一种直流电机的充磁电流控制模块及方法与流程

1.本发明涉及转子充磁技术领域，具体为一种直流电机的充磁电流控制模块及方法。


背景技术：

2.直流电机在制备过程中需要对转子内的主磁体进行充磁处理，充磁机实现充磁的原理是通过直流高压电压相电容器充电，然后通过一个电阻极小的线圈放电，放电过程中产生脉冲电流，通过脉冲电流在线圈内产生一个充磁磁场，通过将转子内的主磁体置于充磁磁场内，进而实现充磁的过程。
3.在直流电机的装配过程中，充磁工序的先后顺序会影响装配的效率，若在永磁体充磁后将其与转子装配在一起，其装配难度会较大幅度的提升，因此，直接对永磁体与转子装配一体的结构进行充磁，能够显著提升直流电机的装配效率。
4.在对转子进行充磁的过程中，影响充磁质量的主要因素是磁场的强度及其稳定性，当磁场的强度和稳定性不足时，充磁后的转子可能存在充磁量不足的问题，而对于影响磁场强度和稳定性的因素，一方面与电流的稳定性有关，另一方面则与充磁线圈的状况有关，充磁线圈在工作过程中会产生较大的热量，在长时间工作过程中经常会会存在烧坏的问题，另一方面，对转子进行磁通量检测过程时，通过特斯拉计是常用的检测方式，但当永磁体相对转子的安装位置出现偏差时，特斯拉计检测的数值会与实际数值产生偏差，进而影响对故障的准确判断；现有的充磁机控制系统中，主要通过对充磁后转子的检测判断其充磁效果是否符合要求，此种方式虽然能够判断出成品是否符合要求，但在产品不符合充磁要求时不能准确的判断出具体的故障原因，因此在对后续的参数调整或整修中，需要进一步分析和确认，而在批量化、自动化的充磁过程中，此种方式会对充磁的效率造成较大程度的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种直流电机的充磁电流控制模块及方法，解决以下技术问题：如何准确的判断出充磁系统的故障并保证充磁的效率。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种直流电机的充磁电流控制模块，所述控制模块包括：特斯拉计，用于在充磁前后检测直流电机转子特定位置点的磁感应强度；磁通量感应线圈，用于在充磁过程中检测磁通量大小；电流控制器，用于检测及控制直流电电流的大小；充磁线圈，与电流控制器电性连接，用于在电流的作用下产生充磁磁场；分析控制器，与特斯拉计、磁通量感应线圈及电流电流控制器电性连接，用于根据充磁前后转子特定位置点的磁感应强度、充磁过程中检测的磁通量大小及检测的直流电电
流大小判断出充磁转子是否符合充磁要求及不符合充磁要求的故障源。
7.根据对磁场、电流及转子自身的判断结果，能够判断出充磁过程中的故障源所在，进而方便后续的处理及检修。
8.进一步地，所述故障源包括：电流过小导致磁场强度偏小；充磁线圈性能故障；转子安装故障。
9.进一步地，所述故障源的分析方法为：s1、将对充磁后电机转子的特斯拉计检测结果与充磁标准作比较；若符合要求，判定充磁转子符合充磁要求；否则，将磁通量感应线圈检测结果与对应的磁通量标准范围作比较：若符合要求，则判定故障源为转子安装故障；否则，将电流控制器检测的电流大小与标准范围进行对比：若符合要求，则判定充磁线圈性能故障；否则，判断电流相对标准范围偏大还是偏小：若偏大，判定充磁线圈性能故障；若偏小，判定电流过小导致磁场强度偏小，并调整电流大小。
10.进一步地，所述控制模块还包括温度检测仪，所述温度检测仪与分析控制器电性连接，用于检测充磁线圈充磁时的温度值；根据温度检测仪检测的结果判断充磁线圈性能故障的原因。
11.进一步地，所述充磁线圈性能故障原因判断的过程为：当故障源被判断为充磁线圈性能故障时，将温度检测仪检测的最大温度值与预设阈值进行比对：若最大温度值大于等于预设阈值，则判断谐波电流偏大并调整电流参数；若最大温度值小于预设阈值，则判断为充磁线圈硬件故障。
