直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直流电机换向极极靴领域，具体是直流电机换向极极靴最优尺寸的设 计方法。
【背景技术】
[0002] 直流电机运转时，电枢绕组中的电势和电流是交变的，借助于旋转着的换向器和 静止的电刷配合工作，才在电刷间获得直流电压的电流。当旋转的电枢绕组元件从一条支 路经过电刷进入另一条支路时，该元件中的电流从某一方向转变为另一方向，这种电流方 向的变换就称为换向。直流电机的换向理论至今还没有一个公认的可以科学地解释换向过 程中发生的各种现象的理论。尽管如此，在工程上我们根据目前的电磁理论和试验通过合 理地选择和调正电磁数据及换向参数，就能得到一台具有比较好的换向性能的电机。换向 极极靴的形状和尺寸是由电机换向要求确定的，其形状决定了换向极磁场波形，对电机换 向性能影响很大。
[0003] 根据目前的电磁理论，尽管人们在利用换向极来改善电机的换向性能，利用它产 生的换向极磁场在电枢换向绕组中产生的旋转电势e w平衡电抗电势e p也没有人怀疑换 向极极靴的尺寸和形状必然会影响ejt ^的平衡效果，可是一直到现在工程上却没有准确 计算换向极极靴的形状和尺寸的公式。
【发明内容】
[0004] 本发明为了给新设计的电机选择合理的换向极极靴尺寸，同时了解和掌握换向极 极靴尺寸对换向性能的影响程度，提供了直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法。
[0005] 本发明的技术方案为：直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法，包括以下步 骤：
[0006] (1)、选择一台新设计的电机进行无火花区域测试，测试前对影响换向的因素进行 全面检查，包括测量片间电压，换向器的凸片、摆度、勾槽、导角，测量换向极、主极、刷距的 间距，检查电刷中性面，检查电刷牌号、电刷电压、电刷研磨程度，检查确定换补绕组和主极 绕组无短路现象；
[0007] (2)、选择极靴尺寸为变量进行无火花区域测试；
[0008] (3)、在测试之前对换向器进行研磨运行，使换向器表面形成一层深褐色薄膜；
[0009] (4)、每一种规格的换向极极靴的无火花换向区域都要试验三次，然后取每点的平 均值作为绘制无火花换向区域该点的数值；
[0010] (5)、根据测试得到的数据，绘制无火花换向区域，由于极靴尺寸的不同，得到的无 火花换向区域的宽度和趋向各不相同；
[0011] (6)、多次测试得到了不同的无火花换向区域，针对一台电机，根据要求的性能不 同，通过对无火花换向区域的对比分析，找到一个换向极极靴的最优尺寸。
[0012] 进一步地，用沉头蚰钉把不同规格的极靴固定在换向极极身上。
[0013] 本发明的有益效果在于：
[0014] 1、通过本发明的试验方法选择出合理地极靴和尺寸是可行的。
[0015] 2、为了排除换向器表面情况对换向区域的影响，我们在试验之前对换向器进行了 研磨运行。使换向器表面形成一层深褐色薄膜，这一稳定的氧化膜的存在将大大减小了由 于换向器表面的物理、电化学状况的不同给无火花换向区域造成的误差。
[0016] 3、通过对无火花换向区域的对比分析，可知换向极极靴对电机换向性能的影响是 比较大的，它不仅影响换向区域的宽窄，也影响到换向区域随负荷增加时的趋向。对一台电 机，根据要求的性能不同，可以通过测试找到一个最优的换向极极靴尺寸。
【附图说明】
[0017] 图1为换向极极靴宽13mm的无火花换向区域；
[0018] 图2为换向极极靴宽20mm的无火花换向区域；
[0019] 图3为换向极极靴宽25mm的无火花换向区域。
【具体实施方式】
[0020] 以下通过实施例对本发明进行具体说明。
[0021] 实施例一：直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法，包括以下步骤：
[0022] (1)、选择一台新设计的电机进行无火花区域测试，测试前对影响换向的因素进行 全面检查，包括测量片间电压，换向器的凸片、摆度、勾槽、导角，测量换向极、主极、刷距的 间距，检查电刷中性面，检查电刷牌号、电刷电压、电刷研磨程度，检查确定换补绕组和主极 绕组无短路现象；
[0023] (2)、选择极靴尺寸为变量进行无火花区域测试；
[0024] (3)、在测试之前对换向器进行研磨运行，使换向器表面形成一层深褐色薄膜；
[0025] (4)、每一种规格的换向极极靴的无火花换向区域都要试验三次，然后取每点的平 均值作为绘制无火花换向区域该点的数值；
[0026] (5)、根据测试得到的数据，绘制无火花换向区域，由于极靴尺寸的不同，得到的无 火花换向区域的宽度和趋向各不相同；
[0027] (6)、多次测试得到了不同的无火花换向区域，针对一台电机，根据要求的性能不 同，通过对无火花换向区域的对比分析，找到一个换向极极靴的最优尺寸。
[0028] 实施例二：
[0029] 1、电机的主要规格：
