CN116014941A - 一种压缩空气供给单元电机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于压缩空气供给设备技术领域的压缩空气供给单元电机。压缩空气供给单元电机包括晶体管V1、晶体管V2、晶体管V3、晶体管V4、晶体管V5、晶体管V6；压缩空气供给单元电机采用多槽多极结构；永磁体14为弓形永磁体，永磁体14一边为平面结构18，永磁体14另一边为弧形面结构19，永磁体14外弧中心距转子圆心偏移量为转子半径的0.25～0.35倍。本发明所述的压缩空气供给单元电机，结构简单，有效克服电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声，提升整体性能。

Description

一种压缩空气供给单元电机及其控制方法

技术领域

本发明属于压缩空气供给设备技术领域，更具体地说，是涉及一种压缩空气供给单元电机。

背景技术

现有技术中的压缩空气供给单元电机，采用有刷电机结构，电机存在寿命短、换向火花及电磁干扰缺点。同时，存在电机绕线难度大、电磁噪声大的问题。还有，电机存在齿槽转矩及转矩脉动大，电机振动噪声大的问题。现有技术中有名称为“便携式空气压缩机”、公开号为“1495360A”的技术，该技术具有一个与储气罐连结的空气压缩机,在空气使用过程中,把聚集在该储气罐内的冷凝物连续地排放至释放的压缩空气中。该储气罐具有一个排气口,通过该排气口,在空气使用过程中,压缩空气和冷凝物穿过歧管组件被释放出,以用于气动工具中。然而，该技术不能解决本申请的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，有效克服电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声，从而提升整体性能的压缩空气供给单元电机。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种压缩空气供给单元电机，包括轴、A面轴承、上骨架、定子铁芯、下骨架、绕组、径向补偿环、B面轴承、转子铁芯、永磁体、下端板、上端板；压缩空气供给单元电机包括晶体管V1、晶体管V2、晶体管V3、晶体管V4、晶体管V5、晶体管V6；压缩空气供给单元电机采用多槽多极结构；永磁体14为弓形永磁体，永磁体一边为平面结构，永磁体另一边为弧形面结构，永磁体外弧中心距转子圆心偏移量为转子半径的0.25～0.35倍。

所述的上骨架和下骨架与定子铁芯固定连接，绕组绕在上骨架和下骨架上，定子铁芯与外壳固定连接；永磁体装入转子铁芯，转子铁芯、下端板、上端板与轴过盈压装。所述的轴一端与A面轴承过盈装配，轴另一端与B面轴承过盈装配，A面轴承和B面轴承压入外壳；径向补偿环装入端盖，端盖与外壳固定连接。

所述的压缩空气供给单元电机还包括外壳、端盖、螺栓，轴、A面轴承、上骨架、定子铁芯、下骨架、绕组、径向补偿环、B面轴承、转子铁芯、永磁体、下端板、上端板设置在外壳和端盖内部，端盖与外壳通过多个螺栓固定连接。

所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V1、V6导通，V2、V3、V4、V5关断，电机AB相导通，带有永磁体的转子旋转60°电角度；电信号控制晶体管V1、V2导通，V3、V4、V5、V6关断，电机AC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度。

所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V3、V2导通，V1、V4、V5、V6关断，电机BC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V3、V4导通，V1、V2、V5、V6关断，电机BA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度。

所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V5、V4导通，V1、V2、V3、V6关断，电机CA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V5、V6导通，V1、V2、V3、V4关断，电机CB相导通，带有永磁体的转子再旋转60°电角度，电机旋转360°电角度，完成一个循环。

所述的定子铁芯安装在外壳内，堵头安装在端盖上。

所述的压缩空气供给单元电机的极数比槽数多一个，压缩空气供给单元电机采用集中式绕组结构，绕组绕制在每个齿上。

本发明还涉及一种步骤简单，有效克服电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声，提升整体性能压缩空气供给单元电机的控制方法，所述的压缩空气供给单元电机的控制方法的控制步骤为：

S1.压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V1、V6导通，V2、V3、V4、V5关断，电机AB相导通，带有永磁体的转子旋转60°电角度；电信号控制晶体管V1、V2导通，V3、V4、V5、V6关断，电机AC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；