12.进一步地，所述充磁线圈的外侧紧贴设置有降温组件；冷却组件包括若干级降温等级；根据温度检测仪检测的降温后温度值及降温等级，计算出无降温组件下的实际温度值；通过实际温度值判断充磁线圈性能故障的原因。
13.进一步地，所述控制模块还包括定位组件；所述定位组件包括夹持器，所述夹持器用于对转子进行夹持、转动控制及移动控制；通过夹持器对转子的夹持及移动控制使转子移动至充磁位置；通过特斯拉计检测的数值及夹持器对转子的转动控制使转子转动至充磁角度。
14.进一步地，所述特斯拉计的探头与到达充磁位置的转子外壁相接触；所述转子在夹持器作用下匀速转动，检测特斯拉计实时数值由小变大的突变时间点，在该时间点特定时间段后停止对转子的转动控制。
15.一种直流电机的充磁电流控制方法，所述控制方法包括：
s1、在充磁前后检测直流电机转子特定位置点的磁感应强度；s2、在充磁过程中检测磁通量大小；s3、检测脉冲电流的大小；s4、根据充磁前后转子特定位置点的磁感应强度、充磁过程中检测的磁通量大小及检测的直流电电流大小判断出充磁转子是否符合充磁要求及不符合充磁要求的故障源。
16.本发明的有益效果：（1）本发明根据对磁场、电流及转子自身的判断结果，能够综合判断出充磁过程中的故障源所在，进而方便后续的处理及检修。
17.（2）本发明通过故障源的分析方法，能够准确判断出故障源并根据不同的故障源采用不同的处理措施，当电流较小时，通过电流控制器调整电流大小，当充磁线圈故障时，及时对其进行更换或修理，当为转子自身问题时，则不再对充磁机进行修正，因此能够提升转子批量化充磁过程的效率。
18.（3）本发明通过温度检测仪检测的结果判断充磁线圈性能故障的原因，当其为产热量较大时，其为受谐波电流影响概率较大，当发热量正常时，其为充磁线圈自身故障概率较大，因此，通过温度检测仪的数据，能够进一步判断出故障产生的原因，进而提高充磁效率。
19.（4）本发明根据检测的数据及对应的降温等级，能够大致判断出在没有降温组件的状况下实际的温度值，根据实际的温度值能够较为准确的判断充磁线圈性能故障的原因。
20.（5）本发明通过特斯拉计与夹持器对转子的转动控制使得转子到达特定的充磁角度，同时使得使得特斯拉计在检测转子电磁量时相对转子的位置是固定的，进而保证了转子电磁分析时的标准统一性。
附图说明
21.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
22.图1是本发明直流电机的充磁电流控制模块的模块逻辑框图；图2是本发明一个实施例中转子结构示意图；图3是本发明一个实施例中转子与特斯拉计的连接示意图；图4是本发明一个实施例中夹持器结构示意图；图5是本发明直流电机的充磁电流控制方法的步骤流程图。
23.附图标记：1、磁体覆层；2、永磁体；3、检测触头；4、充磁机；5、夹持器。
具体实施方式
24.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。
25.请参阅图1所示，在一个实施例中，提供了一种直流电机的充磁电流控制模块，包括特斯拉计、磁通量感应线圈、电流控制器、充磁线圈及分析控制器，充磁线圈与电流控制
器电性连接，用于在电流的作用下产生充磁磁场，特斯拉计与磁通量感应线圈不同的是，特斯拉计通过探头检测直流电机转子特定位置点的磁感应强度，而磁通量感应线圈检测的是充磁过程中检测磁通量大小，也即是产生磁场的强度，同时，分析控制器与特斯拉计、磁通量感应线圈及电流电流控制器电性连接，因此，电流控制器能对电流进行检测并控制其大小，此步骤可采用常规的现有技术完成，因此，通过分析控制器及特斯拉计能够判断充磁后的转子是否符合要求，通过通过分析控制器及磁通量感应线圈能够判断产生的磁场是否符合要求，通过通过分析控制器及电流控制器能够判断电流是否符合要求，进一步地，根据对磁场、电流及转子自身的判断结果，能够判断出充磁过程中的故障源所在，进而方便后续的处理及检修。
