【优质文档】直流电机设计开发培训资料.pdf
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1、Page 1 of 12 一、馬達型號介紹 二、微型 DC 馬達之應用 一般地 ,微型 DC 馬達的使用範圍相當之廣泛.根據其使用用途 ,大致可分為以下幾方面: 成品類別用途XX 型號“M”社型號 影音方面 CD 機 LOADING SLED SPINDLE 汽車 CD 加載 光頭循跡 主軸 CD 隨身聽 光頭循跡 主軸 錄像機加載 攝像機加載 DVD 播放機 加載 光頭循跡 主軸 汽車用馬達 后視鏡 門鎖 前燈調節器 家用電器、 個人護理 風筒 風梳 剔須刀 剪發器 電動牙刷 按摩器 血壓計 吸塵器 辦公自動化 儀器 打印機 復印機 電動工具電鑽、樹枝修剪器 玩具 /遙控 模型 電動火車、遙
2、控飛機、游戲 機手摯、電動貓、機器人 三、成品編號系統 四、DC 馬達性能曲線圖之理解方法 4.1 從 DC 馬達之性能曲線圖 ,可確定在不同工作點上之馬達性能,現簡述其專用符號 : No:空載轉速 (rpm) Ts:堵轉力矩 (g.cm) Page 2 of 12 Io:空載電流 (A) Is:堵轉電流 (A) P:輸出功率 (W) Pmax:最大輸出功率 :效率 (%) max:最大效率 4.2 DC 馬達性能曲線圖 . 4.2.1轉速曲線與電流曲線作為DC 馬達性能特性 ,力矩 (T)與轉速 (N)/電流 (I)為直線關係 .轉速 線從空載轉速 (No)下降至堵轉力矩 (Ts)零點,電流
3、 (I1)則從 Io 開始增大達堵轉最大電流(Is). 4.2.2 輸出功率曲線 Page 3 of 12 輸出功率曲線理論上是 2 Ts 為功率最大 ,並中心對稱 . 任意一點輸出功率方程為: 97500 ).()( )( cmgTrpmN WP 4.2.3 效率曲線 : 100% I( 輸入功率 /W)V P(輸出功率 /W) (%) 4.3 性能曲線圖判定其工作點性能方法 a)當力矩已知時 ,在橫軸力矩點上劃作垂直線,在與 N,I,相交點取各數值. b)當力矩為未知值時,先用電流表量出馬達動作時之工作電流,並將該值點上電流線上, 以該點劃出垂直線和力矩刻度為其工作點力矩,其餘數值同 a)
4、方法找出 . 五、直流馬達的性能調節 V端子電壓 ;R馬達電阻 ; 5.1 改變馬達端子電壓調節性能 5.2 改變馬達電阻調節性能 5.3 改變馬達磁力強度調節性能 下面就此三種方式對馬達性能的影響進行簡要的分析: 5.1 改變馬達端子電壓調節性能 5.1.1 如果供電電源是恆壓電源,那麼改變馬達端子電壓,則馬達機械特性曲線(即速度曲線 ) 將平行移動 .改變電壓前後的馬達空載轉速比,堵轉扭力比 ,堵轉電流比均與電壓比成正比,而 空載電流可近視認為相等。 IooI V V IssI V V TssT 最高效率 maxmax 注以上電壓的改變量須在馬達性能的承受的範圍內. 5.1.2 如果供電電
5、源為非恆電源(如電池 ),由於其存在一定的內阻,當有電流通過時 ,電源內部 將存在一定的壓降 . V rIoV NooN )( V V NooN rR V sI IoI Page 4 of 12 r電源內阻 R馬達電阻 V電源電壓 5.2 改變馬達電阻調節性能 改變馬達電阻調節性能為以下三種情況: A. 改變線圈匝數調節性能 B. 改變漆包線線徑調節性能 C. 改變線圈匝數及漆包線線徑調節性能 5.2.1 改變線圈匝數調節性能 空載轉速比與線圈匝數比成反比 空載電流比與線圈數比成反比 馬達電阻比與線圈匝數比成正比 堵轉電流比與線圈匝數比成反比 堵轉扭力相等 5.2.2 改變漆包線線徑調節性能