S2.压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V3、V2导通，V1、V4、V5、V6关断，电机BC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V3、V4导通，V1、V2、V5、V6关断，电机BA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；

S3.电信号控制晶体管V5、V4导通，V1、V2、V3、V6关断，电机CA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V5、V6导通，V1、V2、V3、V4关断，电机CB相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度，电机旋转360°电角度，完成一个循环。

采用本发明的技术方案，工作原理及有益效果如下所述：

本发明所述的压缩空气供给单元电机，创新点主要在于：1、采用永磁无刷电机结构，摒弃传统有刷电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点。分数槽集中绕组形式，极槽为九槽十极配合，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声。2.电机采用弓形永磁体，调整极弧中心与圆心距离，降低齿槽转矩及转矩脉动，使绕组感应电压正弦度更好，减小电机振动噪声。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本发明所述的压缩空气供给单元电机的结构示意图；

图2为本发明所述的压缩空气供给单元电机内部定子结构示意图；

图3为本发明所述的压缩空气供给单元电机内部转子结构示意图；

图4为本发明所述的压缩空气供给单元电机的内部转子的正视结构示意图；

图5为本发明所述的压缩空气供给单元电机的驱动控制电路原理图；

图6为本发明所述的压缩空气供给单元电机的定转子极槽配合绕线结构示意图；

图7a为现有技术中的压缩空气供给单元电机的齿槽转矩波形图；

图7b为本发明所述的压缩空气供给单元电机的齿槽转矩波形图；

图8a为现有技术中的压缩空气供给单元电机的反电势波形图；

图8b为本发明所述的压缩空气供给单元电机的反电势波形图；

附图中标记分别为：1、外壳；2、端盖；3、螺栓；4、堵头；5、轴；6、A面轴承；7、上骨架；8、定子铁芯；9、下骨架；10、绕组；11、径向补偿环；12、B面轴承；13、转子铁芯；14、永磁体；15、下端板；16、上端板；17、晶体管。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1-附图6所示，本发明为一种压缩空气供给单元电机，包括轴5、A面轴承6、上骨架7、定子铁芯8、下骨架9、绕组10、径向补偿环11、B面轴承12、转子铁芯13、永磁体14、下端板15、上端板16；压缩空气供给单元电机包括晶体管V1、晶体管V2、晶体管V3、晶体管V4、晶体管V5、晶体管V6；压缩空气供给单元电机采用多槽多极结构；永磁体14为弓形永磁体，永磁体14一边为平面结构18，永磁体14另一边为弧形面结构19，永磁体14外弧中心距转子圆心偏移量为转子半径的0.25～0.35倍。上述结构，针对现有技术中的不足，提出改进的技术方案。本发明的改进方案的创新点在于：1、采用永磁无刷电机结构，摒弃传统有刷电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点。分数槽集中绕组形式，极槽配合九槽十极，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声。2.采用弓形永磁体，调整极弧中心与圆心距离，降低齿槽转矩及转矩脉动，使绕组感应电压正弦度更好，减小电机振动噪声。本发明所述的压缩空气供给单元电机，结构简单，有效克服电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声，提升整体性能。

所述的上骨架7和下骨架9与定子铁芯8固定连接，绕组10绕在上骨架7和下骨架9上，定子铁芯8与外壳1固定连接；永磁体14装入转子铁芯13，转子铁芯13、下端板15、上端板16与轴5过盈压装。所述的轴5一端与A面轴承6过盈装配，轴5另一端与B面轴承12过盈装配，A面轴承6和B面轴承12压入外壳1；径向补偿环11装入端盖2，端盖2与外壳1固定连接。所述的压缩空气供给单元电机还包括外壳1、端盖2、螺栓3，轴5、A面轴承6、上骨架7、定子铁芯8、下骨架9、绕组10、径向补偿环11、B面轴承12、转子铁芯13、永磁体14、下端板15、上端板16设置在外壳1和端盖2内部，端盖2与外壳1通过多个螺栓3固定连接。上述结构，通过多个部件的连接和配合，形成电机单元，用于可靠实现工作功能。

