一种永磁磁极剩磁检测装置及方法

摘要

本发明提供一种永磁磁极剩磁检测装置及方法，包括：将探测线圈组置于待测剩磁的永磁磁极的表面，探测线圈组由一个或多个探测线圈构成；控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，探测线圈组中产生感应电动势，对感应电动势数据进行处理得到待测剩磁的永磁磁极的第一特征量和第二特征量；通过第一特征量和第二特征量判断永磁磁极剩磁大小。本发明不需要拆卸磁极即可实现电机永磁磁极的原位检测，通过优化探测线圈组的结构，可获得比高斯计单点测量更加稳定的测量信号；结合对感应电动势波形的信号处理，可以消除探测线圈与磁极距离变化所引起的测量误差，实现永磁电机磁极剩磁的原位高精度测量。

权利要求

1.一种永磁磁极剩磁检测方法，其特征在于，包括如下步骤：将探测线圈组置于待测剩磁的永磁磁极的表面；

控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，所述探测线圈组中产生感应电动势；所述感应电动势随着探测线圈组与永磁磁极之间距离的增大而减小，随着永磁磁极剩磁的减小而减小；

对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第一特征量；其中，所述第一特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量；

确定此时所述永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，并基于预先获取的永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，确定所述实际探测距离时永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量；所述探测距离指永磁磁极与探测线圈组之间的距离；确定此时永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，具体为：对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第二特征量；其中，所述第二特征量为与所述探测距离相关的分量，在探测距离不变时，所述第二特征量不随永磁磁极剩磁程度的改变而改变；将所述待测剩磁的永磁磁极的第二特征量和预先获取的永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲线进行对比，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组之间的实际探测距离；所述第二特征量为：三次谐波幅值与基波幅值的比值或五次谐波幅值与基波幅值的比值；

将所述待测剩磁永磁磁极的第一特征量与所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量进行对比，若二者误差小于预设阈值，则判断所述待测剩磁的永磁磁极为饱和充磁状态，否则判断所述待测剩磁的永磁磁极为未饱和充磁状态。

2.根据权利要求1所述的永磁磁极剩磁检测方法，其特征在于，所述第一特征量为：基波幅值。

3.根据权利要求1或2所述的永磁磁极剩磁检测方法，其特征在于，所述探测线圈组包括一个或多个探测线圈；每个探测线圈的轴线与永磁磁极所在平面的夹角可以为任意角度。

4.根据权利要求1或2所述的永磁磁极剩磁检测方法，其特征在于，所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，通过仿真获取，或通过实验结合尺寸、材料不限的磁极构造与饱和充磁的待测剩磁永磁磁极在测试环境下磁场分布一致的磁场获取；所述永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲线通过仿真获取，或通过实验结合尺寸、材料不限的磁极构造与不同充磁状态的待测剩磁永磁磁极在测试环境下磁场分布一致的磁场获取。

5.根据权利要求1或2所述的永磁磁极剩磁检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：在所述探测线圈组和待测剩磁永磁磁极之间的磁路内添加导磁介质，调整磁路环境，增强所述探测线圈组中产生的感应电动势；

当在探测线圈组和待测剩磁永磁磁极之间的磁路内添加导磁介质时，保证获取永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线和获取永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲线时，磁路环境与测量永磁磁极剩磁时的磁路环境相同。

6.一种永磁磁极剩磁检测装置，其特征在于，包括：探测线圈组、控制单元、探测距离确定单元以及分析单元；

所述探测线圈组置于待测剩磁的永磁磁极的表面；

所述控制单元，用于控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，所述探测线圈组中产生感应电动势；所述感应电动势随着探测线圈组与永磁磁极之间距离的增大而减小，随着永磁磁极剩磁的减小而减小；

所述分析单元，用于对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第一特征量；其中，所述第一特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量；

所述探测距离确定单元，用于确定此时所述永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，所述探测距离指永磁磁极与探测线圈组之间的距离；

所述分析单元，还用于对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第二特征量；其中，所述第二特征量为与所述探测距离相关的分量，在探测距离不变时，所述第二特征量不随永磁磁极剩磁程度的改变而改变；所述第二特征量为：三次谐波幅值与基波幅值的比值或五次谐波幅值与基波幅值的比值；

