方面對繞帶分類的本發(fā)明的測量和分析裝置的繞帶；
圖2示出圖1的詳細(xì)圖示，在該詳細(xì)圖示中以剖面圖示出加速傳感器裝置在繞帶端面處的布置；
圖3示出圖1的詳細(xì)圖示，在該詳細(xì)圖示中以剖面圖示出光學(xué)傳感器裝置在繞帶端面處的布置。
具體實施例方式圖1以空間草圖示出空心圓柱形的繞帶1。在制造電機(jī)、例如功率變壓器時，這種繞帶1是最初產(chǎn)品，在稍后的處理步驟中從該最初產(chǎn)品沖壓出軟磁變壓器芯的各個鋼片部分。通常，這種繞帶在大型機(jī)械制造中具有例如直至900mm的直徑、70cm至Im的寬度以及大約1至5噸的重量。如開始時已經(jīng)提到的那樣，實踐顯示出，由這種原材料制造的電機(jī)的噪聲特性對不同的繞帶或多或少地強(qiáng)烈變化。但是在制造低噪聲的電機(jī)時力求使用具有盡可能有利的磁致伸縮性質(zhì)的軟磁材料。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在將繞帶或線圈1 (通常在電機(jī)的生產(chǎn)中所述材料以該形式來供給)在整體上進(jìn)行分類或分級。為此，線圈1配備有勵磁繞組2。如從圖1可看到的那樣， 該勵磁繞組2在軸13的方向上垂直于切線方向11延伸并且螺旋狀地纏繞空心圓柱形繞帶 1的外包覆面9、端面7和8、以及內(nèi)包覆面10。勵磁繞組2與饋送裝置5連接。該饋送裝置5向該勵磁繞組2提供在頻率和幅度方面可調(diào)整的正弦形饋送電壓。為了在噪聲排放方面對繞帶分類，現(xiàn)在將優(yōu)選具有例如50Hz或60Hz的正弦形電壓施加到勵磁繞組2上。在勵磁繞組2中流動的交變電流引起在繞帶1中構(gòu)成指向切線方向11的交變磁通。借助于電流傳感器23檢測饋入到勵磁繞組中的電流。由電流傳感器23提供的測量值M被輸送給分析單元4。為了檢測繞帶1中的由勵磁繞組2引起的磁通，圍繞繞帶1地布置有測量環(huán)6。在繞帶1中的磁通變化時，在測量環(huán)6中感應(yīng)出電壓，該電壓與磁通密度B成比例。所感應(yīng)的電壓被作為測量值22輸送給分析裝置4。在繞帶1的切線方向11上傳播的交變磁通由于軟磁材料的磁致伸縮而引起繞帶 1的形狀變化。這既導(dǎo)致繞帶長度的變化，又導(dǎo)致橫向收縮，也就是說導(dǎo)致繞帶1的軸向長度的變化。為了檢測該變形，在端面7處布置有傳感器裝置3。該傳感器3提供測量信號21， 所述測量信號21同樣輸送給分析裝置4。為了在噪聲排放方面對繞帶分類，現(xiàn)在逐級地改變勵磁繞組2的饋送電壓，直至在繞帶1中達(dá)到磁通密度的確定值。對于所調(diào)整的磁通密度，在分析裝置4中如下地分析由傳感器3提供的測量信號
在分析裝置4中借助于傅立葉分析將傳感器3的測量信號分解成頻率分量。在此只考察50Hz或60Hz的整數(shù)倍的速度幅度。頻譜的速度幅度被歸一化到繞帶1的長度單位上、例如歸一化到繞帶1的一米鋼片寬度上。對于每個頻率分量形成平均值
— 1 M t/ — 1 γ ,
M H
V·...頻率j時的平均速度 M.,.接收器的數(shù)目
j...第j個頻率分量(例如IOOHz分量)。然后對每個頻率分量計算平均的聲波功率電平
權(quán)利要求
1.一種用于對電工鋼片分類的方法，所述電工鋼片用于電機(jī)的制造并且以繞帶(1)的形式存在，其特征在于，-在繞帶(1)中借助于由饋送裝置(5)饋送的勵磁繞組(2)產(chǎn)生時變磁通，所述時變磁通引起繞帶(1)的形狀變化和磁損耗，-借助于測量裝置(3、6、23)測量所述形狀變化和/或磁損耗，并且在此過程中獲得的測量信號(21、22、24)被輸送給分析裝置(4)，并且-所述分析裝置(4)在使用所述測量信號(21、22、24)的情況下執(zhí)行對所述電工鋼片在噪聲排放和/或磁損耗方面的分級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量裝置(3、6、23)具有傳感器裝置 (3),所述傳感器裝置布置在所述繞帶(1)的一個或兩個端面(7、8)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述傳感器裝置(3)由至少一個加速度傳感器(14)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一個加速度傳感器(14)產(chǎn)生在分析裝置(4)中被換算成速度信號的測量信號(21)，隨后所述速度信號被分解成頻率分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述分析裝置(4)中執(zhí)行快速傅立葉變換(FFT)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，用具有能預(yù)先給定的頻率、尤其是具有 50Hz或60Hz頻率以及具有能預(yù)先給定的幅度的正弦形饋送電壓來饋送給所述勵磁繞組 (2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在介于0.5T與2T之間的技術(shù)上相關(guān)的范圍內(nèi)漸進(jìn)地、尤其是以0. IT為增量地預(yù)先給定磁通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對于電工鋼片的分級只使用具有預(yù)先給定的頻率的整數(shù)倍的速度幅度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述速度幅度被歸一化到繞帶(1)的寬度單位上、尤其是歸一化到Im的寬度上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述分析裝置(4)中從頻譜的速度幅度中根據(jù)公式
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，對于快速傅立葉分析的每個頻率分量根據(jù)公式
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述分析裝置(4)中在使用公式 N· λ
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述測量裝置(3、6、23)具有測量環(huán) (6)，所述測量環(huán)(6)檢測繞帶(1)中的磁通密度作為測量值(22)并且將該測量值(22)輸送給分析裝置(4)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所計算的相關(guān)的總聲波功率電平和頻譜分量以及磁通密度的測量值被存儲在分析裝置(4)的存儲裝置(20)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述分析裝置(4)中對繞帶(1)中的磁通密度的每個值都計算損耗值并且保存在所述存儲裝置(20)中。
全文摘要
用于對電工鋼片分類的方法，所述電工鋼片用于電機(jī)的制造并且以繞帶(1)的形式存在，其特征在于，-在繞帶(1)中借助于由饋送裝置(5)饋送的勵磁繞組(2)產(chǎn)生時變磁通，所述時變磁通引起繞帶(1)的形狀變化和磁損耗，-借助于測量裝置(3、6、23)測量所述形狀變化和/或磁損耗，并且在此過程中獲得的測量信號(21、22、24)被輸送給分析裝置(4)，并且-所述分析裝置(4)在使用所述測量信號(21、22、24)的情況下執(zhí)行對所述電工鋼片在噪聲排放和/或磁損耗方面的分級。
文檔編號G01R33/04GK102472804SQ200980160601
公開日2012年5月23日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者普雷加特納 H. 申請人:西門子變壓器奧地利有限責(zé)任兩合公司