26.具体的，造成转子不符合充磁要求的故障源主要包括：由于电流过小导致磁场强度偏小、充磁线圈性能故障及转子安装故障导致检测偏差，因此，在对故障源进行分析时，首先将对充磁后电机转子的特斯拉计检测结果与充磁标准作比较，显然，当转子符合充磁要求时，说明产品合格，而当转子不符合充磁要求时，则需要对充磁过程中产生的磁场强度进行判断，即将磁通量感应线圈检测结果与对应的磁通量标准范围作比较，当磁场强度符合要求时，说明是转子自身存在问题，一方面是永磁体材料问题，另一方面则是永磁体相对转子安装的问题导致的检测偏差，由于永磁体的材料是批量制备的且经过事先预检，因此由于材料原因导致充磁不符合要求的概率较低，因此，判定故障源为转子安装故障，即永磁体相对转子的安装位置与标准产生偏差，进一步地，当检测到的磁场不符合要求时，说明是由于磁场不符合要求造成的，而造成磁场不符合要求的原因一方面是由于电流与实际偏差造成的，另一方面则是由于充磁线圈在长时间的使用过程中产生故障造成的，因此，此时通过将电流控制器检测的电流大小与标准范围进行对比，当电流符合要求时，说明问题在于充磁线圈的故障，而当电流符合要求时，则说明是由于电流偏差造成的，因此，通过对转子、磁场及电流的检测，能够准确的判断出故障的原因，进而能够方便后的调整和检修，例如，当电流较小时，通过电流控制器调整电流大小，当充磁线圈故障时，及时对其进行更换或修理，当为转子自身问题时，则不再对充磁机进行修整，因此，通过故障源的分析方法，能够准确判断出故障源，提升批量化充磁的效率。
27.需要说明的是，在理论上会存在两种或多种故障源同时发生的现象，但在实际的操作中，出现两种及两种以上故障的概率极低，因此，本实施例虽然不能对两种故障源进行同时判断，但其分析得到的结果在具体的应用上能够有效协助完成充磁机的故障分析。
28.作为本发明的一种实施方式，充磁线圈在工作过程中会产生较多的热量，特别是电流中的谐波电流较多时，其产生的热量会超过标准的范围，进而容易导致充磁线圈的损坏，因此，本实施例中通过设置温度检测仪，将温度检测仪检测的充磁线圈充磁时的温度值反馈至分析控制器，进而能够对产热量进行判断，进一步地，充磁线圈故障的原因一方面是由于其自身硬件问题造成的，还有可能是由于谐波电流间接造成的，特别对于产热量较高的充磁线圈，其产生磁场不符合要求的主要原因在于谐波电流较大，因此，本实施例能够通过温度检测仪检测的结果判断充磁线圈性能故障的原因，当其为产热量较大时，其为受谐波电流影响概率较大，当发热量正常时，其为充磁线圈自身故障概率较大，因此，通过温度检测仪的数据，能够进一步判断出故障产生的原因，进而提高充磁效率。
29.作为本发明的一种实施方式，充磁机在充磁线圈的位置一般会设置有降温组件来
对充磁线圈进行降温，例如通过在充磁线圈外部包裹冷却水管并通过冷水机使冷却介质循环冷却及流动来实现对充磁线圈的冷却效果，而在另一方面，对于冷却后充磁线圈的温度检测，其并不能代表实际的产热状况，因此通过此数据对故障进行分析时，不能准确的分析出原因，因此，本实施例针对降温组件划分了若干级降温等级，在具体的应用划分中，可根据冷水机的制冷功率来进行划分，冷水机根据实际的温度采用不同等级的降温方式，而根据检测的数据及对应的降温等级，能够大致判断出在没有降温组件的状况下实际的温度值，显然，根据实际的温度值能够较为准确的判断充磁线圈性能故障的原因。
30.需要说明的是，降温等级与实际温度及降温后温度的对应关系根据多组试验数据得来。
31.作为本发明的一种实施方式，如图2-图4所示，本实施例中的控制模块还包括定位组件，由于转子在进行充磁时，其位置需要调整至特定的角度，因此需要对其位置进行定位，具体的，本实施例中的定位组件包括设置在滑轨上的夹持器5，夹持器5通过卡爪对转子进行夹持，且夹持器5能在伺服电机的带动下调整角度，在伸缩气缸的作用下调整位置，因此，通过夹持器5能够对转子进行夹持、转动控制及移动控制，因此当需要进行充磁时，首先通过夹持器5对转子的夹持及移动控制使转子移动至充磁机4内，其次再通过夹持器5对转子的转动控制使得转子到达特定的充磁角度。
