應用背景

隨著新能源汽車的大規(guī)模普及和滲透，目前已成為汽車行業(yè)發(fā)展強有力的引擎。高速電機轉子溫度是影響電機安全性能的關鍵數(shù)據(jù)，轉子溫度檢測一直是測試行業(yè)的難點，以10000rpm以上的高速電機為例，在高速旋轉時，電機轉子承受巨大的離心力，電機轉子與氣隙高速摩擦，轉子表面的造成的摩擦損耗遠遠大于常規(guī)電機，給轉子的散熱帶來很大的困難。但由于轉子為高速旋轉部件，且受制于內部空間限制，目前行業(yè)內在電機設計階段多采用間接測溫手段或者無線遙測技術、高速滑環(huán)技術等試驗手段驗證電機設計。但存在諸多問題，測溫技術設備部件結構組成較為復雜，對電機的結構改動較大，設備重量產(chǎn)生較大離心力，影響電機的正常運行。目前存在行業(yè)痛點。

技術介紹

聲表面波測溫技術原理是聲表面波元件通過改變其材料性質，可以獲得不同的反射頻率，同時對環(huán)境的物理參數(shù)非常敏感，因此聲表面波元件越來越多地被用作傳感器，并適用于氣體、壓力、力、溫度、應變、輻射等領域，此次的測溫系統(tǒng)正是聲表面波技術在溫度領域的典型應用。該技術傳感器具有無源、無線、耐高溫、免維護等諸多優(yōu)勢，目前正成為行業(yè)內研究的熱點。

聲表面波測溫系統(tǒng)主要構成及工作原理如下圖所示，信號處理單元將產(chǎn)生一個低能高頻的雷達脈沖，當無線溫度探頭在運動中經(jīng)過固定點天線時接受雷達脈沖，探頭表面再反射脈沖響應回固定天線并傳輸至信號處理單元，系統(tǒng)軟件根據(jù)收到的反射信號進行頻譜繪制和分析，最終計算出監(jiān)測到的溫度值并傳送至上位機監(jiān)控系統(tǒng)。該測溫系統(tǒng)能夠實現(xiàn)電力轉子溫度的連續(xù)實時監(jiān)控，且組成結構簡單，對電子轉子的運行狀態(tài)可以有效進行預判及數(shù)據(jù)分析。

聲表面波測溫原理

解決方案

聲表面波測溫技術工作架構

如上圖所示，聲表面波測溫系統(tǒng)包括以下幾個部分組成：溫度傳感器、讀取天線、讀取器、上位機。其中溫度傳感器內置聲表面波諧振器及傳輸天線，是系統(tǒng)測溫的感知前端單元，安裝在轉子需要測溫部位（多在磁鋼表面）；讀取天線是無線信號傳輸?shù)耐ǖ?，安裝在和傳感器同一空間，并保持無線隔離；讀取器負責接收讀取天線傳遞的信號并完成對傳感器信號的解析、處理和傳輸，最終通過通信線纜上傳到上位機部分。各個部件在電機內安裝位置如下圖所示：

電機轉子測溫安裝示意圖

總結

針對新能源行業(yè)汽車電動機轉子測溫的行業(yè)需求，本方案提供了一種基于聲表面波的轉子測溫技術。該方案有效解決了電機轉子在高速旋轉狀態(tài)小溫度測量不方便的難題。目前國外已經(jīng)有基于聲表面波的電機轉子測溫產(chǎn)品，國內也有同行業(yè)廠家如聲立傳感、中科微聲、北京聲迅等公司從事這個方向的產(chǎn)品開發(fā)。相信很快就會有同類產(chǎn)品出現(xiàn)，解決新能源行業(yè)電機或者傳統(tǒng)內燃機、壓縮機轉子軸瓦等部位測溫需求。

審核編輯 黃宇