新能源电机扇形轮平面度电涡流检测系统及方法与流程

本发明涉及一种新能源电机扇形轮平面度电涡流检测系统及方法，属于线性尺寸计量。

背景技术：

1、在新能源汽车驱动电机制造中，转子轴端导电金属扇形轮的端面位置和轴向间距直接决定转子位置传感器的角度解调质量，利用高频交变磁场在导电金属表面产生交变涡流，并根据阻抗变化计算气隙位移，是电机总装过程中获取线性尺寸的基础途径。

2、在驱动电机完成端盖压配后，转子轴伸位于封闭的深孔腔体内，常规接触测针和光学测头受通道限制，无法伸入深孔测量端面几何尺寸，原装位置传感器采用全周环形拓扑，感应回路跨越全部扇叶，各扇叶产生的电磁变化会在回路中连续叠加，输出信号只能反映综合回转角度，无法单独分辨各扇叶的轴向气隙间距，同时，冲压金属扇叶受应力释放影响，会在径向上产生翘曲差异，扇叶转动经过磁场时，内缘和外缘的空间气隙会产生落差，传统检波仅获取单一幅值信息，容易将径向翘曲引起的变化混入垂直气隙信号，造成平面度评定失真，此外，封闭腔体内温度升高还会使线圈的高频阻抗发生漂移，对位移信号提取造成温漂干扰，业界也尝试缩小探头尺寸，使其能够伸入腔内检测，但受深径比和电磁衰减限制，线圈尺寸减小后信噪比会下降，而且常规对称线圈仍无法消除扇叶径向翘曲对测距的干扰，不仅探头硬件结构的尺寸缩减面临物理极限，现有技术在测量解算逻辑与信号处理等方法层面也存在缺陷，例如，公开号为cn104154853a的中国发明专利申请公开了一种采用电涡流传感器测量风力发电机气隙的方法，依托常规轴向传感器采集连续气隙，并配合整周期采样实现旋转监测，然而，该方法的技术构思完全基于被测体为宏观连续回转表面的理想预设，缺乏针对非连续断续齿面回转相位的高精度瞬态门控机制；当应用于由多个离散扇叶构成的扇形轮时，传感器必然在扇叶边缘切入与切出电磁场期间受到剧烈的边缘漏磁扰动，无法截取稳态电磁耦合极值。

3、因此，在驱动电机端盖压配后的密闭深腔内，如何实现原位对准装配，避免全周多扇叶信号连续叠加的影响，同时消除冲压扇叶径向翘曲与轴向气隙深度之间的耦合干扰，分别获取各扇叶的绝对轴向间距并计算平面度偏差，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种新能源电机扇形轮平面度电涡流检测系统，包括：

2、仿形电涡流传感模块，包括接口与待测电机端盖共形的基准定位模块，以及设于基准定位模块前端的传感基板模块，传感基板模块布设高频激励线圈及单一周期接收线圈；

3、高频激励驱动模块，与高频激励线圈电连接，输出恒幅正弦交变激励电流；

4、差分滤波与包络解调模块，与单一周期接收线圈电连接，解调输出感应包络电压信号；

5、回转相位同步捕捉模块，用于在待测扇叶对正单一周期接收线圈时输出采样同步脉冲；

6、平面度与间距逆映射解算模块，存储有标定关系，与差分滤波与包络解调模块及回转相位同步捕捉模块电连接；

7、单一周期接收线圈包括沿径向分离且反向折返串联的第一感应半环与第二感应半环，走线折返交界处设差分引出端；

8、平面度与间距逆映射解算模块，响应于采样同步脉冲，自感应包络电压信号锁存稳态峰值包络电压；提取差分引出端的差分感应电压偏移量以消除待测扇叶径向翘曲干扰，得到校正后的稳态峰值包络电压；将校正后的稳态峰值包络电压代入标定关系，计算各待测扇叶绝对轴向气隙距离，并依据最大值与最小值的代数差生成待测扇形轮平面度偏差评定结果。

9、优选的，单一周期接收线圈在圆周方向的扇形展开角等于待测扇形轮单个待测扇叶的圆周角跨度，使单一周期接收线圈在旋转扫过高频交变磁场期间仅与正对的单个待测扇叶在轴向投影区域形成空间电磁感应耦合，阻断相邻待测扇叶在圆周空间的磁通串扰，消除全周环形拓扑对多扇叶产生的连续空间积分平均调制，使解调输出的感应包络电压信号具备单齿独立敏感性，以在回转维度离散输出各待测扇叶因装配偏差产生的独立轴向气隙落差。

10、优选的，单一周期接收线圈的圆周扇形外轮廓张角为45°；高频激励线圈采用双层平面矩形螺旋环绕拓扑，外围边缘覆盖圆周角为55°，径向有效跨度为12.0mm至24.0mm。

11、优选的，传感基板模块背离待测扇形轮的背侧内层布设共模温度补偿线圈；共模温度补偿线圈在空间几何尺寸、布线铜箔线宽、走线间距以及走线匝数上与单一周期接收线圈保持一致；差分滤波与包络解调模块分别引出单一周期接收线圈的感应电动势信号与共模温度补偿线圈的漂移参考电动势信号，输出差分放大信号，以抵消密闭电机腔体内环境温度变动引起的线圈走线直流电阻漂移与高频趋肤阻抗漂移。

