基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法與流程
2023-04-24 09:51:31 1
本發明涉及永磁有刷直流電機設計技術領域，尤其涉及一種基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法。
背景技術：
目前針對單波繞組永磁直流電機電刷定位方法主要是以磁極軸線定位方法，電機轉子元件軸線與磁鋼軸線重合時，此時轉子元件磁勢最大，轉子元件便不在切割磁力線，電刷位置就放置於磁鋼軸線位置，該位置要使定子磁鋼N和S極下的轉子元件的電流方向始終一致。該方法從換向理論上給出電刷的理論位置，但沒有給出具體定位的步驟和方法，進而不能直觀給出具體電刷位置，會因設計者的不同理解方式而不同；其次，該理論僅籠統的分析電刷的位置，沒有進一步詳細分析轉子元件與換向片連接的多樣性，會給電刷位置的確定帶來很大變化。所以目前理論方法，不能貼近工程實際，不能清晰表達磁鋼定子、電刷與線圈元件之間的相互關係，是電刷定位不明確。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是：相比於現有技術，提供了一種基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法，能夠實現單波繞組的永磁直流電機電刷所有位置定位，簡單方便直觀。
本發明目的通過以下技術方案予以實現：一種基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法，所述方法包括以下步驟：
步驟一：選取單波繞組永磁直流電機的轉子元件電勢最大且電流為零的時刻，建立該時刻的定子磁鋼、轉子元件及換向片的時刻展開圖，在時刻展開圖中確定轉子元件的軸線與各個定子磁鋼軸線重合的所有的轉子元件，將該所有的轉子元件中的每一個轉子元件始端邊和末端邊分別和兩個換向片連接，其中，這兩個換向片之間的間隔為第二節距；
步驟二：根據步驟一中的兩個換向片之間的間隔在時刻展開圖中標出各個第二節距，確定各個第二節距的中線，中線位置為電刷的一極的安裝位置，以電刷的一極的安裝位置為基準旋轉180°電氣角度的位置安裝電刷的另一極。
上述基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法中，在步驟一中，在時刻展開圖中，轉子元件的軸線與其相對應的定子磁鋼的軸線重合，轉子元件始端邊位於與其相對應的定子磁鋼與該定子磁鋼相鄰的前一塊定子磁鋼之間，轉子元件末端邊位於與其相對應定子磁鋼與該定子磁鋼相鄰的後一塊定子磁鋼之間，每個轉子元件的始端邊與末端邊的間隔為第一節距。
上述基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法中，在步驟一中，在時刻展開圖中，每個轉子元件始端邊與相連的第一個換向片的軸線相重合。
上述基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法中，轉子元件電勢最大且電流為零的時刻為轉子元件軸線與其相對應的磁鋼軸線重合時刻。
本發明與現有技術相比具有如下有益效果：
(1)本發明建立轉子元件與定子磁鋼、換向片之間時刻關係圖，保證轉子元件該時刻第一節距不變情況下，根據不同轉子元件始端和末端與換向片連接方法，來確定不同第二節距位置，並且提出第二節距的軸線位置就是電刷位置應該在的位置，方法思路清晰，能夠涵蓋所有可能電刷安裝位置；
(2)本發明給出了定子磁鋼、轉子元件與換向片時刻展開圖最佳步驟和注意細節，利用標號嚴格定位，能夠快速準確定位電刷與轉子磁鋼相對位置，適合任意極槽配合關係的單波永磁直流無刷電機，適用範圍廣泛。
