一种空心杯电机绕组电枢杯性能分析方法与流程

本发明涉及电机性能测试技术领域，具体为一种空心杯电机绕组电枢杯性能分析方法。

背景技术：

空心杯电机与等同条件下的齿槽电机相比具有输出功率密度大，电气时间常数小，体积小、重量轻、运行平稳、响应快等特性，应用越来越广泛。但空心杯电机制造工艺复杂、工装模具多、特殊过程多，给大规模生产带来很多困难和限制，特别是电机绕组电枢杯直接影响着电机的输出性能以及描述电机机电能量转换的参数(转矩常数和速度常数)，在实际使用中，可根据应用要求来选择合适的绕组，那么采用何种形式的绕组电枢杯成了空心杯电机设计的关键技术。

绕组电枢杯是空心杯电机的关键部件，绕组电枢杯的性能直接影响着电机的输出性能，所以绕组电枢杯的性能分析至关重要，也为绕组绕制方法提供了参考和依据。目前，空心杯电机绕组电枢杯种类较多，有盘式绕组、直绕组、斜绕组、叠绕组等，而且各绕组的绕制工艺技术不同，性能也有差别，这种差别都是需要将绕组电枢杯绕制完成后，用测量工具测量所得，或者将其应用到电机中，测量电机的输出特性，才可以得出各绕组的差异，这样费时费力费人工。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种空心杯电机绕组电枢杯性能分析方法，实现在选用何种绕组之前，即可初步估算出绕组差异性的目的。

绕组电枢杯是由一定线径、一定匝数的漆包线按一定的绕线方式编织成杯形绕组，并用胶将它固化、粘牢，故名“杯形绕组”。它在电机应用中，体现在绕组终端电阻、绕组匝数上，绕组终端电阻和绕组匝数影响着电机的启动电流、输出转矩和速度常数。同时，绕组电枢杯的端部高低以及杯子厚度与磁路气隙相关，从而影响电枢回路的磁通量，影响着电机的输出转矩、电机转速、效率等。

根据上述分析，本发明主要以绕组电枢杯的终端电阻、绕组匝数、绕组电枢杯的端部尺寸及杯子厚度这几个方面为对象，提出一种空心杯电机绕组电枢杯性能分析方法，通过比对方式得到使用不同绕组电枢杯电机的输出特性。

本发明的技术方案为：

所述一种空心杯电机绕组电枢杯性能分析方法，其特征在于：首先对比分析不同绕法绕出的绕组电枢杯有效磁力线切割长度，有效磁力线切割长度越长，绕组电枢杯性能越优；在有效磁力线切割长度相同，绕组匝数相同条件下，对比分析绕组线圈用线长度，绕组线圈用线长度越短，内阻越小，减小了铜损，绕组电枢杯性能越优；在有效磁力线切割长度相同、绕组匝数相同条件下，对比分析绕组电枢杯的端部尺寸，绕组电枢杯的端部尺寸越薄，气隙越小，绕组电枢杯性能越优。

有益效果

本专利中涉及的一种空心杯电机绕组电枢杯性能的分析方法，抓住了空心杯电机绕组电枢杯性能的本质特性和关键技术参数，切入点准确，分析方法简单实用，易操作。而且能很直观地、数量化地说明不同绕组电枢杯的性能区别，该方法可推广到类似问题的分析研究中。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：实施例中EC_PowerMax电机绕组电枢杯绕组排列图；

图2：实施例中同心式绕组与斜绕组绕线方式示意图；

图3：图2中的两种绕制方式下用线长度及端部细节图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中，通过本发明的方法对瑞士maxon公司近年提出的最小体积和质量能得到最大的转矩的、最好的空心杯电机EC_PowerMax的绕组结构进行分析，并与国际知名的德国Dr.F.Faulhaber冯哈伯公司工艺技术成熟的、常用的直接成型斜绕组电枢杯和瑞士maxon公司技术成熟的卷曲成型斜绕组电枢杯进行性能对比分析，得出EC_PowerMax电机的绕组电枢杯的优越性能，说明为什么EC_PowerMax的绕组电枢杯能以其独特的性能，使同结构、同尺寸、同材料的空心杯电机具有“最大功率密度”，从而验证本专利涉及的一种空心杯电机绕组电枢杯性能的分析方法的可行性。