所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V1、V6导通，V2、V3、V4、V5关断，电机AB相导通，带有永磁体的转子旋转60°电角度；电信号控制晶体管V1、V2导通，V3、V4、V5、V6关断，电机AC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度。所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V3、V2导通，V1、V4、V5、V6关断，电机BC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V3、V4导通，V1、V2、V5、V6关断，电机BA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度。所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V5、V4导通，V1、V2、V3、V6关断，电机CA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V5、V6导通，V1、V2、V3、V4关断，电机CB相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度，电机旋转360°电角度，完成一个循环。上述结构，单元电机整个过程完成电机电流的电子换相，无需使用换向器和电刷进行机械方向，而是使用控制器进行电子换相，确保电机单元能够可靠稳定工作。整个换向过程更平滑，不会出现有刷电机换向出现的火花，同时降低了由于换向产生噪声。相较于现有技术中的有刷电机，该电机效率提高10％以上，减少了损耗。

所述的定子铁芯8安装在外壳1内，堵头4安装在端盖2上。

所述的压缩空气供给单元电机的极数比槽数多一个，压缩空气供给单元电机采用集中式绕组结构，绕组绕制在每个齿上。上述结构，极大程度上降低了齿槽转矩的幅值。同时，采用集中式绕组结构，绕组绕制在每一个齿上，摒弃传统电机绕制绕组后再嵌入槽中的过程，摒弃嵌线工序提高了生产效率。例如，图6为本发明所述的结构的实施例的图，其中通过采用9槽10极的配合，提高齿槽转矩的频次为90，极大程度上降低了齿槽转矩的幅值。采用集中式绕组结构，绕组绕制在每个齿上，摒弃嵌线工序，提高了生产效率。

所述的永磁体14为弓形永磁体，永磁体14一边为平面结构18，永磁体14另一边为弧形面结构19，永磁体14外弧中心距转子圆心偏移量为转子半径的0.25～0.35倍。上述结构，当使永磁体外弧中心距转子圆心偏移量为转子半径的0.25～0.35倍时，会有比较小的齿槽转矩和正弦度较好的绕组感应电压波形。举例说明，如附图7a、7b的对比可知，齿槽转矩调整前如图7a所示，齿槽转矩为5.63，齿槽转矩调整后如图7b所示，齿槽转矩为2.73。使齿槽转矩由未调整前的5.63降低到了2.73，降低一半以上。绕组感应电压调整前如图8a所示，尖端存在畸变，绕组感应电压调整后如图8b所示，无明显畸变，调整前绕组感应电压尖端有畸变，正弦度一般，而调整后波形成正弦，正弦度优秀。降低了齿槽转矩和提高了绕组感应电压的正弦度，一定程度上减小了电机径向磁拉力，进而降低电机振动噪声。

本发明还涉及一种步骤简单，有效克服电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声，提升整体性能压缩空气供给单元电机的控制方法，压缩空气供给单元电机的控制方法的控制步骤为：

S1.压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V1、V6导通，V2、V3、V4、V5关断，电机AB相导通，带有永磁体的转子旋转60°电角度；电信号控制晶体管V1、V2导通，V3、V4、V5、V6关断，电机AC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；S2.压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V3、V2导通，V1、V4、V5、V6关断，电机BC相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V3、V4导通，V1、V2、V5、V6关断，电机BA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；S3.电信号控制晶体管V5、V4导通，V1、V2、V3、V6关断，电机CA相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V5、V6导通，V1、V2、V3、V4关断，电机CB相导通，带有永磁体14的转子再旋转60°电角度，电机旋转360°电角度，完成一个循环。上述方法，单元电机整个过程完成电机电流的电子换相，无需使用换向器和电刷进行机械方向，而是使用控制器进行电子换相，确保电机单元能够可靠稳定工作。整个换向过程更平滑，不会出现有刷电机换向出现的火花，同时降低了由于换向产生噪声。相较于现有技术中的有刷电机，该电机效率提高10％以上，减少了损耗。这样，有效提升单元电机的工作性能。