所述探测距离确定单元，将所述待测剩磁的永磁磁极的第二特征量和预先获取的永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲线进行对比，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组之间的实际探测距离；

所述分析单元，还用于基于预先获取的永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，确定所述实际探测距离时永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量，以及将所述待测剩磁永磁磁极的第一特征量与所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量进行对比，若二者误差小于预设阈值，则判断所述待测剩磁的永磁磁极为饱和充磁状态，否则判断所述待测剩磁的永磁磁极为未饱和充磁状态。

说明书

一种永磁磁极剩磁检测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于永磁磁极剩磁检测领域，更具体地，涉及一种永磁磁极剩磁检测装置及方法。

背景技术

[0002] 永磁电机以永磁体代替电励绕组，与传统的电励磁电机相比具有功率密度大、功率因数高、起动转矩大等优点。随着永磁材料性能的不断发展，特别是钕铁硼等高磁性能稀
土永磁材料性能参数的不断提高，使得永磁电机的性能有了巨大的飞跃。永磁电机在越来
越多的应用场景中替代传统电励磁电机，广泛应用于风力发电、电动汽车、家用电器、工业
驱动与控制等领域，未来永磁电机的市场需求将呈现数量级式的增长。

[0003] 永磁电机磁极通常由多个小永磁块拼装而成，生产过程中按永磁块充磁和组装工序的先后，可以分为先充磁后组装的预充磁技术和先组装后充磁的整体充磁技术。预充磁
技术中首先采用螺线管充磁线圈对不带磁性的小永磁块施加脉冲强磁场对其充磁，再用亥
姆霍兹线圈测量永磁块的剩余磁场，确定其剩磁饱和后再将带磁性的小永磁块拼装成电机
磁极。而整体充磁技术中，永磁块在不带磁性的状态下组装成电机磁极，再用充磁线圈对电
机磁极进行整体充磁，组装好的磁极带磁性后无法拆卸，因此不能再将永磁块单独拆下用
亥姆霍兹线圈测量其剩磁是否饱和。而目前通常采用高斯计等仪器对磁极的多个位置进行
单点测量，由于磁极表面磁场分布不均匀，测量精度低且重复性差，难以满足工业化流水线
生产需求。

[0004] 综上，对于整体充磁后的电机磁极，由于磁极不可拆卸，不能直接通过亥姆霍兹线圈精确测量磁极的剩磁情况，而高斯计单点测量的方法存在精度低和重复性差等问题，不
能满足整体充磁技术的需求，亟需一种新的永磁磁极剩磁检测方法。

发明内容

[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁磁极剩磁检测装置及方法，旨在解决整体充磁技术中现有磁极剩磁检测方法精度低、重复性差，难以满足工业化流
水线生产需求的问题。

[0006] 为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种永磁磁极剩磁检测方法，包括如下步骤：

[0007] 将探测线圈组置于待测剩磁的永磁磁极的表面；

[0008] 控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，所述探测线圈组中产生感应电动势；所述感应电动势随着探测线圈组与永磁磁极之间距离的增大而减小，随着永磁磁极剩磁的减小
而减小；

[0009] 对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第一特征量；其中，所述第一特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量；

[0010] 确定此时所述永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，并基于预先获取的永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，确定所述实际探测距离时永磁
磁极在充磁饱和状态下的第一特征量；所述探测距离指永磁磁极与探测线圈组之间的距
离；

[0011] 将所述待测剩磁永磁磁极的第一特征量与所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量进行对比，若二者误差小于预设阈值，则判断所述待测剩磁的永磁磁极为饱和充
磁状态，否则判断所述待测剩磁的永磁磁极为未饱和充磁状态。

[0012] 可以理解的是，控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，其中相对运动的运动速度可以是匀速或者变速；在变速情况下，基于电磁感应定律，每一时刻测量的感应电动势大小
可以根据当前时刻相对运动的运动速度，折算成某一恒定速度下的感应电动势大小，进而
与匀速情况等效。

[0013] 在一个可选的实施例中，确定此时永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，具体为：

[0014] 通过距离探测传感器确定所述实际探测距离。

[0015] 在一个可选的实施例中，确定此时永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，具体为：

[0016] 对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第二特征量；其中，所述第二特征量为与所述探测距离相关的分量，在探测距离不变时，所述第二特征量不随永磁磁
极剩磁程度的改变而改变；

