CN115347742B - 一种直流电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机技术领域，具体公开了一种直流电机，所述直流电机包括电机主体及电机控制器，所述电机主体远离输出端的一端设置有测速组件，所述电机主体上还设置有降温组件；所述电机主体包括主轴，所述测速组件包括磁环及霍尔传感器，所述磁环安装在主轴上，所述磁环周向设置有编码器，所述霍尔传感器与编码器保持特定距离；所述电机控制器通过霍尔传感器检测电机主体的转速，通过霍尔传感器检测波形判断电机主体主轴的同心度；本发明通过霍尔传感器进而能够对电机主体的转速进行检测，同时通过对霍尔传感器安装位置的限定，通过霍尔传感器检测的波形质量，进而能够对主轴的同心度状态进行判断。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体为一种直流电机。
背景技术
直流电机是能够将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能的电磁设备。
电机在运行过程中获取其转速参数对于整个***起到重要的作用，而对于电机的测速方式，现有技术中有多种方式实现，例如通过输出电压与转速成正比的原理，测速发电机的转子切割磁力线产生感应电动势，速度越高，感应电动势越大，此种方式动态响应较慢，因此在速度较低时测量的误差较大；通过光电数字测速也是测量电机转速的一种方法，通过电机带动编码器转动发出高速脉冲，进而获得较高的测量精度，而此种方式也存在结构布置复杂的缺点。
通过霍尔元件检测电机转速也是常见的一种测速方式，此种方式具有较优的测量精度，但电机的发热很容易导致霍尔元件的失效；同时，直流电机在使用一段时间后容易产生磨损，导致同心度发生偏差，而同心度的检测需要较为专业的设备实现，难以直接通过电机的电力参数进行判断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流电机，解决以下技术问题：
如何实现电机转速判断的同时对电机同心度进行初步判断。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种直流电机，所述直流电机包括电机主体及电机控制器，所述电机主体远离输出端的一端设置有测速组件，所述电机主体上还设置有降温组件；
所述电机主体包括主轴，所述测速组件包括磁环及霍尔传感器，所述磁环安装在主轴上，所述磁环周向设置有编码器，所述霍尔传感器与编码器保持特定距离；
所述电机控制器通过霍尔传感器检测电机主体的转速，通过霍尔传感器检测波形判断电机主体主轴的同心度。
于一实施例中，所述特定距离为霍尔传感器检测标准距离最大值；
所述同心度判断的方法为：
根据霍尔传感器检测波形获取M个周期的波形图；
通过公式
计算出波形完整度系数
；
其中，N为M个周期中能够被识别周期的数量；S为设定频率下M个周期的波形图围成的实际面积；
为设定频率下M个周期的波形图围成的标准面积；
及
为预设系数；
将波形完整度系数
代入至偏移函数off中，获得偏移量
，根据偏移量的大小来评价同心度。
于一实施例中，所述霍尔传感器设置有两组，其中一组与磁环保持的特定距离为霍尔传感器检测标准距离最大值，另一组与磁环保持的特定距离小于霍尔传感器检测标准距离最大值。
于一实施例中，通过电机主体的转速调整降温组件的工作效率。
于一实施例中，所述降温组件包括水箱及多个冷却水管，所述冷却水管均布在电机主体的外侧且冷却水管的进水端连接有控制阀，所述控制阀的出水端与水箱相连通，所述冷却水管的出水端连通有管道散热器，所述冷却水管与水箱相连通，所述水箱连通设置有抽水泵，所述抽水泵与管道散热器相连通；
所述降温组件还包括冷却扇，所述管道散热器设置在冷却扇的出风端。
于一实施例中，所述控制阀用于控制各个冷却水管的进水速率。
于一实施例中，所述电机主体的周向设置有多个温度传感器；
所述电机控制器根据温度传感器监测的数值、电机主体的转速及工作时间判断电机运行状态及调整不同位置冷却水管的进水速率。
于一实施例中，所述电机运行状态判断的过程为：
以电机主体运行时间为X轴，转速为Y轴建立转速随时间变化曲线，计算曲线与X轴及当前时间线围成的面积H，通过公式
计算出电机主体发热量系数；
其中，
为电机温度函数，
为预设修正数值；
将F与多个温度传感器检测的最大值
进行比对：
若
，则判断电机主体发热异常；
否则判断判断电机主体发热正常。
于一实施例中，当判断电机主体发热正常时，将
与预设阈值
进行比对：
若
，则判断电机主体温度过热；
否则判断电机主体温度正常。
于一实施例中，所述温度传感器与冷却水管的数量及位置相对应；
所述电机控制器根据温度传感器的监测数值，通过控制阀调整对应位置冷却水管的进水速率。
本发明的有益效果：