本发明所述的压缩空气供给单元电机，创新点主要在于：1、采用永磁无刷电机结构，摒弃传统有刷电机寿命短、换向火花及电磁干扰缺点。分数槽集中绕组形式，极槽为九槽十极配合，降低绕线难度，提高电机感应电动势正弦度，降低齿槽转矩及转矩脉动，降低电磁噪声。2.电机采用弓形永磁体，调整极弧中心与圆心距离，降低齿槽转矩及转矩脉动，使绕组感应电压正弦度更好，减小电机振动噪声。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压缩空气供给单元电机，其特征在于：包括轴(5)、A面轴承(6)、上骨架(7)、定子铁芯(8)、下骨架(9)、绕组(10)、径向补偿环(11)、B面轴承(12)、转子铁芯(13)、永磁体(14)、下端板(15)、上端板(16)；压缩空气供给单元电机包括晶体管V1、晶体管V2、晶体管V3、晶体管V4、晶体管V5、晶体管V6；压缩空气供给单元电机采用多槽多极结构；永磁体14为弓形永磁体，永磁体14一边为平面结构18，永磁体14另一边为弧形面结构19，永磁体14外弧中心距转子圆心偏移量为转子半径的0.25～0.35倍。

2.根据权利要求1所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的上骨架(7)和下骨架(9)与定子铁芯(8)固定连接，绕组(10)绕在上骨架(7)和下骨架(9)上，定子铁芯(8)与外壳(1)固定连接；永磁体(14)装入转子铁芯(13)，转子铁芯(13)、下端板(15)、上端板(16)与轴(5)过盈压装。

3.根据权利要求2所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的轴(5)一端与A面轴承(6)过盈装配，轴(5)另一端与B面轴承(12)过盈装配，A面轴承(6)和B面轴承(12)压入外壳(1)；径向补偿环(11)装入端盖(2)，端盖(2)与外壳(1)固定连接。

4.根据权利要求2或3所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的压缩空气供给单元电机还包括外壳(1)、端盖(2)、螺栓(3)，轴(5)、A面轴承(6)、上骨架(7)、定子铁芯(8)、下骨架(9)、绕组(10)、径向补偿环(11)、B面轴承(12)、转子铁芯(13)、永磁体(14)、下端板(15)、上端板(16)设置在外壳(1)和端盖(2)内部，端盖(2)与外壳(1)通过多个螺栓(3)固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V1、V6导通，V2、V3、V4、V5关断，电机AB相导通，带有永磁体的转子旋转60°电角度；电信号控制晶体管V1、V2导通，V3、V4、V5、V6关断，电机AC相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度。

6.根据权利要求5所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V3、V2导通，V1、V4、V5、V6关断，电机BC相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V3、V4导通，V1、V2、V5、V6关断，电机BA相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度。

7.根据权利要求6所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V5、V4导通，V1、V2、V3、V6关断，电机CA相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V5、V6导通，V1、V2、V3、V4关断，电机CB相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度，电机旋转360°电角度，完成一个循环。

8.根据权利要求1或2所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的定子铁芯(8)安装在外壳(1)内，堵头(4)安装在端盖(2)上。

9.根据权利要求1或2所述的压缩空气供给单元电机，其特征在于：所述的压缩空气供给单元电机的极数比槽数多一个，压缩空气供给单元电机采用集中式绕组结构，绕组绕制在每个齿上。

10.一种压缩空气供给单元电机的控制方法，其特征在于：所述的压缩空气供给单元电机的控制方法的控制步骤为：

S1.压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V1、V6导通，V2、V3、V4、V5关断，电机AB相导通，带有永磁体的转子旋转60°电角度；电信号控制晶体管V1、V2导通，V3、V4、V5、V6关断，电机AC相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度；

S2.压缩空气供给单元电机的电信号控制晶体管V3、V2导通，V1、V4、V5、V6关断，电机BC相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V3、V4导通，V1、V2、V5、V6关断，电机BA相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度；

S3.电信号控制晶体管V5、V4导通，V1、V2、V3、V6关断，电机CA相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度；电信号控制晶体管V5、V6导通，V1、V2、V3、V4关断，电机CB相导通，带有永磁体(14)的转子再旋转60°电角度，电机旋转360°电角度，完成一个循环。

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