[0017] 将所述待测剩磁的永磁磁极的第二特征量和预先获取的永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲线进行对比，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组之间的实际探测距
离。

[0018] 在一个可选的实施例中，所述第一特征量为：基波幅值。

[0019] 在一个可选的实施例中，所述第二特征量为：三次谐波幅值与基波幅值的比值或五次谐波幅值与基波幅值的比值。

[0020] 在一个可选的实施例中，所述探测线圈组包括一个或多个探测线圈；每个探测线圈的轴线与永磁磁极所在平面的夹角可以为任意角度。

[0021] 需要说明的是，一个轴线与永磁磁极所在平面夹角为任意角度的探测线圈能够独立完成永磁磁极剩磁检测，因此，探测线圈组至少包括一个探测线圈；而包含多个探测线圈
的探测线圈组能够在尺寸、位置和空间姿态上拥有更多的组合，通过优化多个探测线圈的
组合配置，可以实现更好的永磁磁极剩磁检测功能。

[0022] 在一个可选的实施例中，所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，通过仿真获取，或通过实验结合尺寸、材料不限的磁极构造与饱和充磁的待
测剩磁永磁磁极在测试环境下磁场分布一致的磁场获取；所述永磁磁极的第二特征量与探
测距离的关系曲线通过仿真获取，或通过实验结合尺寸、材料不限的磁极构造与不同充磁
状态下待测剩磁永磁磁极在测试环境下磁场分布一致的磁场获取。

[0023] 其中，上述测试环境指的是待测剩磁永磁磁极的剩磁检测环境。

[0024] 在一个可选的实施例中，该方法还包括如下步骤：

[0025] 在所述探测线圈组和待测剩磁永磁磁极之间的磁路内添加导磁介质，调整磁路环境，增强所述探测线圈组中产生的感应电动势；

[0026] 当在探测线圈组和待测剩磁永磁磁极之间的磁路内添加导磁介质时，保证获取永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线和获取永磁磁极的第二特
征量与探测距离的关系曲线时，磁路环境与测量永磁磁极剩磁时的磁路环境相同。

[0027] 更具体地，导磁介质可以与探测线圈组为一个整体，两者保持相对静止，与永磁磁极之间存在相对运动；或者导磁介质与永磁磁极保持相对静止，与探测线圈组之间存在相
对运动；永磁磁极与探测线圈组之间的磁路由永磁磁极、空气间隙和导磁介质组成。

[0028] 第二方面，本发明提供了一种永磁磁极剩磁检测装置，包括：探测线圈组、控制单元、探测距离确定单元以及分析单元；

[0029] 所述探测线圈组置于待测剩磁的永磁磁极的表面；

[0030] 所述控制单元，用于控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，所述探测线圈组中产生感应电动势；所述感应电动势随着探测线圈组与永磁磁极之间距离的增大而减小，随着
永磁磁极剩磁的减小而减小；

[0031] 所述分析单元，用于对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第一特征量；其中，所述第一特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量；

[0032] 所述探测距离确定单元，用于确定此时所述永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，所述探测距离指永磁磁极与探测线圈组之间的距离；

[0033] 所述分析单元，还用于基于预先获取的永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，确定所述实际探测距离时永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征
量，以及将所述待测剩磁永磁磁极的第一特征量与所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一
特征量进行对比，若二者误差小于预设阈值，则判断所述待测剩磁的永磁磁极为饱和充磁
状态，否则判断所述待测剩磁的永磁磁极为未饱和充磁状态。

[0034] 在一个可选的实施例中，所述分析单元，还用于对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第二特征量；其中，所述第二特征量为与所述探测距离相关的分量，在
探测距离不变时，所述第二特征量不随永磁磁极剩磁程度的改变而改变；以及将所述待测
剩磁的永磁磁极的第二特征量和预先获取的永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲
线进行对比，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组之间的实际探测距离。

[0035] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0036] 本发明提供一种永磁磁极剩磁检测装置及方法，采用探测线圈组进行永磁磁极剩磁检测，探测线圈组安装于永磁磁极表面，两者相对运动，使得磁力线切割探测线圈产生感
应电动势，通过对感应电动势数据处理得到的待测剩磁的永磁磁极的第一特征量，将其与
永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量进行对比可以判断永磁磁极剩磁情况，其中第一
特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量，本发明不需要拆卸磁极即可实现电机永磁磁极的原
位检测。