12、优选的，共模温度补偿线圈所处的传感基板模块背侧覆设有厚度为35μm的连续实心接地铜箔作为磁屏蔽隔层，用于阻断待测扇形轮表面高频涡流对共模温度补偿线圈的交变磁场调制，使共模温度补偿线圈仅感应温度场阻抗变化。

13、优选的，平面度与间距逆映射解算模块内嵌线性分段逆插值校正算法，采用的标定关系为：，其中，为第个待测扇叶对应的绝对轴向气隙距离，为第个待测扇叶对应的校正后的稳态峰值包络电压，为标称设计工作气隙基准值，为标称设计工作气隙基准值下对应的标定参考电压，为系统预先标定的负斜率灵敏度常数；平面度与间距逆映射解算模块将各待测扇叶对应的校正后的稳态峰值包络电压分别代入标定关系，计算出各待测扇叶对应的绝对轴向气隙距离。

14、优选的，在0.50mm至2.00mm的工作气隙区间内，标称设计工作气隙基准值为0.80mm至1.50mm，标称设计工作气隙基准值下对应的标定参考电压为1.50v至3.10v，负斜率灵敏度常数为-1.80v/mm至-1.50v/mm。

15、优选的，高频激励驱动模块包括电荷泵稳压源、推挽振荡主回路以及阻抗匹配网络；高频激励驱动模块输出的正弦交变激励电流的中心工作频率配置在2.5mhz至4.0mhz区间内，正弦交变激励电流有效值保持为14.0ma至17.0ma，电压峰值为4.0v至8.0v，电流有效值幅值波动小于0.2%。

16、优选的，回转相位同步捕捉模块包括ttl脉冲接口与电机驱动器编码器信号端对齐连接；在电机转子匀速转动状态下，回转相位同步捕捉模块在编码器反馈对应每个待测扇叶几何中心重合于单一周期接收线圈几何中心的角位移瞬间，输出宽度为8μs至12μs的电平脉冲作为采样同步脉冲，使平面度与间距逆映射解算模块对稳态峰值包络电压的锁存限定在电磁耦合对称窗口内，避开待测扇叶边缘切入与切出高频交变磁场时的过渡边缘扰动，平面度与间距逆映射解算模块还用于计算全部待测扇叶绝对轴向气隙距离的代数算术平均值，生成待测扇形轮的整装轴向基准间距评定结果；平面度与间距逆映射解算模块将待测扇形轮平面度偏差评定结果与预设的平面度公差上限阈值0.15mm比对，在待测扇形轮平面度偏差评定结果大于0.15mm时输出平面度超差报警信号；将整装轴向基准间距评定结果与预设的轴向基准间距公差上限1.30mm比对，在整装轴向基准间距评定结果大于1.30mm时输出轴向安装深度过大故障指示。

17、一种新能源电机扇形轮平面度电涡流检测方法，其用于运行新能源电机扇形轮平面度电涡流检测系统，包括以下步骤：

18、步骤s1，高频激励驱动模块向高频激励线圈输送恒幅正弦交变激励电流；

19、步骤s2，差分滤波与包络解调模块自单一周期接收线圈解调输出动态感应包络电压信号；

20、步骤s3，回转相位同步捕捉模块在待测扇叶对正单一周期接收线圈时输出采样同步脉冲；

21、步骤s4，平面度与间距逆映射解算模块响应于采样同步脉冲，自动态感应包络电压信号锁存稳态峰值包络电压；

22、步骤s5，平面度与间距逆映射解算模块提取差分引出端的差分感应电压偏移量以消除待测扇叶径向翘曲干扰，得到校正后的稳态峰值包络电压；

23、步骤s6，平面度与间距逆映射解算模块将校正后的稳态峰值包络电压代入标定关系，计算各待测扇叶独立的绝对轴向气隙距离，并依据各待测扇叶独立的绝对轴向气隙距离的最大值与最小值的代数差生成待测扇形轮平面度偏差评定结果。

24、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

25、1、在新能源电机扇形轮平面度电涡流检测中，通过使单一周期接收线圈与单个待测扇叶的圆周范围相对应，并配合高频激励线圈形成针对单个待测扇叶的感应区域，可减少相邻待测扇叶之间的磁场干扰，避免全周环形线圈将多个扇叶的响应连续叠加，由此，每个待测扇叶经过检测位置时都能够形成相对独立的感应包络电压变化，使不同待测扇叶之间的轴向气隙差异能够分别反映出来，为逐个测量扇叶轴向间距以及据此评定扇形轮平面度提供可靠的测量基础。

26、2、通过沿径向分开的第一感应半环与第二感应半环对待测扇叶内、外侧的感应差异进行检测，可识别扇叶径向翘曲造成的气隙变化，并利用由此产生的差分感应电压偏移量对稳态峰值包络电压进行校正，这样能够减小冲压扇叶自身翘曲对轴向间距测量的影响，使计算得到的绝对轴向气隙距离更接近扇叶实际的轴向安装位置，从而将径向翘曲带来的形变影响与轴向间距变化区分开，提高平面度测量结果的准确性。

27、3、通过回转相位同步捕捉模块在待测扇叶与单一周期接收线圈处于几何对正位置时进行同步采样，可将稳态峰值包络电压的锁存时刻限定在电磁耦合较为对称的位置，避开扇叶边缘进入和离开高频交变磁场时产生的过渡扰动，这样能够使采集到的电压值更加稳定地对应各待测扇叶的实际轴向气隙，减小转动过程中边缘变化以及转速波动对测量结果的影响，提高各扇叶轴向尺寸测量的一致性和稳定性。