馬達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)_

1、馬達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)及選用技術(shù)馬達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)及選用技術(shù)l 一一 DC MOTOR(微型永磁直流電動(dòng)機(jī)微型永磁直流電動(dòng)機(jī))結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示l這是分析直流電機(jī)的一個(gè)簡(jiǎn)單物理模型圖示,其中，其中固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；還有電刷。轉(zhuǎn)子部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個(gè)小圓圈是為了方便表示該位置上的導(dǎo)體電勢(shì)或電流的方向而設(shè)置的)l上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換

2、向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。l二二 微型永磁直流電動(dòng)機(jī)微型永磁直流電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱直流馬達(dá)以下簡(jiǎn)稱直流馬達(dá))的工作的工作l 原理原理 l l DC MOTOR 工作原理圖工作原理圖l從兩個(gè)電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上

3、圖（b）所示的位置，電刷A和換向片2接觸，電刷B和換向片1接觸，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷B流出。l此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流馬達(dá)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。l實(shí)用中的直流馬達(dá)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個(gè)線圈構(gòu)成，同樣是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。l將直流馬達(dá)的工作原理歸結(jié)如下：將直流馬達(dá)的工作原理歸結(jié)如下：l將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導(dǎo)體有電流

4、流過。l馬達(dá)內(nèi)部有磁場(chǎng)存在即磁石本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)。l載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到電磁力f的作用f=Blia（左手定則:大拇指指向?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)方向,其它四指則為磁場(chǎng)方向即MOTOR旋轉(zhuǎn)方向）l所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。三三. 典型玩具用鐵芯直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)典型玩具用鐵芯直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)(空芯馬達(dá)由于少空芯馬達(dá)由于少用用,不作介紹不作介紹)l按馬達(dá)內(nèi)部分結(jié)構(gòu)它主要分以為1,定子部分2.轉(zhuǎn)子部分,3.端子三大塊,下面簡(jiǎn)單介紹一下l定子部分由鐵殼,磁石,軸承,磁石彈弓等零件組成,見圖示Al轉(zhuǎn)子部分由鐵軸,調(diào)整介子,止油介子,換向器,軸承,漆包線,硅鋼片,絕緣介子,

5、絕緣端蓋,變阻器(D/V)等零件組成,見下圖示Cl*漆包線根據(jù)絕緣等級(jí)的不同分為以下幾類UEW wire 120(E class)PEW wire 155(F class)EIW wire 180(H class)AIW wire 200(C class)通常它的壽命可達(dá)通常它的壽命可達(dá) 20000小時(shí)小時(shí)l3.端子部分由電刷,碳精,電刷座,阻尼膠片,端子,后蓋,含油軸承等零件組成,見圖示Bl電刷根據(jù)材料的不同分為銅刷和碳刷兩種.A:定子部分結(jié)構(gòu)定子部分結(jié)構(gòu)B:端蓋部分結(jié)構(gòu)端蓋部分結(jié)構(gòu)C:轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)四四 直流馬達(dá)的分類及在玩具產(chǎn)品上的應(yīng)用直流馬達(dá)的分類及在玩具產(chǎn)品上的應(yīng)用l4.1

6、直流馬達(dá)的分類直流馬達(dá)的分類la.根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同可分為空芯杯馬達(dá),和鐵芯馬達(dá).前者由于受體積限制,轉(zhuǎn)子的電樞繞組直接由漆包線繞制而成,中間是空心的.這另一方面也是由于迷你馬達(dá)的負(fù)載不大所需求扭力比較小的原因.鐵芯馬達(dá)由于負(fù)載相當(dāng)來比較大,所輸出扭力需要也比較大,通常轉(zhuǎn)子線圈也是繞在由硅鋼片沖壓而成的鐵芯上.lb根據(jù)定子所產(chǎn)生磁力不同,同一型號(hào)馬達(dá)又可以分為普通磁,強(qiáng)磁.加強(qiáng)磁,各家馬達(dá)供應(yīng)商有不同對(duì)應(yīng)的型號(hào)規(guī)格來表示.l4.2 直流馬達(dá)的玩具上的應(yīng)用直流馬達(dá)的玩具上的應(yīng)用作為嬰兒玩具產(chǎn)品上的某些轉(zhuǎn)動(dòng)部件,振動(dòng)部件提供動(dòng)力源,通常運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)噪音小.倒如明門,GRACO,MATTEL,FISHP