[0037] 本发明提供一种永磁磁极剩磁检测装置及方法，进一步可以通过对感应电动势数据处理得到的待测剩磁的永磁磁极的第二特征量判断永磁磁极与探测线圈组之间的实际
探测距离，其中第二特征量为与探测距离相关的分量。本发明通过第二特征量求出实际探
测距离，避免了永磁磁极与探测线圈组之间探测距离波动引入的误差，实现对探测距离的
修正，并在修正探测距离的基础上，对比永磁磁极饱和充磁下第一特征量相对探测距离的
变化曲线，可确定修正探测距离下的永磁磁极饱和充磁状态下的第一特征量，将对感应电
动势数据处理得到的待测剩磁的永磁磁极的第一特征量与修正得到的第一特征量对比判
断永磁磁极剩磁情况。本发明通过对探测距离的修正可以进一步提高剩磁检测的精度。

[0038] 综上，本发明不需要拆卸磁极即可实现电机永磁磁极的原位检测，通过优化探测线圈组的形状和大小，可获得比高斯计单点测量更加稳定的测量信号；结合对感应电动势
的信号处理，可以消除探测线圈组与磁极距离变化所引起的测量误差，实现永磁电机磁极
剩磁的原位高精度测量。

附图说明

[0039] 图1是本发明实施例提供的永磁磁极剩磁检测方法流程图；

[0040] 图2是本发明实施例提供的单个探测线圈检测示意图；

[0041] 图3是本发明实施例提供的单个永磁磁极剩磁检测区间示意图；

[0042] 图4是本发明实施例提供的不同θ角下探测线圈感应电动势波形图；

[0043] 图5是本发明实施例提供的不同距离下θ=60°探测线圈感应电动势波形图；

[0044] 图6是本发明实施例提供的不同剩磁程度下θ=60°探测线圈感应电动势波形图；

[0045] 图7是本发明实施例提供的不同θ角下探测线圈感应电动势三次谐波与基波幅值比随距离变化曲线；

[0046] 图8是本发明实施例提供的不同θ角下探测线圈感应电动势三次谐波与基波幅值比随剩磁程度变化曲线；

[0047] 图9是本发明实施例提供的探测线圈组检测示意图；

[0048] 图10是本发明实施例提供的不同探测距离下探测线圈组综合感应电动势波形图；

[0049] 图11是本发明实施例提供的探测线圈组综合感应电动势三次谐波‑基波幅值比与探测距离关系曲线；

[0050] 图12是本发明实施例提供的探测线圈组综合感应电动势基波幅值与探测距离关系曲线；

[0051] 图13是本发明实施例提供的探测距离增大情况下饱和充磁磁极检测结果误差曲线；

[0052] 图14是本发明实施例提供的探测距离减小情况下未饱和充磁磁极检测结果误差曲线；

[0053] 图15是本发明实施例提供的一种含有导磁介质的检测装置示意图；

[0054] 图16是本发明实施例提供的另一种含有导磁介质的检测装置示意图；

[0055] 图17是本发明实施例提供的永磁磁极剩磁检测装置架构图；

[0056] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：1、任意θ角的单个探测线圈，2、永磁磁极，3、探测线圈组中θ=0°的探测线圈，4、探测线圈组中θ =90°的
探测线圈，5、导磁介质。

具体实施方式

[0057] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明。

[0058] 针对现有永磁电机磁极剩磁检测存在的精度低、重复性差等问题，特别是整体充磁过程中永磁块剩磁无法检测的问题，本发明提出了采用探测线圈组进行永磁磁极剩磁检
测的方法，探测线圈组安装于永磁磁极表面，两者相对运动，使得磁力线切割探测线圈组产
生感应电动势，通过对探测线圈组感应电动势信号进行数据处理及分析，判断永磁磁极剩
磁的大小。本发明不需要拆卸磁极即可实现电机永磁磁极的原位检测，通过优化探测线圈
组内每个线圈的尺寸和空间位置，可获得比高斯计单点测量更加稳定的测量信号；结合对
探测线圈组感应电动势信号的数据处理及分析，可以消除探测线圈组与磁极距离变化所引
起的测量误差，实现永磁电机磁极剩磁的原位高精度测量。