6、馬達空載轉速 馬達空載電流可近視認為相等 馬達堵轉電流比與線徑比平方成正比 馬達堵轉扭力比與線徑比平方成正比 5.2.3 改變線圈匝數及漆包線線徑調節性能 馬達空載轉速比與線圈匝數比成反比,馬達空載電流比與線圈匝數比成反比 馬達堵轉電流比與線圈匝數比成反比與漆包線線徑比成正比 堵轉扭力TssT , 堵轉電流IssI , 線圈匝數TT T T NooN, T T IooI T T RooR T T IssI sTTs 漆包線線徑若 若 , oo oo nn nn oIIo 2 )(IssI 2 )(TssT T T IooI T T NooN 線圈匝數TT, 漆包線線徑,)( 2 T T Iss
7、I 空載轉速NooN, Is sI Ts Page 5 of 12 馬達堵轉扭務比與線徑平方比成正比 注:調節線歸前後須考慮槽滿率及線高須接近 5.3 改變磁力調節馬達性能 改變磁力調節馬達性能可分為以下三種情況: A. 改變磁石類型調節馬達性能 B. 增加導磁環對馬達性能影響 C. 換向器扭角或端子扭角對馬達性能影響 5.3.1 改變磁石類型調節馬達性能 馬達空載轉速比與磁石磁力成反比 馬達空載電流比與磁石磁力越大成反比 馬達堵轉電流相等 馬達堵轉扭力比與磁石磁力成正比 5.3.2 導磁環對馬達性能的影響 為了防止磁力外漏 ,充分利用磁石的磁力,在馬達上加有導磁環.漏磁系數a 與導磁環的厚度
8、 有關 .一般說有無導磁環的馬達性能的大約有812%的變化 .下面以無導磁環的馬達性能推 算有導磁環的馬達性能. 馬達空載轉速 馬達空載電流 馬達堵轉電流 馬達堵轉扭力 5.3.3 換向器扭角或端子扭角對馬達性能的影響 由於電柩反應使馬達氣隙磁場發生畸變.使氣隙磁場物理中性線(在馬達氣隙磁場中表示磁 密為零的線稱為物理中性線)相對幾何中性能偏移a 角.因此對電動機來說適當扭角可減小 火花、電氣噪音又可增加電動機壽命,不同的扭角對馬達的性能影響不同。例如端子逆轉向 扭角或換向器順轉向或扭角10 ,則馬達空霬轉速會提高約5%,扭角 12會提高約6%,扭角 15 會提高約 8%,但扭角有可能是馬達的
9、堵轉扭力減小。 2 )(TssT cE Ec NooN cE Ec IooI )(,值越大磁力越強鐵殼值鐵殼EcEccEEc IssI cE Ec TssT 鐵殼漏磁系數aaNooN/ a IooI 1 IssI aTssT Page 6 of 12 六、馬達的基本構造 1.直流馬達的基本構造 ,由以下三要素構成 : A.產生磁場部分 ; B.電流流過部分 ; C.機械轉動輸出部分 大型直流馬達產生磁場部分的A 其形狀是鐵心上繞線圈的電磁石,而小型直流馬達則使用永久磁石. 電流流過部分 B 的構成端子電刷換向器電刷端子.換向器與線圈隨轉動角 度不同 ,而轉動電流的流動方向來得到連續轉動.在此情