德国Dr.F.Faulhaber冯哈伯公司的直接成型斜绕组电枢杯，瑞士maxon公司的卷曲成型斜绕组电枢杯均属于斜绕组，只是绕线方式不同，直接绕制成型斜绕组电枢杯适用于长径比较小的电枢杯，卷曲成型斜绕组适用于长径比较大的电枢杯，为此，选取其中一种绕线方式的斜绕组电枢杯与EC_PowerMax电机的绕组电枢杯进行性能对比分析。

通过对EC_PowerMax电机的绕组电枢杯实物及结构剖面进行分析的基础上，得出该绕组电枢杯的结构排列如图1所示，它是由数个独立的线圈组成的。EC_PowerMax电机的绕组电枢杯以其独特的性能被maxon公司号称为“最大功率密度电机”，它与斜绕组电枢杯电机相比具有突出的优势，主要体现在电枢杯绕组独特性能上：

1)EC_PowerMax电机绕组电枢杯线圈几何形状对称规矩，排列上相互独立，互不干涉，端部的重叠层数少，大大降低了线圈端部厚度，便于布置，可适用于各种外形尺寸的电机；

2)在小机座电机上，尤其高功率密度电机上，有效减小了磁路气隙的同时，大大增加了线圈切割磁场的有效长度，而且同等有效切割磁力线状态下，EC_PowerMax电机绕组线圈比斜绕组线圈用线长度短，内阻小，减小了铜损；

3)由于端部线圈较薄，磁路气隙减小，有效提高了永磁体的利用率，对于同输出功率的电机，由于永磁体利用率的提高，可用磁性能相对差的永磁体或者体积小点的磁性能强的永磁体即可满足电机输出功率，降低了成本，减小了体积。

在采用本发明方法分析过程中，对不同绕组电枢杯绕线结构剖析，用“图形+数字”的方法，不仅直观，更是用具体数字量化出绕组电枢杯关键的技术参数的不同。从理论角度对绕组的切割磁场的有效长度、绕组线圈用线长度、同样匝数下的绕组杯厚度进行对比。图2给出EC_PowerMax电机绕组与斜绕组绕线方式示意图，图3给出了两种绕制方式下的用线长度及端部细节图。

由图2、图3可直观地看出：

1)两种绕法绕出的绕组杯子有效磁力线切割长度相同。

2)同等切割磁力线长度下，以图3中同心式绕组所覆盖线圈计算，斜绕组部分有24段，EC_PowerMax电机绕组中有21段，可见斜绕组利用的线长度比EC_PowerMax电机绕组线长24-21＝3段，统计得出：在一个同心式绕组所覆盖区域内，按斜绕组全部布满需要300段线，按EC_PowerMax电机绕组全部布满需要294段线，可省线2％，某型号批产小功率电机为直接成型斜绕组电枢杯，电枢杯600匝，每匝150毫米，合计90米，采用同心式绕组可省线1.8米，所以斜绕组更费线，不仅增加成本，更重要的是相电阻增大，增加铜损。

3)斜绕组多余线主要位于端部，端部为两层厚，EC_PowerMax电机绕组端部为一层厚，电枢杯壁薄，气隙减小。

可见，在同等技术参数下，EC_PowerMax电机绕组具有独特的优势：1)端部的重叠层数少，磁路气隙减小，有效提高了永磁体的利用率；2)同等有效切割磁力线状态下，同心式绕组线圈比斜绕组线圈用线长度短，内阻小，减小了铜损；3)对于同输出功率的电机，由于永磁体利用率的提高，可用磁性能相对差的永磁体或者体积小点的磁性能强的永磁体即可满足电机输出功率，降低了成本，减小了体积。

利用该方法不仅与结构性能分析预期的结果吻合，而且可以更直观并量化说明EC_PowerMax电机绕组较斜绕组具有独特优势，也验证本专利涉及的一种空心杯电机绕组电枢杯性能的分析方法的可行性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。