（1）本发明通过将磁环的编码器圆周设置，通过霍尔传感器进而能够对电机主体的转速进行检测，同时通过对霍尔传感器安装位置的限定，能够在检测电机主体转速的同时，对主轴转动的同心度进行一定的判断，通过霍尔传感器检测的波形质量，进而能够对主轴的同心度状态进行判断。
（2）本发明通过降温组件的结构设置，能够降低冷却水管的长度，避免冷却水管中的冷却介质冷却效果降低幅度较大的问题，进而提高了冷却的效果；同时配合控制阀的作用，能够实现针对不同位置降温程度不同的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明直流电机的整体结构示意图；
图2是本发明直流电机内部结构正视图；
图3是本发明测速组件整体结构示意图；
图4是本发明控制阀结构示意图。
附图标记：1、电机主体；11、主轴；2、电机控制器；3、测速组件；31、磁环；311、编码器；32、霍尔传感器；4、降温组件；41、冷却水管；42、控制阀；43、管道散热器；44、水箱；45、抽水泵；46、冷却扇；5、温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示，在一个实施例中，提供了一种直流电机，所述直流电机包括电机主体1及电机控制器2，所述电机主体1远离输出端的一端设置有测速组件3，所述电机主体1上还设置有降温组件4；
电机主体1包括主轴11，测速组件3包括磁环31及霍尔传感器32，磁环31安装在主轴11上，磁环31周向设置有编码器311，霍尔传感器32与编码器311保持特定距离；
电机控制器2通过霍尔传感器32检测电机主体1的转速，通过霍尔传感器32检测波形判断主轴11的同心度。
通过上述技术方案，通过将磁环31的编码器311圆周设置，通过霍尔传感器32进而能够对电机主体1的转速进行检测，同时，由于霍尔传感器32的检测距离在超过规格对应的检测范围时，其会存在一段检测波形不稳定的区间，直至检测不出信号，因此，本申请通过对霍尔传感器32安装位置的限定，能够在检测电机主体1转速的同时，对主轴11转动的同心度进行一定的判断，具体的，当直流电机在使用一段时长后，主轴11若同心度偏差，会导致霍尔传感器32检测波形的质量变差，反之通过霍尔传感器32检测的波形质量，进而能够对主轴11的同心度状态进行判断。
需要说明的是，本发明中检测同心度的方法能够在主轴11发生同心度偏差时进行判断，但无法实现精确的偏差度检测；同时，霍尔传感器32与磁环31上编码器311实现转速检测的方法、原理及根据霍尔传感器32检测信号识别为速度信号的过程均为现有技术，本申请在此不作详述。
另外，在一个实施例中，可以将测速组件3设置在降温组件4的出风端，因此通过测速组件3和降温组件4的位置设置，能够避免降温组件4中的霍尔传感器32在高温下失效的问题，同时方便了同心度的检测。
作为本发明的一种实施方式，特定距离为霍尔传感器32检测标准距离最大值；
同心度判断的方法为：
根据霍尔传感器32检测波形获取M个周期的波形图；
通过公式
计算出波形完整度系数
；
其中，N为M个周期中能够被识别周期的数量；S为设定频率下M个周期的波形图围成的实际面积；
为设定频率下M个周期的波形图围成的标准面积；
及
为预设系数；
将波形完整度系数
代入至偏移函数off中，获得偏移量
，根据偏移量的大小来评价同心度。
通过上述技术方案，本发明给出了同心度判断的具体方式，通过获取霍尔传感器32检测波形的图像，然后通过公式
，利用波形图像的信息来对波形完整度进行判断，进而能够通过波形完整度系数
获得偏移量
，根据偏移量的大小来评价同心度。
需要说明的是，设定频率为预先设定值，其根据电机的转速区间范围选定，例如可选择转速区间中值转换获得；偏移函数off获取的方法为：预先根据霍尔传感器32的检测范围测定获取，不同的完整度对应霍尔传感器32与磁环31上编码器311不同的距离，通过不同完整度及不同距离的测定，进而能够获得偏移函数off；上述技术方案中的波形图为输入电平图，因此波形为矩形脉冲，而当检测距离超过标准检测范围时，部分矩形脉冲会缺失，因此，通过被识别周期的数量及波形图围成的实际面积，能够对波形图的完整度进行评价，进而能够对偏移量进行判断；上述公式中，
及
的数值根据测定波形的数据分析拟合选定获得，其分别表示检测距离对波形缺失程度形成程度的权重。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，霍尔传感器32设置有两组，其中一组霍尔传感器32与磁环31保持的特定距离为霍尔传感器32检测标准距离最大值，另一组霍尔传感器32与磁环31保持的特定距离小于霍尔传感器32检测标准距离最大值。
通过上述技术方案，为了保证转速检测数据的准确性，本实施例通过设置两组霍尔传感器32，通过两组霍尔传感器32检测的数据综合判断，进而能够对电机主体1的速度进行准确判断，同时，将其中一组霍尔传感器32与磁环31保持的特定距离小于霍尔传感器32检测标准距离最大值，能够保证该组检测的数据不易受到主轴11同心度偏差的影响，进而保证转速与同心度同时检测判断的准确度。