7、RICE的部分產(chǎn)品電池驅(qū)動(dòng)動(dòng)作類玩具的牙箱動(dòng)力源,倒如TOMMY,LITTLETIKES的部份產(chǎn)品遙控玩具上的伺服及驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源,包括遙控飛機(jī),車及船.高端玩具產(chǎn)品機(jī)械人的伺服及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).l下面以簡(jiǎn)單介紹0-5系列MOTOR在遙控玩具上的應(yīng)用l0系列馬達(dá),有F020/030,在龍昌產(chǎn)品上的應(yīng)用,有用于1/64遙控車的驅(qū)動(dòng)馬達(dá),1/32全功能車的轉(zhuǎn)向馬達(dá)等l1系列馬達(dá)有130/140馬達(dá),在龍昌產(chǎn)品上的應(yīng)用主要用于1/16以上遙控車的轉(zhuǎn)向馬達(dá),1/32遙控車的驅(qū)動(dòng)馬達(dá),某此電驅(qū)動(dòng)玩具的動(dòng)作牙箱動(dòng)力源等l2系列主要260/280兩種類型,主要用于1/16,1/18遙控車,速度在15KPH以下之遙控

8、車的驅(qū)動(dòng)馬達(dá),及某此動(dòng)作玩具的動(dòng)作馬達(dá).l3.系列馬達(dá)主要有360/370/380三種型號(hào)的馬達(dá),主要應(yīng)用于18KPH以上,1/16,.1/18左右的遙控車的驅(qū)動(dòng)馬達(dá).l5系列馬達(dá)主要有540/550兩種型號(hào),主要用于高負(fù)載,高速,高扭矩的產(chǎn)品上,在龍昌產(chǎn)品用于MATTEL1/10遙控車,l下面以金駿力馬達(dá)為例,說明一下馬達(dá)型號(hào)各部分代表的含義金駿力金駿力DC馬達(dá)編號(hào)模式簡(jiǎn)介馬達(dá)編號(hào)模式簡(jiǎn)介F131 NG PP1 2 2 4 0AA如何讀取馬達(dá)特性曲線圖l馬達(dá)的特性主要由N=f(T),I=f(T),P=f(T),=f(T),其中N表示轉(zhuǎn)速,I表示電流,P表示功率,表示效率.T表示軸輸出扭矩.N

9、,I,P,和T都是函數(shù)關(guān)系lA,已知馬達(dá)的輸出扭矩,求該點(diǎn)的N,I，及值l已知N,I，及均是的函數(shù)關(guān)系，從上圖橫座標(biāo)找出對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩值T1點(diǎn),過T1作縱軸平行線T1,T1與曲線N，I，P，的交點(diǎn)即為T1對(duì)應(yīng)的N1，I1，P1，1值，從相應(yīng)的縱標(biāo)座標(biāo)上讀取。lB已知N,I，及其中的任何一值，求該點(diǎn)的T值和其它對(duì)應(yīng)值l現(xiàn)以轉(zhuǎn)速N為例：l根據(jù)N是T的函數(shù)N=f(T)。先從縱座標(biāo)上找對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速N2點(diǎn)，過N2點(diǎn)作橫座標(biāo)的平行線與N曲線相交，交點(diǎn)N2,過N2作縱坐標(biāo)的平行線T2,T2線與橫坐標(biāo)和I，P，E曲線的交點(diǎn)即為對(duì)應(yīng)與N2的T2，I2，P2，2值，T2從橫坐標(biāo)讀取，其余的從相應(yīng)的縱坐標(biāo)上讀取。五五

10、. 如何為遙控產(chǎn)品挑選合適的馬達(dá)如何為遙控產(chǎn)品挑選合適的馬達(dá)?l在設(shè)計(jì)一個(gè)遙控車，我們已知的參數(shù)通常有以下幾個(gè)l重量G及SCALEl車速（線速度）Vl額定工作電壓l輪胎外徑l根據(jù)外型空間確定適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比,通常做根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值及馬達(dá)輸出扭矩來確定,在馬達(dá)轉(zhuǎn)速不變的情況下,增大牙比可以增大車輪輸出扭矩,也就是通常所就的爬坡能力越強(qiáng).當(dāng)然車速會(huì)下降,反之車輪輸出扭矩減小,速度增加.l根據(jù)P=IU電池放電電流越高，則能提供給MOTOR的能量越大，馬達(dá)的輸出功也大，同樣傳動(dòng)比越大，剛輸出扭矩越大，機(jī)械功率也越大。l下面為馬達(dá)的簡(jiǎn)單估算方法,為了簡(jiǎn)化運(yùn)算,我們將車胎與地面的磨擦阻力及齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中功率損耗都忽略不