[0059] 图1是本发明实施例提供的永磁磁极剩磁检测方法流程图；如图1所示，包括如下步骤：

[0060] S101，将探测线圈组置于待测剩磁的永磁磁极的表面；

[0061] S102，控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，所述探测线圈组中产生感应电动势；所述感应电动势随着探测线圈组与永磁磁极之间距离的增大而减小，随着永磁磁极剩磁的
减小而减小；

[0062] S103，对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第一特征量；其中，所述第一特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量；

[0063] S104，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，并基于预先获取的永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，确定所述实际探测距离
时永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量；所述探测距离指永磁磁极与探测线圈组之间
的距离；

[0064] S105，将所述待测剩磁永磁磁极的第一特征量与所述永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量进行对比，若二者误差小于预设阈值，则判断所述待测剩磁的永磁磁极为饱
和充磁状态，否则判断所述待测剩磁的永磁磁极为未饱和充磁状态。

[0065] 可选地，确定此时永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，具体包括如下两种方式：

[0066] 第一、通过距离探测传感器确定所述实际探测距离。

[0067] 第二、对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第二特征量；其中，第二特征量为与探测距离相关的分量，在探测距离不变时，所述第二特征量不随永磁磁极
剩磁程度的改变而改变；

[0068] 将待测剩磁的永磁磁极的第二特征量和预先获取的永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲线进行对比，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组之间的实际探测距离。

[0069] 可选地，第一特征量为：基波幅值。

[0070] 可选地，第二特征量为：三次谐波幅值与基波幅值的比值或五次谐波幅值与基波幅值的比值。

[0071] 可选地，探测线圈组包括一个或多个探测线圈；每个探测线圈的轴线与永磁磁极所在平面的夹角可以为任意角度。

[0072] 可选地，永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线可通过如下两种方式获取：

[0073] 第一、通过仿真获取。

[0074] 第二、通过实验结合尺寸、材料不限的磁极构造与饱和充磁的待测剩磁永磁磁极在测试环境下磁场分布一致的磁场获取；所述永磁磁极的第二特征量与探测距离的关系曲
线通过仿真获取，或通过实验结合尺寸、材料不限的磁极构造与不同充磁状态的待测剩磁
永磁磁极在测试环境下磁场分布一致的磁场获取。

[0075] 在一个可能的实施例中，本发明可以在探测线圈组和待测剩磁永磁磁极之间的磁路内添加导磁介质，调整磁路环境，增强所述探测线圈组中产生的感应电动势；

[0076] 当在探测线圈组和待测剩磁永磁磁极之间的磁路内添加导磁介质时，保证获取永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线和获取永磁磁极的第二特
征量与探测距离的关系曲线时，磁路环境与测量永磁磁极剩磁时的磁路环境相同。

[0077] 更具体地，导磁介质可以与探测线圈组为一个整体，两者保持相对静止，与永磁磁极之间存在相对运动；或者导磁介质与永磁磁极保持相对静止，与探测线圈组之间存在相
对运动；永磁磁极与探测线圈组之间的磁路由永磁磁极、空气间隙和导磁介质组成。

[0078] 图2是本发明实施例提供的单个探测线圈检测示意图；如图2所示，将一个探测线圈1置于永磁电机转子磁极2表面，当磁极相对于探测线圈运动时，会在探测线圈中感应电
动势。

[0079] 图3是本发明实施例提供的单个永磁磁极剩磁检测区间示意图，单个永磁磁极剩磁检测区间的边界为相邻两个永磁磁极的中心线，如图3所示。

[0080] 图4为不同θ角下探测线圈在单个永磁磁极剩磁检测区间内感应电动势波形图，当探测线圈轴线与磁极表面的夹角θ改变时，感应电动势波形也会相应发生变化，如图4所示。

[0081] 图5是本发明实施例提供的不同距离下θ=60°探测线圈感应电动势波形图，图6是本发明实施例提供的不同剩磁程度下θ=60°探测线圈感应电动势波形图；结合图5和图6，可
见在同一θ角的情况下，探测线圈感应电动势波形受到两个因素的影响，如图5所示，一方面
线圈感应电动势会随着探测距离的增大而减小；如图6所示，另一方面磁极剩磁程度的降低
也会导致线圈感应电动势的减小。

