直流电机设计开发培训资料Word文档下载推荐.doc
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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:
5.1.1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
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
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
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:
單位面積之電流越大,轉動力就越大.
電流與線徑成正比
感應電動勢與圈數成正比
c.繞線之絕緣等級（耐熱）
UEW銅線120℃（E級絕緣）
PEW銅線155℃（F級絕緣）
PIW銅線180℃（H級絕緣）
其他如AIW等一般情況下,耐熱壽命為20000hrs.
d.絕緣皮膜越薄,氣孔及其它缺陷越易發生.
繞線圈數表示:
例:
08550表示線徑Φ0.08,繞線圈數為550圈（相對一極而言）
線徑越粗,電流越大
線圈數越多,感應電動勢Ec就越大
絕緣皮膜厚度有0級,1級,2級
UEW-2表示UEW銅線第2種
皮膜厚度0級>
1級>
2級
在繞線時,一定要控制繞線張力及繞線夾具是否使漆皮線脫皮.
繞線注意:
（a）.繞線位置,狀態
（b）.挂線接觸狀態
（c）.銅鉤與漆皮線的碰焊電流和時間要控制.
2-5
絕緣蓋
a.為防止芯片,軸與線圈接觸時碰傷漆皮線引起短路,要保護電線的絕緣皮膜的同時,還需固定銅頭.
b.鐵芯絕緣另外一種方法:
使用塗敷膠粉.
在加絕緣蓋時,要注意位置不能偏角.
絕緣蓋不能變形,破裂,否則易卡線及斷線.
塗敷時鐵芯要清洗.
塗敷層強度及厚度.
檢查塗敷層的邊緣覆蓋率.
2-6
絕緣介子
為防止轉子銅環與漆皮線發生短路,需進行絕緣保護.
不要將此介子搞進轉子芯片槽內.
介子破損不能使用
2-7
轉子銅環
（銅系合金）
a.固定轉子位置,保證軸向間隙（軸向虛位）
b.為防止轉子因外力作用下,間隙發生變化,對銅環的推出力有要求.
一般情況:
轉子銅環之軸向力耐壓強度
軸徑耐壓強度（min）
Φ1.55kg
Φ2.015kg
Φ2.317kg
Φ3.1735kg
Φ5.035kg
表面要平滑,無傷痕,披鋒.
對壓入銅環的夾具及氣壓要求穩定,否則易造成深淺不一及傾斜.造成馬達芯跳不良.
需檢查銅環的垂直度
2-8
止油介子
防止軸承流出的潤滑油進入換向器內,造成槽間短路.
壓入銅頭端的最底部
止油介子與軸芯的密接性
使用一次後,不能再用第2次
2-9
調整介子
a.軸方向（軸向力）之軸向間隙調整.
b.接受軸方向的負荷.
c.保持潤滑性,減少軸向力產生的阻力的機械損失.
保護潤滑油,降低機械噪音
注意加介子的厚度及個數,不要相混.
馬達使用電壓不能超過D/V的E10值.
應避免過度熱衝擊,建議焊接時:
a.採用低溫焊接,使用鴨嘴烙鐵,功率小於25W,溫度不高於300℃.
b.最好使用自動恒溫烙鐵,若烙鐵溫度高於300℃時,產品要先預熱50℃以上.
c.用自動焊接機,注意衝擊力一般應小於1kgf.
2-10
壓敏電阻
D/V
a.吸收因碳刷與銅頭整流作用引起的火花.
b.降低電氣雜音
c.延長馬達壽命
d.壓敏電壓E10溫度系數小.
e.耐焊接性好,焊接後E10變化率小,伏安特性無方向性.
3-1
端蓋（鐵蓋/膠蓋）
a.2種類型
合成樹脂成形後之膠蓋
鋼板衝壓成形後之鐵蓋再與電刷座鉚接
保持軸承和介子
a.固定端子和電刷
b.保護馬達內部
c.決定外觀尺寸,製造外觀美
合成樹脂成形品,特別是軸承部因成形條件的變化易出現白化等現象,此項要注意.
衝壓加工的鐵蓋容易變色,不可用手直接接觸.
在裝入大殼內時,不得因自重脫落.
無披鋒,翹起,變形等
無變色及生銹
在乾燥不潮濕處保管
3-2
電刷座
a.在鐵蓋上進行充分鉚接,固定端子,電刷,電刷臂,使其保持安定.
b.維持與鐵蓋的鉚接強度
電刷壓入部,在固定電刷的同時也要維持電刷間的間隙,對稱度.
鐵蓋鉚接時,注意鐵蓋與電刷座間不可有間隙.
作業中要注意不可受到灰塵,垃圾等污染.
