基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法与流程

本发明涉及永磁有刷直流电机设计技术领域，尤其涉及一种基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法。

背景技术：

目前针对单波绕组永磁直流电机电刷定位方法主要是以磁极轴线定位方法，电机转子元件轴线与磁钢轴线重合时，此时转子元件磁势最大，转子元件便不在切割磁力线，电刷位置就放置于磁钢轴线位置，该位置要使定子磁钢N和S极下的转子元件的电流方向始终一致。该方法从换向理论上给出电刷的理论位置，但没有给出具体定位的步骤和方法，进而不能直观给出具体电刷位置，会因设计者的不同理解方式而不同；其次，该理论仅笼统的分析电刷的位置，没有进一步详细分析转子元件与换向片连接的多样性，会给电刷位置的确定带来很大变化。所以目前理论方法，不能贴近工程实际，不能清晰表达磁钢定子、电刷与线圈元件之间的相互关系，是电刷定位不明确。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法，能够实现单波绕组的永磁直流电机电刷所有位置定位，简单方便直观。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：选取单波绕组永磁直流电机的转子元件电势最大且电流为零的时刻，建立该时刻的定子磁钢、转子元件及换向片的时刻展开图，在时刻展开图中确定转子元件的轴线与各个定子磁钢轴线重合的所有的转子元件，将该所有的转子元件中的每一个转子元件始端边和末端边分别和两个换向片连接，其中，这两个换向片之间的间隔为第二节距；

步骤二：根据步骤一中的两个换向片之间的间隔在时刻展开图中标出各个第二节距，确定各个第二节距的中线，中线位置为电刷的一极的安装位置，以电刷的一极的安装位置为基准旋转180°电气角度的位置安装电刷的另一极。

上述基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法中，在步骤一中，在时刻展开图中，转子元件的轴线与其相对应的定子磁钢的轴线重合，转子元件始端边位于与其相对应的定子磁钢与该定子磁钢相邻的前一块定子磁钢之间，转子元件末端边位于与其相对应定子磁钢与该定子磁钢相邻的后一块定子磁钢之间，每个转子元件的始端边与末端边的间隔为第一节距。

上述基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法中，在步骤一中，在时刻展开图中，每个转子元件始端边与相连的第一个换向片的轴线相重合。

上述基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法中，转子元件电势最大且电流为零的时刻为转子元件轴线与其相对应的磁钢轴线重合时刻。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明建立转子元件与定子磁钢、换向片之间时刻关系图，保证转子元件该时刻第一节距不变情况下，根据不同转子元件始端和末端与换向片连接方法，来确定不同第二节距位置，并且提出第二节距的轴线位置就是电刷位置应该在的位置，方法思路清晰，能够涵盖所有可能电刷安装位置；

(2)本发明给出了定子磁钢、转子元件与换向片时刻展开图最佳步骤和注意细节，利用标号严格定位，能够快速准确定位电刷与转子磁钢相对位置，适合任意极槽配合关系的单波永磁直流无刷电机，适用范围广泛。

附图说明

图1是本发明的转子元件、定子磁钢与换向片的时刻展开图；

图2是本发明的位置①下的第二节距相对位置下的电刷A+、A-位置示意图；

图3是本发明的位置②下的第二节距相对位置下的电刷A+、A-位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。首先对各图中的符号表示进行说明，图1、图2和图3中的Ⅴ表示转子元件、Ⅵ表示定子磁钢、Ⅶ表示换向片。

一种基于第二节距的单波绕组永磁直流电机电刷定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：选取单波绕组永磁直流电机的转子元件电势最大且电流为零的时刻，建立该时刻的定子磁钢、转子元件及换向片的时刻展开图，在时刻展开图中确定转子元件的轴线与各个定子磁钢轴线重合的所有的转子元件，将该所有的转子元件中的每一个转子元件始端边和末端边分别和两个换向片连接，其中，这两个换向片之间的间隔为第二节距；

步骤二：根据步骤一中的两个换向片之间的间隔在时刻展开图中标出各个第二节距，确定各个第二节距的中线，中线位置为电刷的一极的安装位置，以电刷的一极的安装位置为基准旋转180°电气角度的位置安装电刷的另一极。

本实施例建立转子元件与定子磁钢、换向片之间时刻关系图，保证转子元件该时刻第一节距不变情况下，根据不同转子元件始端和末端与换向片连接方法，来确定不同第二节距位置，并且提出第二节距的轴线位置就是电刷位置应该在的位置，方法思路清晰，能够涵盖所有可能电刷安装位置；并且本实施例给出了定子磁钢、转子元件与换向片时刻展开图最佳步骤和注意细节，利用标号严格定位，能够快速准确定位电刷与转子磁钢相对位置，适合任意极槽配合关系的单波永磁直流无刷电机，适用范围广泛。

本实施例以10极31槽永磁有刷直流力矩电机为例进行本发明方法的说明。10极31槽电机采用单波绕组转子元件结构，第一节距为3，第二节距为6，其中第一节距和第二节距是电机设计后固定参数。

图1为转子元件与定子磁钢、换向片之间时刻展开图，在步骤一中，本实施例选取“转子元件时刻电势最大且电流为零”时刻，即当转子元件轴线与磁钢轴线重合时，转子元件电势最大，那么此时的转子元件不再切割定子磁钢磁力线，所以要求电势最大的转子元件电流为零。

首先，画出31根等长等距离的实线段，对应实线代表转子元件的上层边，虚线代表转子元件的下层边；同时用数字标注转子元件上层边，并代表该转子元件，这样表达便于绘图。等长线段代表转子元件位于槽内的有效边；

