應(yīng)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(qiáng)有力的引擎。高速電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度是影響電機(jī)安全性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)子溫度檢測一直是測試行業(yè)的難點(diǎn)，以10000rpm以上的高速電機(jī)為例，在高速旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)轉(zhuǎn)子承受巨大的離心力，電機(jī)轉(zhuǎn)子與氣隙高速摩擦，轉(zhuǎn)子表面的造成的摩擦損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)電機(jī)，給轉(zhuǎn)子的散熱帶來很大的困難。但由于轉(zhuǎn)子為高速旋轉(zhuǎn)部件，且受制于內(nèi)部空間限制，目前行業(yè)內(nèi)在電機(jī)設(shè)計(jì)階段多采用間接測溫手段或者無線遙測技術(shù)、高速滑環(huán)技術(shù)等試驗(yàn)手段驗(yàn)證電機(jī)設(shè)計(jì)。但存在諸多問題，測溫技術(shù)設(shè)備部件結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，對電機(jī)的結(jié)構(gòu)改動較大，設(shè)備重量產(chǎn)生較大離心力，影響電機(jī)的正常運(yùn)行。目前存在行業(yè)痛點(diǎn)。

技術(shù)介紹

聲表面波測溫技術(shù)原理是聲表面波元件通過改變其材料性質(zhì)，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(yīng)變、輻射等領(lǐng)域，此次的測溫系統(tǒng)正是聲表面波技術(shù)在溫度領(lǐng)域的典型應(yīng)用。該技術(shù)傳感器具有無源、無線、耐高溫、免維護(hù)等諸多優(yōu)勢，目前正成為行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

聲表面波測溫系統(tǒng)主要構(gòu)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(dá)脈沖，當(dāng)無線溫度探頭在運(yùn)動中經(jīng)過固定點(diǎn)天線時接受雷達(dá)脈沖，探頭表面再反射脈沖響應(yīng)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(jìn)行頻譜繪制和分析，最終計(jì)算出監(jiān)測到的溫度值并傳送至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該測溫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電力轉(zhuǎn)子溫度的連續(xù)實(shí)時監(jiān)控，且組成結(jié)構(gòu)簡單，對電子轉(zhuǎn)子的運(yùn)行狀態(tài)可以有效進(jìn)行預(yù)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(shù)工作架構(gòu)

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(jī)。其中溫度傳感器內(nèi)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(zhuǎn)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(fù)責(zé)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(jī)部分。各個部件在電機(jī)內(nèi)安裝位置如下圖所示：

電機(jī)轉(zhuǎn)子測溫安裝示意圖

總結(jié)

針對新能源行業(yè)汽車電動機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子測溫技術(shù)。該方案有效解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子測溫產(chǎn)品，國內(nèi)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(jī)或者傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸瓦等部位測溫需求。

審核編輯 黃宇