11、計(jì).這樣可以推算我們所需馬達(dá)的扭矩及空載轉(zhuǎn)速范圍.l基本計(jì)算公式lP功率，單位為WlP=IU單位是Wl牽引力F=T/r對(duì)于2WD則X2,4WD則為X4lW=FL行走距離,一般設(shè)定啟動(dòng)后5M達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)速.l遙控車由零速度到設(shè)計(jì)時(shí)速所產(chǎn)生的動(dòng)能為E=1/2MV-1/2MVlE=FLlV=N*I*2rN代表馬達(dá)轉(zhuǎn)速.V為設(shè)計(jì)時(shí)速,I傳動(dòng)比l1kg=9.8Nl1kg.m/s=1N.m=1J=1A.Vl已知車的重量包電池760+160=920g,后輪驅(qū)動(dòng)，比例1/18。要求全速時(shí)達(dá)到24KPH，車輪半徑為2。55CM，設(shè)計(jì)由起動(dòng)到全速的距離為5M，用9。6VNICD電供電。試為此遙控車選擇合適的牙比及M

12、OTOR。l根據(jù)動(dòng)能定理，由于起始速為0，故動(dòng)能為E=1/2MV-0=1/2*0.92*6.67*6.67=20.46KGm/s=20.46N.MlF=E/L=20.46/5=4.09N=4.09/9.8=0.417KG=T/rl每個(gè)后輪的輸出扭力要達(dá)到約T=r*F/2=2.55*417/2=532g.cm根據(jù)具體尺寸布局及經(jīng)驗(yàn)值，牙比估算在1：8左右，則馬達(dá)的扭短矩需要約66g左右。要達(dá)到24KPH的速度，馬達(dá)轉(zhuǎn)速要達(dá)要約20000rpm.根據(jù)I=P/U=20。46/9.6=2.1A.則馬達(dá)達(dá)到24KPH時(shí)速時(shí)速，電流約2。1A。根據(jù)這些參數(shù)，我們不難在360/370/380等3系列馬達(dá)中根

13、據(jù)性比找出我們要求的馬達(dá)。疑難解答疑難解答l問問:為什么減少馬達(dá)線圈匝數(shù)為什么減少馬達(dá)線圈匝數(shù),提高轉(zhuǎn)速后提高轉(zhuǎn)速后,遙控車最終的車遙控車最終的車速得不到提高速得不到提高?l答答:減少馬達(dá)匝數(shù)轉(zhuǎn)速提高后減少馬達(dá)匝數(shù)轉(zhuǎn)速提高后,相應(yīng)馬達(dá)輸出的扭矩降低了相應(yīng)馬達(dá)輸出的扭矩降低了,在傳動(dòng)比不變的前提下在傳動(dòng)比不變的前提下,車仔所受的牽引力降低了車仔所受的牽引力降低了,相對(duì)來相對(duì)來講在同等距離所作的功也下降了講在同等距離所作的功也下降了,也就是它動(dòng)能降低了也就是它動(dòng)能降低了,根根據(jù)據(jù)E=1/2MV, 由于車仔的重量沒變由于車仔的重量沒變,所以它的速度所以它的速度V反而是反而是降低了降低了.所以當(dāng)車速達(dá)不到要求時(shí)并不是增加馬達(dá)轉(zhuǎn)速就所以當(dāng)車速達(dá)不到要求時(shí)并不是增加馬達(dá)轉(zhuǎn)速就能提高速度能提高速度.l問問:如何減少馬達(dá)溫升如何減少馬達(dá)溫升?l馬達(dá)過熱實(shí)際是因?yàn)樨?fù)載過大馬達(dá)過熱實(shí)際是因?yàn)樨?fù)載過大,馬達(dá)的電流上升馬達(dá)的電流上升,但是輸出但是輸出扭矩受馬達(dá)額定功率的限制只能達(dá)到某一極限扭矩受馬達(dá)額定功率的限制只能達(dá)