其次，定子磁钢按N-S磁极交替排布，并且保证第一节距轴线与磁钢轴线重合，图1中转子元件1的始端边和末端边，其跨域1到4，即第一节距为3，其轴线Ⅰ与磁钢轴线重合，时刻展开图中要求每个磁钢相隔一定宽度，此时转子元件1的始端边和末端边恰好位于定子磁钢与与其相邻的定子磁钢之间，这样利用与定子磁钢轴线重合的转子元件在视图中清晰表达；图1中每个转子元件的始端边和一个换向片连接，每个转子元件的末端边和一个换向片连接，与每个转子元件相连接的两个换向片轴线之间的间隔为第二节距。

如图1所示，换向片的宽度与槽的宽度一致，画出31个方块代表换向片，并且将换向片的编号与槽号一一对应，时刻展开图绘制过程中保证换向片轴线与所在槽内的转子元件上层边即实边重合，换向片数目与转子槽数一致。

在步骤二中，如图2所示，将“转子元件电势最大且电流为零”时刻的转子元件1、转子元件4、转子元件7、转子元件10、转子元件13、转子元件16、转子元件19、转子元件22、转子元件25及转子元件28单独提出进行视图展示，这样方便进行图形分析，将上述这些转子元件的始端边和末端边分别与相对应的换向片连接，例如，转子元件1中的始端边和末端边分别与换向片31’和换向片6’相连(图2中用①表示)，那么换向片31’和换向片6’的轴线间隔为第二节距为6，其余转子元件分别与对应的换向片连接，并形成串联关系。

当第二节距确定后，利用二维CAD找到第二节距轴线(中线)，那么轴线(中线)位置即电刷某一极的安装位置，此时第二节距轴线与定子磁钢之间的相互位置关系即实际电刷与定子磁钢之间的位置关系，以此位置为基准旋转180°电气角度即电刷另一极所在位置，在图2中分别用A+和A-表示。其中+代表正极，-代表负极，当A+和A-电刷连接换向片上后，转子元件1、转子元件4、转子元件7、转子元件10、转子元件13、转子元件16、转子元件19、转子元件22、转子元件25及转子元件28短路，完全满足“转子元件时刻电势最大且电流为零”换向思路。

此时电刷位置可以放置在任何一个转子元件对应的第二节距轴线上。

上述实施例中，该方法还包括：保证转子元件第一节距不变、转子元件始端边和末端边与换向片连接的第二节距相对量不变，转子元件的始端边和末端边与不同的换向片连接，则此时第二节距的相对磁钢的位置就发生了变化，即电刷位置发生变化，根据这以逻辑建立电刷关于第一节距和第二节距的位置公式。

如图3所示，转子元件的第一节距不变，即保证转子元件电势最大，转子元件的始端边和末端边可以连接不同的换向片，仅要求保证连接不同换向片之间的间隔为第二节距，例如，转子元件1的始端边和末端边从图2中的与换向片31’和换向片6’相连接，变更为转子元件1始端边和末端边分别与换向片1’和换向片7’相连接(如图3所示)，变更过程等效第二节距相对定子磁钢平移一个换向片位置，这样转子元件电势最大的所有的转子元件1、转子元件4、转子元件7、转子元件10、转子元件13、转子元件16、转子元件19、转子元件22、转子元件25及转子元件28的第二节距均平移一个换向片的位置，那么此时电刷位置随第二节距也平移一个换相片的位置，图3说明了电刷的位置并不是固定不动的，很显然，电刷的位置与转子元件与换向片的连接位置有关系。

如图3所示，那么转子元件1、转子元件4、转子元件7、转子元件10、转子元件13、转子元件16、转子元件19、转子元件22、转子元件25及转子元件28第一节距不变情形下，转子元件的始端边和末端边引出线依次移动一个换向片位置，即可得到电刷位置公式：η＝γ+(n-1)360°/z2，

其具体推导过程及符号代表如下：

第一节距：y₁

第二节距：y₂

槽数：z

换向片数等于槽数，所有的换向片组成一个完整圆周，相邻两换向片角度为360°/Z；

已明确：制图过程槽1”元件为上层边为元件1

并且以对应的换向片1’为角度基准，此时转子元件1始端与整流子相连接。

那么以转子元件1连接换向片1’为绕制，那么该转子元件轴线相对槽1”角度为：

α＝y₁360°/2z

第二节距对应轴线相对槽1”的角度为：

β＝y₂360°/2z

位置①对应电刷安装位置相对磁极轴线角度为

γ＝β-α

以此类推：

顺时针转子元件1始端分别与换向片2、换向片3…换向片n连接，电刷相对转子元件1对应的定子磁钢极轴线相对角度：

η＝γ+(n-1)360°/z2

n为与转子元件1始端边连接的换向片标号。

本发明建立转子元件与定子磁钢、换向片之间时刻关系图，保证转子元件该时刻第一节距不变情况下，根据不同转子元件始端和末端与换向片连接方法，来确定不同第二节距位置，并且提出第二节距的轴线位置就是电刷位置应该在的位置，方法思路清晰，能够涵盖所有可能电刷安装位置；并且本发明给出了定子磁钢、转子元件与换向片时刻展开图最佳步骤和注意细节，利用标号严格定位，能够快速准确定位电刷与转子磁钢相对位置，适合任意极槽配合关系的单波永磁直流无刷电机，适用范围广泛。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。