[0082] 如果探测线圈组与永磁磁极间距保持不变，通过选择合适的待测磁极第一特征量，如波形幅值、基波幅值等，即可推算永磁磁极剩磁大小，从而判断永磁磁极是否饱和充
磁。但是实际上，由于加工、组装等误差，在探测线圈与电机磁极相对运动的过程中，两者的
间距会发生细微变化，这将导致较大的测量误差，使得剩磁检测结果失去参考价值。

[0083] 为了保证剩磁检测结果的准确性，有必要在运动过程中对线圈探测距离进行实时修正。由前面分析可知，探测线圈感应电动势同时受到探测距离和磁极剩磁程度两大因素
的影响，在待测磁极剩磁程度未知的情况下，无法直接根据波形幅值、基波幅值等特征量来
计算实际探测距离的大小。因此，为了获取线圈实际的探测距离，首先需要排除磁极剩磁程
度的干扰。

[0084] 对比图5、图6中的感应电动势波形可以发现，探测距离和磁极剩磁程度对线圈感应电动势波形的影响不同：在探测距离增大的过程中，感应电动势波形的幅值降低，同时感
应电动势波形的形状也发生变化；而当磁极剩磁程度减小时，仅感应电动势波形的幅值降
低，波形形状基本保持不变。

[0085] 图7是本发明实施例提供的不同θ角下探测线圈感应电动势三次谐波与基波幅值比随距离变化曲线，如图7所示，在探测距离增大的过程中，三次谐波与基波幅值比是单调
递减的。

[0086] 图8是本发明实施例提供的不同θ角下探测线圈感应电动势三次谐波与基波幅值比随剩磁程度变化曲线，如图8所示，在磁极剩磁程度减小的过程中，感应电动势波形的基
波幅值与谐波幅值保持同步变化，三次谐波与基波的幅值比为常数。

[0087] 另外，经过研究发现，在探测距离增大的过程中，五次谐波与基波的幅值比单调递减；在磁极剩磁程度减小的过程中，感应电动势波形的基波幅值与谐波幅值保持同步变化，
五次谐波与基波的幅值比也为常数。

[0088] 由于探测距离和磁极剩磁程度对感应电动势波形影响的不同，可以对感应电动势信号进行数据处理，提取出永磁磁极的第二特征量，如三次谐波与基波的幅值比、五次谐波
与基波的幅值比，用于判断实际探测距离的大小。

[0089] 需要说明的是，第一特征量用于判断永磁磁极剩磁大小，其特性为：在同一探测距离的前提下，第一特征量与待测磁极剩磁程度存在一一对应关系。第二特征量用于判断实
际探测距离大小，其特性为：大小与磁极剩磁程度无关，与探测距离存在一一对应关系。本
发明在实施例中仅仅列举了基波、谐波‑基波比这一可行的方案，实际上，由于信号数据处
理手段的多样性，很容易从感应电动势信号中构造出满足第一特征量、第二特征量特性的
其他特征量，例如，将基波、谐波‑基波比作为自变量，代入任意一个在自变量取值范围内单
调的函数后，所得因变量依然满足第一特征量、第二特征量的特性。此外，不对检测数据进
行谐波分析，直接采用幅值、平均值等波形特征量，在一些特定场景下，其也能作为第一特
征量。因此，无论对感应电动势采用何种数据处理方法，只要得到的特征量满足上述的第一
特征量、第二特征量的特性，进而采用本发明所提出的方法进行永磁磁极剩磁判断，都应属
于本发明的保护范围之内。

[0090] 通过上述分析可知，一个任意θ角的探测线圈可以实现永磁磁极剩磁检测的功能，其基本流程为：

[0091] 1）在饱和充磁状态数据标定阶段，取一组饱和充磁的与待测剩磁永磁磁极同款的磁极，将其置于与待测磁极相同的测试环境，测出饱和充磁磁极在不同探测距离下的感应
电动势波形，经过数据处理可以得到饱和充磁磁极的第一特征量与探测距离的关系曲线、
第二特征量与探测距离的关系曲线，将此作为剩磁判断的标准数据参考库。