需要说明的是，一组霍尔传感器32也能够实现转速检测和同心度判断的过程，两组协同的设置能够进一步保证转速检测的准确性。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，通过电机主体1的转速调整降温组件4的工作效率。
通过上述技术方案，通过电机主体1转速的信号来调整降温组件4的工作效率，当转速较高时，其发热量也相对较高，因此通过提高降温效率来保证电机主体1处于正常温度范围内；通过此过程，能够使得电机主体1得到适应性的降温过程。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，降温组件4包括水箱44及多个冷却水管41，冷却水管41均布在电机主体1的外侧且冷却水管41的进水端连接有控制阀42，冷却水管41的出水端连通有管道散热器43，冷却水管41与水箱44相连通，水箱44连通设置有抽水泵45，抽水泵45与管道散热器43相连通；
降温组件4还包括冷却扇46，管道散热器43设置在冷却扇46的出风端。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，控制阀42用于控制各个冷却水管41的进水速率。
上述技术方案中，降温组件4包括多个单独的冷却水管41，冷却水管41均布在电机主体1的外侧且冷却水管41的进水端连接有控制阀42，通过此种结构设置，相对于常规的单一冷水水路的设置，本实施例中的结构能够降低冷却水管41的长度，避免冷却水管41中的冷却介质冷却效果降低幅度较大的问题，进而提高了冷却的效果；同时配合控制阀42的作用，能够实现针对不同位置降温程度不同的效果。
另外，本实施例中的水箱44及抽水泵45结构能够保证冷却介质实现循环，而通过冷却扇46及管道散热器43的设置，能够对热量及时的散去，显然，冷却扇46及管道散热器43的结构及布局可通过现有技术实现，在此不作详述。
上述技术方案中，控制阀42可通过现有技术中的多通控制流量阀实现，其进水端与水箱44相连通，其出水端的数量与冷却水管41的数量相匹配并分别相连通，因此，通过控制阀42能够控制不同位置冷却水管41的进液速率。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，电机主体1的周向设置有多个温度传感器5；
电机控制器2根据温度传感器5监测的数值、电机主体1的转速及工作时间判断电机运行状态及调整不同位置冷却水管41的进水速率。
通过上述技术方案，由于直流电机布置位置和使用场景的不同，其发热位置点可能会受到环境的影响而不相同，因此，本实施例在电机主体1的周向设置多个温度传感器5，通过温度传感器5监测各个位置点的温度，进而通过电机控制器2来根据监测的温度数值及检测的实际转速，进而能够判断电机的运行状态，进而对电机是否安全运行进行判断。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，电机运行状态判断的过程为：
以电机主体1运行时间为X轴，转速为Y轴建立转速随时间变化曲线，计算曲线与X轴及当前时间线围成的面积H，通过公式
计算出电机主体1发热量系数F；
其中，
为电机温度函数，
为预设修正数值；
将F与多个温度传感器5检测的最大值
进行比对：
若
，则判断电机主体1发热异常；
否则判断判断电机主体1发热正常。
通过上述技术方案，提供了一种判断电机运行状态判断的方案，具体的，获取电机主体1运行的时间及转速的变化状况，进而获得转速随时间变化曲线，通过对围成面积的计算并带入到公式
内，进而能够获取电机正常运行状态下的发热量系数，通过比较发热量系数与多个温度传感器5检测的最大值
，进而判断电机主体1是否发热量异常，进而能够判断电机主体是否出现故障风险；此种方式相对于直接将监测的温度值与对照值相比对的方法，不需要电机主体1的温度到达一定程度时即能判断其运行状态及运行风险，提高对电机主体1状态判断的效率。
上述发热量系数的公式中，电机温度函数
获取的方法为：在统一的环境条件下分别测量电机主体1在不同转速的温度状况，通过多组测量数据拟合获得温度随转速变化曲线，即电机温度函数
，
则为预设修正数值，根据测定数据拟合获得。
作为本发明的一种实施方式，当判断电机主体1发热正常时，将
与预设阈值
进行比对：
若
，则判断电机主体1温度过热；
否则判断电机主体1温度正常。
通过上述技术方案，通过将
与预设阈值
进行比较，进而能够判断温度是否过热，进而实现电机主体1运行的预警。
作为本发明的一种实施方式，请参阅图1-4所示，温度传感器5与冷却水管41的数量及位置相对应；
电机控制器2根据温度传感器5的监测数值，通过控制阀42调整对应位置冷却水管41的进水速率。
通过上述技术方案，将温度传感器5与冷却水管41的数量及位置相对应，电机控制器2根据温度传感器5的监测数值，通过控制阀42调整对应位置冷却水管41的进水速率，进而使得温度较高的位置点能够得到较优的降温效果，提高了整体的降温效果。