32.而对于转子位置的定位，常用的方式是通过结构进行定位，即通过工装限制转子的角度，此种方式能够准确的对转子的角度进行限制，但在批量化充磁工序作业中，此种方式存在一定的局限，由于转子通常是圆柱体结构，因此在自动化控制转子与工装相配合时，需要较高的位置精度，因此此种方式在应用过程中对于硬件的要求较高，而本实施例利用转子结构的特点及特斯拉计的应用，通过特斯拉计检测的数值及使转子转动到充磁角度，具体的，在转子到达充磁的位置点后，特斯拉计的探头与到达充磁位置的转子外壁是相接触，虽然永磁体还未进行充磁操作，但其表面的磁场强度与普通材料存在明显的区别，而转子上的永磁体相对转子是圆周阵列式均匀排布，因此，特斯拉计检测到的数值随时间变化的曲线是呈阶梯状分布的，且能够准确获得变化的时间点，因此，在特斯拉计检测到实时数值由小变大的突变时间点时，说明转子的永磁体边缘与特斯拉计正好相对，因此，在转子匀速转动的前提下，在突变时间点后特定时间段后停止对转子的转动控制，因此能够使得转子相对充磁机4的位置满足要求，即保证了转子的充磁角度；另一方面，此种角度调整的方式能够使得特斯拉计在检测转子电磁量时相对转子的位置是固定的，进而保证了转子电磁分析时的标准统一性。
33.需要说明的是，本实施例针对的转子形状如图2-图3所示，此种转子结构是最常见的一种直流电机转子结构，其永磁体均匀排布在磁体覆层1的内壁上，因此，特斯拉计的检测触头3与磁体覆层1内部覆盖有永磁体2的部位（ⅱ区域）接触时，其检测的磁通量较大，当特斯拉计的检测触头3与磁体覆层1内部永磁体2之间空隙对应的部位（ⅰ区域）接触时，其检测的磁通量较小，因此，通过特斯拉计的变化能够对转子的位置进行判断，进而通过转子的转动调节使得转子达到充磁角度。
34.请参阅附图图5所示，本实施例为一种直流电机的充磁电流控制方法，该控制方法包括：s1、在充磁前后检测直流电机转子特定位置点的磁感应强度；s2、在充磁过程中检测磁通量大小；s3、检测脉冲电流的大小；s4、根据充磁前后转子特定位置点的磁感应强度、充
磁过程中检测的磁通量大小及检测的直流电电流大小判断出是否调整电流大小、充磁转子是否符合充磁要求及不符合充磁要求的故障源；本实施例通过分析控制器及特斯拉计能够判断充磁后的转子是否符合要求，通过通过分析控制器及磁通量感应线圈能够判断产生的磁场是否符合要求，通过通过分析控制器及电流控制器能够判断电流是否符合要求，进而根据对磁场、电流及转子自身的判断结果，能够判断出充磁过程中的故障源所在，进而方便后续的处理及检修。
35.本发明的工作原理：本发明根据对磁场、电流及转子自身的判断结果，能够判断出充磁过程中的故障源所在，进而方便后续的处理及检修，当电流较小时，通过电流控制器调整电流大小，保证充磁作业的正常进行，当充磁线圈故障时，及时对其进行更换或修理，当为转子自身问题时，则不再对充磁机进行修正，因此，通过故障源的分析方法，能够准确判断出故障源，提升批量化充磁的效率；本发明通过温度检测仪检测的结果判断充磁线圈性能故障的原因，当其为产热量较大时，其为受谐波电流影响概率较大，当发热量正常时，其为充磁线圈自身故障概率较大，因此，通过温度检测仪的数据，能够进一步判断出故障产生的原因，进而提高充磁效率；本发明根据检测的数据及对应的降温等级，能够大致判断出在没有降温组件的状况下实际的温度值，根据实际的温度值能够较为准确的判断充磁线圈性能故障的原因；本发明通过特斯拉计与夹持器5对转子的转动控制使得转子到达特定的充磁角度，同时使得使得特斯拉计在检测转子电磁量时相对转子的位置是固定的，进而保证了转子电磁分析时的标准统一性。
36.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。