10、況下 ,磁場中 ,為更加有效地取得電流作用產 生的力矩 ,通過使用軸與軸承亦即上述C 的轉動的機械輸出 . 具體的馬達構成如下 : 七、馬達零件結構特性及使用情況 序號零件名稱性能及特點使用注意事項 1-1 鐵殼(鍍鋅鐵板 ) a. 保持杯士和磁石產生磁路 b. 馬達內部保護 ,馬達安裝時 之基準 c.組裝膠 (鐵)蓋之固定作用 1 殼體必須滿足規格值 (Ec 之偏差 =磁石之偏差 ) 2 外觀無刮花 ,臟污及變形 3 杯士面的平面度以及頂磁位的 深度和高度要滿足要求 . 組 裝 鐵 殼 1.鐵殼 2.磁石 3.磁石彈弓 4.含油軸承 轉 子 組 件 1.換向器 2.軸枝 3.芯片 4.漆皮線
11、 5.絕緣蓋 /涂敷膠粉蓋 6.絕緣介子 7.銅環 8.止油介子 9.調整介子 10.壓敏電阻 (D/V) 1.鐵蓋 2.電刷座 3.電刷 (碳精 ) 4.阻尼器 5.端子 6.含油軸承 組 裝 鐵 蓋 住 成 品 馬 達 1.膠蓋 組 裝 膠 蓋 住 2.電刷 (碳精 ) 3.端子 4.阻尼器 5.含油軸 Page 7 of 12 1-2 磁石可分為 : a. 等方性鋇系鐵氧體 b. 異方性 (幹式)鐵氧體 c.異方性 (濕式)鐵氧體 d. 橡膠磁石 e. 釹鐵硼磁石 a. 保持磁力 ,轉子繞線圈內電 流流過時 ,產生使轉子旋轉 所需的磁場 . b. 燒結磁石易破損 ,缺口. c.外觀無凸起
12、和披鋒 . d. Ec值要滿足馬達的性能要求. 關於 Ec 值:將未磁石組裝後再 充磁,Ec 是指馬達受外部驅動 而產生的逆感應電壓 ,充磁後 組裝鐵殼中再將標準轉子裝入 後測量逆感應電壓 (參考) EC 值高EC 值低 繞線圈數多少 磁石磁力強弱 芯片積厚多少 鐵殼厚薄 相位中性偏角 1 要檢查磁石外觀不要充磁後有 裂紋和缺口 . 2 不要有雜物混入磁石內 . 3 尺寸要滿足設計要求 ,否則對馬 達性能有影響 . 1-3 磁石彈弓 (硬鋼線 ) a. 將磁石固定於鐵殼上 . b. 有的馬達要兩個彈弓定位 (F137, 138馬達等 ) 1 必需具有彈性 ,且彈力要滿足要 求. 2 切斷位不能
13、有披鋒 . 3 “ R ” 處形狀要滿足設計要求 . 1-4 含油軸承 1. 燒結含油軸承 銅系合金 鐵系合金 銅鐵合金 2.滾珠軸承 a. 潤滑油之含量和保持 . b. 支承軸芯 ,使軸枝獲得良好 潤滑,減少機械損耗 . c.降低機械噪音 . d. 對大功率高轉速馬達 ,須使 用滾珠軸承 ,否則易燒壞軸 枝. 1 要檢查軸承的含油率是否滿足 要求. 2 軸承的孔徑與軸枝配合 . 3 有的馬達對軸承油有特別要求, 在選用時特別留意 . 4 鐵殼端軸承外 ,可加軸承油 ,但 如果是碳精馬達,後蓋的軸承外 不能在後蓋處加軸承油. 2-1 換向器 整體式換向器 a. 將電刷提供之電流按一定 方向提供
14、給繞線之機構 (整 流機構 ) b. 換向器種類 1.組裝換向器 :由換向器銅 片,換向器膠芯和換向器介 子組裝而成 . 2.整體式換向器 (換向器銅 片與樹脂成型為一體的換 向器):接線方式有鉤型和槽 型,接線部位鍍錫 . 1 車削後的圓度 ,光潔度及段差要 滿足要求 . 2 組裝換向器用於低輸出 ,要求不 高之電機 . 3 整體式換向器用於輸出功率較 大的小電機 . 4 整體式換向器的銅片材料:無氧 銅,DC 和 DG 銅合金和低銀無 氧銅 CuAgC3%等. 組裝換向器 1.銅片 換向器銅片材質 : a.銅合金 :單純板電刷用在換向 器上使用潤滑油 ,用 碳精時不可加潤滑 油. b.貴金
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