本发明的工作原理：本发明通过将磁环31的编码器311圆周设置，通过霍尔传感器32进而能够对电机主体1的转速进行检测，同时通过对霍尔传感器32安装位置的限定，能够在检测电机主体1转速的同时，对主轴11转动的同心度进行一定的判断，通过霍尔传感器32检测的波形质量，进而能够对主轴11的同心度状态进行判断；本发明通过降温组件4的结构设置，能够降低冷却水管41的长度，避免冷却水管41中的冷却介质冷却效果降低幅度较大的问题，进而提高了冷却的效果；同时配合控制阀42的作用，能够实现针对不同位置降温程度不同的效果。
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。
Claims (8)
1.一种直流电机，其特征在于，所述直流电机包括电机主体（1）及电机控制器（2），所述电机主体（1）远离输出端的一端设置有测速组件（3），所述电机主体（1）上还设置有降温组件（4）；
所述电机主体（1）包括主轴（11），所述测速组件（3）包括磁环（31）及霍尔传感器（32），所述磁环（31）安装在主轴（11）上，所述磁环（31）周向设置有编码器（311），所述霍尔传感器（32）与编码器（311）保持特定距离；
所述电机控制器（2）通过霍尔传感器（32）检测电机主体（1）的转速，通过霍尔传感器（32）检测波形判断主轴（11）的同心度；
所述特定距离为霍尔传感器（32）检测标准距离最大值；
所述同心度判断的方法为：
根据霍尔传感器（32）检测波形获取M个周期的波形图；
通过公式
计算出波形完整度系数
；
其中，N为M个周期中能够被识别周期的数量；S为设定频率下M个周期的波形图围成的实际面积；
为设定频率下M个周期的波形图围成的标准面积；
及
为预设系数；
将波形完整度系数
代入至偏移函数off中，获得偏移量
，根据偏移量的大小来评价同心度；
所述霍尔传感器（32）设置有两组，其中一组与磁环（31）保持的特定距离为霍尔传感器（32）检测标准距离最大值，另一组与磁环（31）保持的特定距离小于霍尔传感器（32）检测标准距离最大值。
2.根据权利要求1所述的一种直流电机，其特征在于，通过电机主体（1）的转速调整降温组件（4）的工作效率。
3.根据权利要求2所述的一种直流电机，其特征在于，所述降温组件（4）包括水箱（44）及多个冷却水管（41），所述冷却水管（41）均布在电机主体（1）的外侧且冷却水管（41）的进水端连接有控制阀（42），所述控制阀（42）的出水端与水箱（44）相连通，所述冷却水管（41）的出水端连通有管道散热器（43），所述冷却水管（41）与水箱（44）相连通，所述水箱（44）连通设置有抽水泵（45），所述抽水泵（45）与管道散热器（43）相连通；
所述降温组件（4）还包括冷却扇（46），所述管道散热器（43）设置在冷却扇（46）的出风端。
4.根据权利要求3所述的一种直流电机，其特征在于，所述控制阀（42）用于控制各个冷却水管（41）的进水速率。
5.根据权利要求4所述的一种直流电机，其特征在于，所述电机主体（1）的周向设置有多个温度传感器（5）；
所述电机控制器（2）根据温度传感器（5）监测的数值、电机主体（1）的转速及工作时间判断电机运行状态及调整不同位置冷却水管（41）的进水速率。
6.根据权利要求5所述的一种直流电机，其特征在于，所述电机运行状态判断的过程为：
以电机主体（1）运行时间为X轴，转速为Y轴建立转速随时间变化曲线，计算曲线与X轴及当前时间线围成的面积H，通过公式
计算出电机主体（1）发热量系数；
其中，
为电机温度函数，
为预设修正数值；
将F与多个温度传感器（5）检测的最大值
进行比对：
若
，则判断电机主体（1）发热异常；
否则判断电机主体（1）发热正常。
7.根据权利要求6所述的一种直流电机，其特征在于，当判断电机主体（1）发热正常时，将
与预设阈值
进行比对：
若
，则判断电机主体（1）温度过热；
否则判断电机主体（1）温度正常。
8.根据权利要求6所述的一种直流电机，其特征在于，所述温度传感器（5）与冷却水管（41）的数量及位置相对应；
所述电机控制器（2）根据温度传感器（5）的监测数值，通过控制阀（42）调整对应位置冷却水管（41）的进水速率。
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Denomination of invention: A DC motor Granted publication date: 20230106 Pledgee: Bank of China Limited Changzhou Economic Development Zone sub branch Pledgor: Changzhou Meite Precision Motor Co.,Ltd. Registration number: Y2024980001332 |