本發(fā)明涉及電機(jī)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能分析方法。

背景技術(shù)：

空心杯電機(jī)與等同條件下的齒槽電機(jī)相比具有輸出功率密度大，電氣時間常數(shù)小，體積小、重量輕、運行平穩(wěn)、響應(yīng)快等特性，應(yīng)用越來越廣泛。但空心杯電機(jī)制造工藝復(fù)雜、工裝模具多、特殊過程多，給大規(guī)模生產(chǎn)帶來很多困難和限制，特別是電機(jī)繞組電樞杯直接影響著電機(jī)的輸出性能以及描述電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的參數(shù)(轉(zhuǎn)矩常數(shù)和速度常數(shù))，在實際使用中，可根據(jù)應(yīng)用要求來選擇合適的繞組，那么采用何種形式的繞組電樞杯成了空心杯電機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。

繞組電樞杯是空心杯電機(jī)的關(guān)鍵部件，繞組電樞杯的性能直接影響著電機(jī)的輸出性能，所以繞組電樞杯的性能分析至關(guān)重要，也為繞組繞制方法提供了參考和依據(jù)。目前，空心杯電機(jī)繞組電樞杯種類較多，有盤式繞組、直繞組、斜繞組、疊繞組等，而且各繞組的繞制工藝技術(shù)不同，性能也有差別，這種差別都是需要將繞組電樞杯繞制完成后，用測量工具測量所得，或者將其應(yīng)用到電機(jī)中，測量電機(jī)的輸出特性，才可以得出各繞組的差異，這樣費時費力費人工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能分析方法，實現(xiàn)在選用何種繞組之前，即可初步估算出繞組差異性的目的。

繞組電樞杯是由一定線徑、一定匝數(shù)的漆包線按一定的繞線方式編織成杯形繞組，并用膠將它固化、粘牢，故名“杯形繞組”。它在電機(jī)應(yīng)用中，體現(xiàn)在繞組終端電阻、繞組匝數(shù)上，繞組終端電阻和繞組匝數(shù)影響著電機(jī)的啟動電流、輸出轉(zhuǎn)矩和速度常數(shù)。同時，繞組電樞杯的端部高低以及杯子厚度與磁路氣隙相關(guān)，從而影響電樞回路的磁通量，影響著電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、效率等。

根據(jù)上述分析，本發(fā)明主要以繞組電樞杯的終端電阻、繞組匝數(shù)、繞組電樞杯的端部尺寸及杯子厚度這幾個方面為對象，提出一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能分析方法，通過比對方式得到使用不同繞組電樞杯電機(jī)的輸出特性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能分析方法，其特征在于：首先對比分析不同繞法繞出的繞組電樞杯有效磁力線切割長度，有效磁力線切割長度越長，繞組電樞杯性能越優(yōu)；在有效磁力線切割長度相同，繞組匝數(shù)相同條件下，對比分析繞組線圈用線長度，繞組線圈用線長度越短，內(nèi)阻越小，減小了銅損，繞組電樞杯性能越優(yōu)；在有效磁力線切割長度相同、繞組匝數(shù)相同條件下，對比分析繞組電樞杯的端部尺寸，繞組電樞杯的端部尺寸越薄，氣隙越小，繞組電樞杯性能越優(yōu)。

有益效果

本專利中涉及的一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能的分析方法，抓住了空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能的本質(zhì)特性和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，切入點準(zhǔn)確，分析方法簡單實用，易操作。而且能很直觀地、數(shù)量化地說明不同繞組電樞杯的性能區(qū)別，該方法可推廣到類似問題的分析研究中。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1：實施例中EC_PowerMax電機(jī)繞組電樞杯繞組排列圖；

圖2：實施例中同心式繞組與斜繞組繞線方式示意圖；

圖3：圖2中的兩種繞制方式下用線長度及端部細(xì)節(jié)圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本實施例中，通過本發(fā)明的方法對瑞士maxon公司近年提出的最小體積和質(zhì)量能得到最大的轉(zhuǎn)矩的、最好的空心杯電機(jī)EC_PowerMax的繞組結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并與國際知名的德國Dr.F.Faulhaber馮哈伯公司工藝技術(shù)成熟的、常用的直接成型斜繞組電樞杯和瑞士maxon公司技術(shù)成熟的卷曲成型斜繞組電樞杯進(jìn)行性能對比分析，得出EC_PowerMax電機(jī)的繞組電樞杯的優(yōu)越性能，說明為什么EC_PowerMax的繞組電樞杯能以其獨特的性能，使同結(jié)構(gòu)、同尺寸、同材料的空心杯電機(jī)具有“最大功率密度”，從而驗證本專利涉及的一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能的分析方法的可行性。

德國Dr.F.Faulhaber馮哈伯公司的直接成型斜繞組電樞杯，瑞士maxon公司的卷曲成型斜繞組電樞杯均屬于斜繞組，只是繞線方式不同，直接繞制成型斜繞組電樞杯適用于長徑比較小的電樞杯，卷曲成型斜繞組適用于長徑比較大的電樞杯，為此，選取其中一種繞線方式的斜繞組電樞杯與EC_PowerMax電機(jī)的繞組電樞杯進(jìn)行性能對比分析。

通過對EC_PowerMax電機(jī)的繞組電樞杯實物及結(jié)構(gòu)剖面進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，得出該繞組電樞杯的結(jié)構(gòu)排列如圖1所示，它是由數(shù)個獨立的線圈組成的。EC_PowerMax電機(jī)的繞組電樞杯以其獨特的性能被maxon公司號稱為“最大功率密度電機(jī)”，它與斜繞組電樞杯電機(jī)相比具有突出的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在電樞杯繞組獨特性能上：

1)EC_PowerMax電機(jī)繞組電樞杯線圈幾何形狀對稱規(guī)矩，排列上相互獨立，互不干涉，端部的重疊層數(shù)少，大大降低了線圈端部厚度，便于布置，可適用于各種外形尺寸的電機(jī)；

2)在小機(jī)座電機(jī)上，尤其高功率密度電機(jī)上，有效減小了磁路氣隙的同時，大大增加了線圈切割磁場的有效長度，而且同等有效切割磁力線狀態(tài)下，EC_PowerMax電機(jī)繞組線圈比斜繞組線圈用線長度短，內(nèi)阻小，減小了銅損；

3)由于端部線圈較薄，磁路氣隙減小，有效提高了永磁體的利用率，對于同輸出功率的電機(jī)，由于永磁體利用率的提高，可用磁性能相對差的永磁體或者體積小點的磁性能強(qiáng)的永磁體即可滿足電機(jī)輸出功率，降低了成本，減小了體積。

在采用本發(fā)明方法分析過程中，對不同繞組電樞杯繞線結(jié)構(gòu)剖析，用“圖形+數(shù)字”的方法，不僅直觀，更是用具體數(shù)字量化出繞組電樞杯關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)的不同。從理論角度對繞組的切割磁場的有效長度、繞組線圈用線長度、同樣匝數(shù)下的繞組杯厚度進(jìn)行對比。圖2給出EC_PowerMax電機(jī)繞組與斜繞組繞線方式示意圖，圖3給出了兩種繞制方式下的用線長度及端部細(xì)節(jié)圖。

由圖2、圖3可直觀地看出：

1)兩種繞法繞出的繞組杯子有效磁力線切割長度相同。

2)同等切割磁力線長度下，以圖3中同心式繞組所覆蓋線圈計算，斜繞組部分有24段，EC_PowerMax電機(jī)繞組中有21段，可見斜繞組利用的線長度比EC_PowerMax電機(jī)繞組線長24-21＝3段，統(tǒng)計得出：在一個同心式繞組所覆蓋區(qū)域內(nèi)，按斜繞組全部布滿需要300段線，按EC_PowerMax電機(jī)繞組全部布滿需要294段線，可省線2％，某型號批產(chǎn)小功率電機(jī)為直接成型斜繞組電樞杯，電樞杯600匝，每匝150毫米，合計90米，采用同心式繞組可省線1.8米，所以斜繞組更費線，不僅增加成本，更重要的是相電阻增大，增加銅損。

3)斜繞組多余線主要位于端部，端部為兩層厚，EC_PowerMax電機(jī)繞組端部為一層厚，電樞杯壁薄，氣隙減小。

可見，在同等技術(shù)參數(shù)下，EC_PowerMax電機(jī)繞組具有獨特的優(yōu)勢：1)端部的重疊層數(shù)少，磁路氣隙減小，有效提高了永磁體的利用率；2)同等有效切割磁力線狀態(tài)下，同心式繞組線圈比斜繞組線圈用線長度短，內(nèi)阻小，減小了銅損；3)對于同輸出功率的電機(jī)，由于永磁體利用率的提高，可用磁性能相對差的永磁體或者體積小點的磁性能強(qiáng)的永磁體即可滿足電機(jī)輸出功率，降低了成本，減小了體積。

利用該方法不僅與結(jié)構(gòu)性能分析預(yù)期的結(jié)果吻合，而且可以更直觀并量化說明EC_PowerMax電機(jī)繞組較斜繞組具有獨特優(yōu)勢，也驗證本專利涉及的一種空心杯電機(jī)繞組電樞杯性能的分析方法的可行性。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。