[0092] 2）在剩磁检测阶段，首先对待测磁极的感应电动势波形进行处理，得到待测磁极的第一特征量和第二特征量。基于待测磁极的第二特征量，在标准数据参考库的第二特征
量与探测距离的关系曲线中找到对应的探测距离，将此探测距离作为参考距离。随后在标
准数据参考库的第一特征量与探测距离的关系曲线中找到参考距离下饱和充磁磁极的第
一特征量，对比待测磁极的第一特征量与饱和充磁磁极第一特征量的大小，从而判断待测
磁极是否饱和充磁。

[0093] 另外，饱和充磁状态数据标定的目的是获取待测磁极在饱和充磁情况下探测线圈感应电动势波形，而当探测线圈不变时，感应电动势波形将完全取决于空间磁场的分布。所
以，结合尺寸、材料不限的磁极，构造出与饱和充磁的待测磁极在测试环境下空间磁场分布
一致的磁场，在此磁场下，测量不同距离时感应电动势波形，经数据处理也可以得到饱和充
磁磁极的第一特征量与探测距离的关系曲线、第二特征量与探测距离的关系曲线。

[0094] 除此之外，通过仿真的手段，也能得到饱和充磁磁极的第一特征量与探测距离的关系曲线、第二特征量与探测距离的关系曲线。

[0095] 可以理解的是，对于永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，也可以不通过第二特征量的方式间接获取，可以直接通过距离探测传感器确定实际探测距离。

[0096] 通过以上分析可知，一个探测线圈就可以实现剩磁检测的功能，但有时为了获取更高的剩磁检测精度，需要多个探测线圈构成探测线圈组，通过多个探测线圈感应电动势
数据的整合，实现更优的检测性能。

[0097] 在一个具体的实施例中，本发明提供的永磁磁极剩磁检测方法具体包括如下步骤：

[0098] 一、探测线圈组数据的整合

[0099] 如图9所示，探测线圈组由θ角为0°的探测线圈3和θ角为90°的探测线圈4组成，将两个探测线圈感应电动势数据进行加权线性叠加，得到探测线圈组的综合感应电动势，两
个探测线圈的加权权重系数均为0.5。

[0100] 二、饱和充磁状态数据标定

[0101] 1）取一组与待测电机磁极形状、材料完全相同的磁块，通过亥姆霍兹线圈测量其剩磁程度，确定磁块已经达到饱和充磁状态。将磁块置于与待测磁极相同的测试环境，在永
磁块表面布置探测线圈组，使探测线圈组与永磁块以恒定速度v相对运动，磁力线切割探测
线圈产生感应电动势，经数据处理后可得探测线圈组的综合电动势波形，即图10中的一条
曲线。

[0102] 2）改变探测线圈组与磁块表面的距离，记录不同距离下的探测线圈组综合电动势波形，形成图10中的一组曲线。

[0103] 3）对图10中的曲线进行谐波分析，选择综合电动势波形三次谐波‑基波幅值比为第二特征量，基波幅值为第一特征量，获得图11中饱和充磁状态下第二特征量与探测距离
的关系曲线，以及图12中的饱和状态下第一特征量与探测距离的关系曲线。

[0104] 其中，图11中、图12中K1待测磁极的第二特征量，d1表示参考距离，Mst表示饱和充磁状态下的第一特征量。

[0105] 三、任意距离、任意剩磁情况下磁极的剩磁检测

[0106] 1）在未准确测量探测线圈组与磁极间的距离，以及磁极剩磁程度不明确的情况下，控制探测线圈与磁极以速度v相对运动，产生感应电动势，经过数据处理后得到探测线
圈组的综合电动势波形，对波形进行谐波分析，得到综合电动势波形的三次谐波‑基波幅值
比K1和综合电动势基波幅值M1，其中K1为待测磁极的第二特征量，M1为待测磁极的第一特征
量。

[0107] 2）根据图11中的曲线关系找出待测磁极第二特征量K1对应的探测距离d1，将d1作为探测线圈组的参考距离。随后在图12的关系曲线中找出参考距离d1对应的磁极在饱和充
磁状态下的第一特征量Mst，对比M1与Mst的大小，若两者相对误差在预设范围内则说明待测
磁极为饱和充磁，若M1与Mst相对误差不在预设范围内，则说明磁极未饱和充磁。