3-3
電刷
a.銅頭滑動部的接觸,向線圈內提供電流
電刷大致可分為以下幾種:
貴金屬電刷（叉形電刷）:
1）.為增強導電性,而使用貴金屬電刷.
2）.不可有油污,臟污.
3）.優良的導電性能
4）.耐熱,耐腐蝕,耐電弧性能
5）.彈性優良（對電刷之壓力的安定性）
6）.貴金屬電刷（叉形電刷）接觸穩定性好,電機噪聲低,起動性能好（起動電壓低）.
金屬板電刷
1）.板式電刷與換向器接觸部位一般做成2~3片,以保持接觸穩定和較低的接觸電阻.
2）.為防止因火花引起的磨損,要求使用潤滑油.
碳精（金屬碳精）
選擇碳精,要根據電機的工作電壓,電機轉速和工作壽命來選擇不同化學成分的碳精.不同的刷體的電機始動電壓,噪聲,壽命和轉矩大小都有影響.按碳精成分可為:
1）.銅石墨碳精
2）.銀石墨碳精
碳精耐磨性好,使得電機壽命長,允許電流密度較大.
b.關於電刷整流
電刷通過銅頭與各極的線圈相接觸,在旋轉時,由電刷的短路開放（ON-OFF反復進行）,易產生火花,影響壽命（金屬電刷如果與銅頭為同一材質時,金屬電刷磨損將更快）.
c.電刷張力
電刷張力是接觸在銅頭之壓力,此壓力可高效率的提供電能,為能在充分的發揮機械能,平時維持合適的電刷張力很重要,電刷張力不可太大也不可太小,對馬達壽命,電氣雜音也有影響.
電刷部與端子部的組裝強度
碳精與電刷臂的組裝強度
組裝小殼時:
1）.電刷間間隙管理
2）.相對於杯士中心的振動間隙尺寸
3）.軸方向的高度尺寸=與銅頭的接觸位置
4）.電刷受壓力的平均及偏差的穩定
金屬電刷不可清洗（銅頭接觸部無變色,刮傷,披鋒）
叉形電刷與換向器幾乎是線接觸,因此不能經受大電流.
*一般應限制在1A以下,輸出功率應限定在1.5W以下.
*叉形電刷不完全是貴金屬電刷,金屬板電刷中也多為叉形.
在搬運過程中,導致電刷變形,變形後影響馬達的所有性能.
碳精不可受潮,有油污=易使碳精內含有的金屬產生氧化等不良影響
使用時,不可以用手（未戴手套的手）觸摸
*低電壓高轉速電機要求碳精含銅量高;
*高電壓高轉速電機要求碳刷含銅量低;
*低電壓低轉速,低噪聲電機碳精含銅量應適中.
生產測量時電刷張力是很困難的,作為一種代用特性,必須充分確認電刷之間隔（間隙）,電刷平行等.
3-4
阻尼器
a.為了抑制電刷工作中的振動,降低機械噪聲,確保電刷與換向器穩定地滑動接觸,一般在電刷臂上加裝阻尼器起到減振作用.尤其在貴金屬叉形電刷上大多數都粘貼阻尼器.
b.減少因電刷與銅頭的接觸而產生的機械雜音.
c.阻尼器的種類分以下:
1）.白阻尼器
在聚脂薄膜絕緣紙上附有粘接劑（不幹膠）,切成長方形條形.
另一種白阻尼器是環氧清漆浸債聚酯粘接帶,同樣切製成長方形條狀供使用.
2）.橡膠阻尼器
用1~3mm厚的合成橡膠NBR與丙烯酸類粘接材料貼合而成,也稱黑色阻尼器.減振效果好.
3）.油脂阻尼器
它是一種粘度大的潤滑劑,附著力大,點滴於刷臂指定位置.其減震效果好,又不產生矽,硫等有害氣體,也沒有纖維帶來的危害.
4）.粘接劑阻尼器
水溶性丙烯酸膠體製成的粘接劑.
要避免直接受到陽光暴曬,需在較陰暗的地方保管.
不可接觸膠水
為了不使膠水劣化,即使戴了手套或手指套也不可碰觸膠水.
使用時用鑷子從襯紙上剝離貼在電刷臂/電刷指定位置.作業方便,但減振效果稍差.
˙作業性較差,同時價格也高.
˙工藝上不如白阻尼器操作方便
˙因油脂有流動性,作業性較差,同時價格也高.
˙作業性好,價格便宜.
要易於組裝,自重不脫落.
插入時端子無刮花,翹曲及變形.
3-5
端子
黃銅（鍍錫）
磷銅
鈹銅
鋼材
a.是傳送電流及輸出電流的初始端及末端.
b.電刷之固定
c.端子外形有以下幾種:
1）.接地端子
2）.直身端子
3）.圓形通孔帶帽
4）.圓形盲孔帶帽
5）.內藏式端子
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