附圖說明
圖1是本發明的轉子元件、定子磁鋼與換向片的時刻展開圖；
圖2是本發明的位置①下的第二節距相對位置下的電刷A+、A-位置示意圖；
圖3是本發明的位置②下的第二節距相對位置下的電刷A+、A-位置示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。首先對各圖中的符號表示進行說明，圖1、圖2和圖3中的Ⅴ表示轉子元件、Ⅵ表示定子磁鋼、Ⅶ表示換向片。
一種基於第二節距的單波繞組永磁直流電機電刷定位方法，該方法包括以下步驟：
步驟一：選取單波繞組永磁直流電機的轉子元件電勢最大且電流為零的時刻，建立該時刻的定子磁鋼、轉子元件及換向片的時刻展開圖，在時刻展開圖中確定轉子元件的軸線與各個定子磁鋼軸線重合的所有的轉子元件，將該所有的轉子元件中的每一個轉子元件始端邊和末端邊分別和兩個換向片連接，其中，這兩個換向片之間的間隔為第二節距；
步驟二：根據步驟一中的兩個換向片之間的間隔在時刻展開圖中標出各個第二節距，確定各個第二節距的中線，中線位置為電刷的一極的安裝位置，以電刷的一極的安裝位置為基準旋轉180°電氣角度的位置安裝電刷的另一極。
本實施例建立轉子元件與定子磁鋼、換向片之間時刻關係圖，保證轉子元件該時刻第一節距不變情況下，根據不同轉子元件始端和末端與換向片連接方法，來確定不同第二節距位置，並且提出第二節距的軸線位置就是電刷位置應該在的位置，方法思路清晰，能夠涵蓋所有可能電刷安裝位置；並且本實施例給出了定子磁鋼、轉子元件與換向片時刻展開圖最佳步驟和注意細節，利用標號嚴格定位，能夠快速準確定位電刷與轉子磁鋼相對位置，適合任意極槽配合關係的單波永磁直流無刷電機，適用範圍廣泛。
本實施例以10極31槽永磁有刷直流力矩電機為例進行本發明方法的說明。10極31槽電機採用單波繞組轉子元件結構，第一節距為3，第二節距為6，其中第一節距和第二節距是電機設計後固定參數。
圖1為轉子元件與定子磁鋼、換向片之間時刻展開圖，在步驟一中，本實施例選取「轉子元件時刻電勢最大且電流為零」時刻，即當轉子元件軸線與磁鋼軸線重合時，轉子元件電勢最大，那麼此時的轉子元件不再切割定子磁鋼磁力線，所以要求電勢最大的轉子元件電流為零。
首先，畫出31根等長等距離的實線段，對應實線代表轉子元件的上層邊，虛線代表轉子元件的下層邊；同時用數字標註轉子元件上層邊，並代表該轉子元件，這樣表達便於繪圖。等長線段代表轉子元件位於槽內的有效邊；
其次，定子磁鋼按N-S磁極交替排布，並且保證第一節距軸線與磁鋼軸線重合，圖1中轉子元件1的始端邊和末端邊，其跨域1到4，即第一節距為3，其軸線Ⅰ與磁鋼軸線重合，時刻展開圖中要求每個磁鋼相隔一定寬度，此時轉子元件1的始端邊和末端邊恰好位於定子磁鋼與與其相鄰的定子磁鋼之間，這樣利用與定子磁鋼軸線重合的轉子元件在視圖中清晰表達；圖1中每個轉子元件的始端邊和一個換向片連接，每個轉子元件的末端邊和一個換向片連接，與每個轉子元件相連接的兩個換向片軸線之間的間隔為第二節距。
如圖1所示，換向片的寬度與槽的寬度一致，畫出31個方塊代表換向片，並且將換向片的編號與槽號一一對應，時刻展開圖繪製過程中保證換向片軸線與所在槽內的轉子元件上層邊即實邊重合，換向片數目與轉子槽數一致。
在步驟二中，如圖2所示，將「轉子元件電勢最大且電流為零」時刻的轉子元件1、轉子元件4、轉子元件7、轉子元件10、轉子元件13、轉子元件16、轉子元件19、轉子元件22、轉子元件25及轉子元件28單獨提出進行視圖展示，這樣方便進行圖形分析，將上述這些轉子元件的始端邊和末端邊分別與相對應的換向片連接，例如，轉子元件1中的始端邊和末端邊分別與換向片31』和換向片6』相連(圖2中用①表示)，那麼換向片31』和換向片6』的軸線間隔為第二節距為6，其餘轉子元件分別與對應的換向片連接，並形成串聯關係。
當第二節距確定後，利用二維CAD找到第二節距軸線(中線)，那麼軸線(中線)位置即電刷某一極的安裝位置，此時第二節距軸線與定子磁鋼之間的相互位置關係即實際電刷與定子磁鋼之間的位置關係，以此位置為基準旋轉180°電氣角度即電刷另一極所在位置，在圖2中分別用A+和A-表示。其中+代表正極，-代表負極，當A+和A-電刷連接換向片上後，轉子元件1、轉子元件4、轉子元件7、轉子元件10、轉子元件13、轉子元件16、轉子元件19、轉子元件22、轉子元件25及轉子元件28短路，完全滿足「轉子元件時刻電勢最大且電流為零」換向思路。
此時電刷位置可以放置在任何一個轉子元件對應的第二節距軸線上。
上述實施例中，該方法還包括：保證轉子元件第一節距不變、轉子元件始端邊和末端邊與換向片連接的第二節距相對量不變，轉子元件的始端邊和末端邊與不同的換向片連接，則此時第二節距的相對磁鋼的位置就發生了變化，即電刷位置發生變化，根據這以邏輯建立電刷關於第一節距和第二節距的位置公式。
如圖3所示，轉子元件的第一節距不變，即保證轉子元件電勢最大，轉子元件的始端邊和末端邊可以連接不同的換向片，僅要求保證連接不同換向片之間的間隔為第二節距，例如，轉子元件1的始端邊和末端邊從圖2中的與換向片31』和換向片6』相連接，變更為轉子元件1始端邊和末端邊分別與換向片1』和換向片7』相連接(如圖3所示)，變更過程等效第二節距相對定子磁鋼平移一個換向片位置，這樣轉子元件電勢最大的所有的轉子元件1、轉子元件4、轉子元件7、轉子元件10、轉子元件13、轉子元件16、轉子元件19、轉子元件22、轉子元件25及轉子元件28的第二節距均平移一個換向片的位置，那麼此時電刷位置隨第二節距也平移一個換相片的位置，圖3說明了電刷的位置並不是固定不動的，很顯然，電刷的位置與轉子元件與換向片的連接位置有關係。
如圖3所示，那麼轉子元件1、轉子元件4、轉子元件7、轉子元件10、轉子元件13、轉子元件16、轉子元件19、轉子元件22、轉子元件25及轉子元件28第一節距不變情形下，轉子元件的始端邊和末端邊引出線依次移動一個換向片位置，即可得到電刷位置公式：η＝γ+(n-1)360°/z2，
其具體推導過程及符號代表如下：
第一節距：y1
第二節距：y2
槽數：z
換向片數等於槽數，所有的換向片組成一個完整圓周，相鄰兩換向片角度為360°/Z；
已明確：製圖過程槽1」元件為上層邊為元件1
並且以對應的換向片1』為角度基準，此時轉子元件1始端與整流子相連接。
那麼以轉子元件1連接換向片1』為繞制，那麼該轉子元件軸線相對槽1」角度為：
α＝y1360°/2z
第二節距對應軸線相對槽1」的角度為：
β＝y2360°/2z
位置①對應電刷安裝位置相對磁極軸線角度為
γ＝β-α
以此類推：
順時針轉子元件1始端分別與換向片2、換向片3…換向片n連接，電刷相對轉子元件1對應的定子磁鋼極軸線相對角度：
η＝γ+(n-1)360°/z2
n為與轉子元件1始端邊連接的換向片標號。
本發明建立轉子元件與定子磁鋼、換向片之間時刻關係圖，保證轉子元件該時刻第一節距不變情況下，根據不同轉子元件始端和末端與換向片連接方法，來確定不同第二節距位置，並且提出第二節距的軸線位置就是電刷位置應該在的位置，方法思路清晰，能夠涵蓋所有可能電刷安裝位置；並且本發明給出了定子磁鋼、轉子元件與換向片時刻展開圖最佳步驟和注意細節，利用標號嚴格定位，能夠快速準確定位電刷與轉子磁鋼相對位置，適合任意極槽配合關係的單波永磁直流無刷電機，適用範圍廣泛。
以上所述的實施例只是本發明較優選的具體實施方式，本領域的技術人員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。