直流电机设计开发培训资料.doc

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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）

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

η:

效率（%）ηmax:

最大效率

4.2DC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（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

輸出功率曲線理論上是為功率最大,並中心對稱.

任意一點輸出功率方程為:

4.2.3效率曲線:

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,η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）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。

最高效率

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.

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

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

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與導磁環的厚度有關.一般說有無導磁環的馬達性能的大約有8~12%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堵轉扭力減小。

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.

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

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.含油軸承

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

殼體必須滿足規格值

（Ec之偏差=磁石之偏差）

外觀無刮花,臟污及變形

杯士面的平面度以及頂磁位的深度和高度要滿足要求.

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

要檢查磁石外觀不要充磁後有裂紋和缺口.

不要有雜物混入磁石內.

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）

必需具有彈性,且彈力要滿足要求.

切斷位不能有披鋒.

"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.

要檢查軸承的含油率是否滿足要求.

軸承的孔徑與軸枝配合.

有的馬達對軸承油有特別要求,在選用時特別留意.

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.

車削後的圓度,光潔度及段差要滿足要求.

組裝換向器用於低輸出,要求不高之電機.

整體式換向器用於輸出功率較大的小電機.

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.貴金屬合金:

主要按爪式電刷設計.

控制圓度和段差.

在此銅片不能有指紋和汗水.

不得使用指定油以外之油.

包裝狀態下,因塗有保護油,不得輕易清洗.

2.換向器膠芯

帶玻纖尼龍樹脂或酚醛樹脂

在保持換向器銅片位置的同時,與軸芯,芯片和漆包線絕緣作用.

維持銅片之真圓度對尺寸精度有較高要求.

為防止相位角度變化,用凸台定位在壓入軸芯和芯片時要壓到底.

膠芯不得有披鋒.

3.換向器介子

將銅片固定在換向器膠芯上.

.必須壓到銅片之根部,不得與電刷接觸.在拋光時,磨光帶不能接觸介子.

介子無披鋒.

2-2

軸枝

高碳鋼加鍍層軸枝

不銹鋼軸枝

a.機械能量傳送到外部.

b.軸枝是電機電樞的回轉中心,是電樞零件的主聯接件

c.軸枝是定子,轉子的聯接件同殼,蓋的軸承存在高精度滑動配合

d.可裝在軸枝上之部品:

齒輪滑輪偏心輪

根據馬達性能不一樣,對軸枝的圓度和硬度.

同軸承的滑動配合,決定了軸枝的高光潔度及高直線度要求.

針對不同客戶的使用環境,軸枝還要有相應的抗磨能力,即環境實驗.

對鍍層的軸需控制鍍層的厚度.

2-3

芯片

（無方向性電磁鋼板）

a.保持繞線,並通過繞線中場電流產生磁力,產生具有旋轉力之磁場通道.

b.芯片通過積厚形成鐵芯.

c.電磁鋼板是在外部磁化方向作用下易於改變之材料,一般稱之為矽鋼片.

d.有的為了馬達的特性,芯片厚度要改薄.

密度結晶

Hysteresis損=低磁束

e.鐵損

漩渦電流損=芯片積厚Si含有量

有的鐵芯要清洗,注意保存地點,不要生銹.

芯片不要移位.

減少漩渦電流,降低鐵損.在選料時,注意成本,加工性及強度等問題.

2-4

漆包線

a.有電流通過時,產生磁力,使磁力轉換為轉動力.

b.線徑與圈數之關係是: