一种柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器

本发明涉及一种检测工具，尤其涉及一种柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器。

背景技术：

1、电机气隙存在一个旋转的磁场，该磁场在定、转子磁场的相互作用下产生的。当电机出现气隙不均匀故障时，气隙旋转磁场将在电机的定、转子上产生不平衡磁拉力。在这种非平稳的电磁激振力作用下，电机的定、转子振动水平增强，旋转设备运行的稳定性将受到影响。

2、发明人在实现本发明的过程中，发现现有的研究及技术至少存在以下缺点和不足：

3、目前，电机运行监测技术主要侧重于电场信号与振动信号，主要包括电流、电压、反电势的信号监测，这些参数在识别故障特征的可靠性存在一定局限性。然而，现有磁通密度传感器体型较大，无法测量电机气隙这类狭小空间内的磁通密度。在电机设计过程中，传统的电磁仿真存在耦合程度较低的缺陷，随着电机磁-固耦合动力学模型概念的提出，需要设计一种适用于电机系统的介入式磁通密度传感器对电机进行不同环境缺陷测试及结构优化研究。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征在于：包括柔性电路板（fpc）、霍尔元件、柔性封装层，所述柔性封装层包覆于所述柔性电路板表面，所述柔性电路板为双面fpc，所述双面fpc通过电路板上的连接孔实现上下线路层的相连，双面fpc背面布置电源线，正面布置信号线、焊盘、金手指，所述电源线在fpc背面通过过孔与正面两个焊盘相连，所述信号线在fpc与正面另两个焊盘相连，所述四个焊盘与线型霍尔元件的四个引脚相连，所述霍尔元件输出电压信号，所述电压信号通过信号线输出至金手指。

2、作为本发明的一种优选技术方案，所述霍尔元件为线性霍尔元件，所述线性霍尔元件可根据磁通密度的变化输出电压信号，所述电压信号的数值与磁通密度大小呈线性关系。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述霍尔元件共有四个引脚，所述引脚均分别放置在电路板预设的四个焊盘上，其中一侧对角线的引脚与正负极的电源线相连，另一侧对角线的引脚与信号线相连。

4、作为本发明的一种优选技术方案，磁通密度传感器为四线制连接，包含两电源线与两信号线，所述电源线，各并联霍尔元件共用，所述信号线输出电压信号，各霍尔元件均布置单独的信号线。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述金手指的导电触片连接电源，所述电源为传感器上的并联的霍尔元件供电。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述金手指连接数据采集卡，所述数据采集卡可收集各路霍尔元件输出的电压信号并传至上位机。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述柔性封装层上对应于霍尔元件的位置处设有开口，靠近线路的一侧覆盖有绝缘屏蔽层，所述柔性封装层是为在使用过程中减少外界磁场对fpc信号线路的干扰，避免外物对线路板的磨损及破坏。

8、与现有技术相比，本发明所提供技术方案的有益效果是：本发明实现了旋转电机气隙磁通密度信号的介入式提取，由于传感器为柔性封装，可安放于定子槽内且不会损害电机核心的完整性。传感器本身具有安装灵活、体积小、成本低、测点多等优势。传感器采集的磁通密度信号可以有效识别电机气隙内部的磁场变化，并且合理布置传感器上的霍尔元件可实现不同间距、位置处的气隙磁通密度信号测量，通过信号处理方法可实现电机气隙内部的数据监测与故障诊断。

技术特征：

1.一种柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征在于，包括柔性电路板（fpc）、霍尔元件、柔性封装层，所述柔性封装层包覆于柔性电路板表面，所述柔性电路板为双面fpc，所述双面fpc通过电路板上的连接孔实现上下线路层的连通，双面fpc背面布置电源线，正面布置信号线、焊盘、金手指，所述电源线及信号线均在fpc正面与焊盘相连，所述焊盘通过导电胶与霍尔元件的引脚相连，所述霍尔元件输出电压信号，所述电压信号通过信号线输出至金手指的导电触片。

2.根据权利要求书1所述的柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于所述霍尔元件为线性霍尔，所述线性霍尔可根据磁通密度的变化输出电压信号，所述电压信号的数值与磁通密度大小呈线性关系。

3.根据权利要求书1所述的柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于，所述柔性封装层包覆于柔性电路板表面，留出霍尔元件接受外界磁通密度的变化，留出金手指连接外部线路，靠近线路的一侧覆盖有绝缘屏蔽层，以减少使用过程中外界磁场对信号线的干扰，避免外物对线路板的磨损及破坏。

4.根据权利要求书2所述的柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于，所述霍尔元件共有四个引脚，所述引脚均分别放置在电路板预设的四个焊盘上，其中一侧对角线的引脚与正负极的电源线相连，另一侧对角线的引脚与信号线相连。

5.根据权利要求书4所述柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于，所述电源线各霍尔元件共用，各并联支路电压相等，所述信号线输出电压信号，各霍尔元件均布置单独的信号线，各信号线之间互不干扰。

6.根据权利要求书3所述的柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于，所述金手指的导电触片可连接电源，所述电源为电路板上并联的霍尔元件供电。

7.根据权利要求书3所述的柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于，所述金手指的导电触片可连接数据采集卡，所述数据采集卡可收集各路霍尔元件输出的电压信号并传至上位机得到磁通密度信号。

8.根据权利要求书1所述的柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，其特征还在于所述柔性电路板的长度与布局以及霍尔元件的数量与间隔可在电路板设计阶段根据需要灵活改动。

技术总结
本发明提供了一种柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，包括柔性电路板（FPC）、霍尔元件、柔性封装层。柔性电路板为双面FPC，电路板表面被柔性封装层包覆；双面电路板背面布置电源线，正面布置信号线、焊盘、金手指；电源线及信号线与焊盘相连，焊盘通过导电胶与霍尔元件的引脚相连；霍尔元件感应磁场变化后输出电压信号，并通过信号线传递金手指的导电触片，最终通过数据采集卡传输至上位机得到磁通密度。本发明针对电机气隙内部空间狭小难以测量的缺陷，提供一种柔性封装的旋转电机介入式磁通密度传感器，具有安装灵活、体积小、成本低、测点多等优势，对旋转电机的故障诊断及设计优化具有重要意义。

技术研发人员：宋永兴,刘正杨,张谦,张明阳,张林华,黄滨,吴大转
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15