[0030] 额定容量 PN: 1.5千瓦； 额定电压 UN: 60伏； 额定电流 m: 25安: 额定转速 nN： 1500转/分; 极数 4个。
[0031] 2、主要尺寸
[0032] 电枢里·径 Da； 13.5厘米； 电枢铁心长度 la: 11厘米： 极距 S： 10.6厘米； 主气隙 S: 0.06厘米； 电枢绕组型式 单波 电枢冲片槽数 Ζ: 24; 换向极极身长 Iw: 10厘米； 换向极极身宽 bMW: 1.3厘米； 换向极极身高 hMW: 4,6厘米： 换向极绕组匝数 MW: 18匝； 换向极气隙 m' 0.08。
[0033] 3、换向极极靴尺寸
[0034] 换向极极靴长 lwp: 110毫米；
[0035] 换向极极靴宽 bwp : 13毫米；
[0036] 换向极极靴高 hwp : 5毫米。
[0037] 通过实施例一的试验步骤，得到换向极极靴宽为13_的无火花换向区域。从图中 可以看出该无火花换向区域的中心线向上偏移，无火花换向区域较窄，适用于电流速度变 化不快的直流电机。
[0038] 实施例三：
[0039] 电机的主要规格和主要尺寸与实施例二相同，换向极极靴尺寸为：
[0040] 换向极极靴长 lwp: 110毫米；
[0041] 换向极极靴宽 bwp: 20毫米；
[0042] 换向极极靴高 hwp: 5毫米。
[0043] 通过实施例一的试验步骤，得到换向极极靴宽为20mm的无火花换向区域。从图中 可以看出该无火花换向区域的中心线向上偏移，无火花换向区域较宽，适用于要求电流变 化率高的直流电机。
[0044] 实施例四：
[0045] 电机的主要规格和主要尺寸与实施例二相同，换向极极靴尺寸为：
[0046] 换向极极靴长 lwp: 110毫米；
[0047] 换向极极靴宽 bwp : 25毫米；
[0048] 换向极极靴高 hwp: 5毫米。
[0049] 通过实施例一的试验步骤，得到换向极极靴宽为25_的无火花换向区域，从图中 可以看出无火花换向区域过早封闭，说明电机存在不正常状态，该极靴尺寸不可选用。
[0050] 实施例五：
[0051] 从上述实施例可以看出，在电磁、机械工况完全相同的条件下，只是由于极靴尺寸 的不同就得出了三种宽度和趋向各不相同的无火花换向区域，可知换向极极靴对电机换向 性能的影响是比较大的，它不仅影响换向区域的宽窄，也影响到换向区域随负荷增加时的 趋向。针对一台电机，根据要求的性能不同，通过测试可以找到一个最优的换向极极靴尺 寸。
[0052] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施 例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进 等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1. 直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 、选择一台新设计的电机进行无火花区域测试，测试前对影响换向的因素进行全面 检查，包括测量片间电压，换向器的凸片、摆度、勾槽、导角，测量换向极、主极、刷距的间距， 检查电刷中性面，检查电刷牌号、电刷电压、电刷研磨程度，检查确定换补绕组和主极绕组 无短路现象； (2) 、选择极靴尺寸为变量进行无火花区域测试； (3) 、在测试之前对换向器进行研磨运行，使换向器表面形成一层深褐色薄膜； (4) 、每一种规格的换向极极靴的无火花换向区域都要试验三次，然后取每点的平均值 作为绘制无火花换向区域该点的数值； (5) 、根据测试得到的数据，绘制无火花换向区域，由于极靴尺寸的不同，得到的无火花 换向区域的宽度和趋向各不相同； (6) 、多次测试得到了不同的无火花换向区域，针对一台电机，根据要求的性能不同，通 过对无火花换向区域的对比分析，找到一个换向极极靴的最优尺寸。2. 根据权利要求1所述的直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法，其特征在于，用 沉头蚰钉把不同规格的极靴固定在换向极极身上。
【专利摘要】本发明为了给新设计的电机选择合理的换向极极靴尺寸，同时了解和掌握换向极极靴尺寸对换向性能的影响程度，提供了直流电机换向极极靴最优尺寸的设计方法。包括如下步骤：(1)、选择一台新设计的电机进行无火花区域测试；(2)、选择极靴尺寸为变量进行无火花区域测试；(3)、在测试之前对换向器进行研磨运行；(4)、每一种规格的换向极极靴的无火花换向区域都要试验三次；(5)、根据测试得到的数据，绘制无火花换向区域；(6)、多次测试得到了不同的无火花换向区域，针对一台电机，根据要求的性能不同，通过对无火花换向区域的对比分析，找到一个换向极极靴的最优尺寸。
【IPC分类】H02K23/00, H02K15/00
【公开号】CN105048725
【申请号】CN201510426770
【发明人】苏宝训
【申请人】天津市天发重型水电设备制造有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月20日