[0108] 图13为剩磁程度为100%的磁极在探测距离增大情况下M1与Mst的相对误差曲线。如果不进行探测距离的修正，并假定参考距离d1比实际距离小4mm，在这一基础上进行剩磁检
测可得到图13中未修正的相对误差曲线。可以看出，距离修正前的探测线圈组综合电动势
基波幅值M1与Mst的相对误差范围为7%~11%，如果预设误差阈值为5%，那么此剩磁程度为
100%的磁极将被判定为不饱和。而如果采用本发明提供的距离修正方法，即通过谐波‑基波
幅值比与探测距离的关系对参考距离d1进行修正的方法，则相对误差范围将变为0%~2%，磁
极将会被准确判定为饱和。

[0109] 相似地，图14为剩磁程度为90%的磁极在探测距离减小的情况下M1与Mst的相对误差曲线，假定距离修正前的参考距离d1比实际距离大4mm，距离修正前探测线圈组综合磁链
基波幅值M1与Mst的相对误差范围为0%~3%，在5%的预设误差阈值情况下，该磁极将被判定为
饱和。如果采用本发明提供的永磁磁极剩磁检测方法，对参考距离d1进行修正，相对误差的
范围将变为7% 12%，磁极将会被判定为不饱和。
~

[0110] 参见上述图13和图14的案例，可知以上探测距离增大和减小的案例分析充分验证了本发明提出的永磁磁极剩磁检测方法的准确性，相比未对距离进行修正的剩磁检测方
案，本发明对距离进行修正后进行剩磁检测方案的准确性得到了极大的提升。

[0111] 图15是本发明实施例提供的一种含有导磁介质的检测装置示意图；如图15所示，5为导磁介质，导磁介质5与θ=0°探测线圈3、θ=90°探测线圈4保持相对静止。在永磁磁极与探
测线圈组之间磁路添加导磁介质5，减小磁路磁阻，增大磁通密度，增强感应电动势信号。其
中，导磁介质与探测线圈组保持相对静止，与永磁磁极相对运动。

[0112] 图16是本发明实施例提供的另一种含有导磁介质的检测装置示意图；如图16所示，导磁介质5与永磁磁极2保持相对静止。在永磁磁极与探测线圈组之间磁路添加导磁介
质5，减小磁路磁阻，增大磁通密度，增强感应电动势信号。其中，导磁介质与永磁磁极保持
相对静止，与探测线圈组相对运动。

[0113] 图17是本发明实施例提供的永磁磁极剩磁检测装置架构图，如图17所示，包括：探测线圈组1710、控制单元1720、探测距离确定单元1730以及分析单元1740；

[0114] 所述探测线圈组1710置于待测剩磁的永磁磁极的表面；

[0115] 所述控制单元1720，用于控制永磁磁极与探测线圈组相对运动，所述探测线圈组中产生感应电动势；所述感应电动势随着探测线圈组与永磁磁极之间距离的增大而减小，
随着永磁磁极剩磁的减小而减小；

[0116] 所述分析单元1740，用于对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第一特征量；其中，所述第一特征量为与永磁磁极剩磁相关的分量；

[0117] 所述探测距离确定单元1730，用于确定此时所述永磁磁极与探测线圈组的实际探测距离，所述探测距离指永磁磁极与探测线圈组之间的距离；

[0118] 所述分析单元1740，还用于基于预先获取的永磁磁极在充磁饱和状态下的第一特征量与探测距离的关系曲线，确定所述实际探测距离时永磁磁极在充磁饱和状态下的第一
特征量，以及将所述待测剩磁永磁磁极的第一特征量与所述永磁磁极在充磁饱和状态下的
第一特征量进行对比，若二者误差小于预设阈值，则判断所述待测剩磁的永磁磁极为饱和
充磁状态，否则判断所述待测剩磁的永磁磁极为未饱和充磁状态。

[0119] 在一个可选的实施例中，所述分析单元1740，还用于对所述感应电动势进行分析，确定待测剩磁永磁磁极的第二特征量；其中，所述第二特征量为与所述探测距离相关的分
量，在探测距离不变时，所述第二特征量不随永磁磁极剩磁程度的改变而改变；以及将所述
待测剩磁的永磁磁极的第二特征量和预先获取的永磁磁极的第二特征量与探测距离的关
系曲线进行对比，确定此时所述永磁磁极与探测线圈组之间的实际探测距离。

[0120] 具体地，上述各个单元的详细实现方式可参见前述实施例中的介绍，在此不做赘述。

[0121] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。