馬達基礎(chǔ)知識_

1、馬達基礎(chǔ)知識及選用技術(shù)馬達基礎(chǔ)知識及選用技術(shù)l 一一 DC MOTOR(微型永磁直流電動機微型永磁直流電動機)結(jié)構(gòu)簡示結(jié)構(gòu)簡示l這是分析直流電機的一個簡單物理模型圖示,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個小圓圈是為了方便表示該位置上的導體電勢或電流的方向而設(shè)置的)l上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極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兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，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固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。l二二 微型永磁直流電動機微型永磁直流電動機(以下簡稱直流馬達以下簡稱直流馬達)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，兩段導體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。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，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷B流出。l此時載流導體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)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流馬達的工作原理。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實用中的直流馬達轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。l將直流馬達的工作原理歸結(jié)如下：將直流馬達的工作原理歸結(jié)如下：l將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導體有電流

4、流過。l馬達內(nèi)部有磁場存在即磁石本身產(chǎn)生的磁場。l載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導體將受到電磁力f的作用f=Blia（左手定則:大拇指指向為電動勢方向,其它四指則為磁場方向即MOTOR旋轉(zhuǎn)方向）l所有導體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以n(轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)，以便拖動機械負載。三三. 典型玩具用鐵芯直流馬達結(jié)構(gòu)典型玩具用鐵芯直流馬達結(jié)構(gòu)(空芯馬達由于少空芯馬達由于少用用,不作介紹不作介紹)l按馬達內(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)通常它的壽命可達通常它的壽命可達 20000小時小時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 直流馬達的分類及在玩具產(chǎn)品上的應用直流馬達的分類及在玩具產(chǎn)品上的應用l4.1

6、直流馬達的分類直流馬達的分類la.根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同可分為空芯杯馬達,和鐵芯馬達.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的負載不大所需求扭力比較小的原因.鐵芯馬達由于負載相當來比較大,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,同一型號馬達又可以分為普通磁,強磁.加強磁,各家馬達供應商有不同對應的型號規(guī)格來表示.l4.2 直流馬達的玩具上的應用直流馬達的玩具上的應用作為嬰兒玩具產(chǎn)品上的某些轉(zhuǎn)動部件,振動部件提供動力源,通常運動平穩(wěn)噪音小.倒如明門,GRACO,MATTEL,FISHP

7、RICE的部分產(chǎn)品電池驅(qū)動動作類玩具的牙箱動力源,倒如TOMMY,LITTLETIKES的部份產(chǎn)品遙控玩具上的伺服及驅(qū)動的動力源,包括遙控飛機,車及船.高端玩具產(chǎn)品機械人的伺服及驅(qū)動系統(tǒng).l下面以簡單介紹0-5系列MOTOR在遙控玩具上的應用l0系列馬達,有F020/030,在龍昌產(chǎn)品上的應用,有用于1/64遙控車的驅(qū)動馬達,1/32全功能車的轉(zhuǎn)向馬達等l1系列馬達有130/140馬達,在龍昌產(chǎn)品上的應用主要用于1/16以上遙控車的轉(zhuǎn)向馬達,1/32遙控車的驅(qū)動馬達,某此電驅(qū)動玩具的動作牙箱動力源等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)動馬達,及某此動作玩具的動作馬達.l3.系列馬達主要有360/370/380三種型號的馬達,主要應用于18KPH以上,1/16,.1/18左右的遙控車的驅(qū)動馬達.l5系列馬達主要有540/550兩種型號,主要用于高負載,高速,高扭矩的產(chǎn)品上,在龍昌產(chǎn)品用于MATTEL1/10遙控車,l下面以金駿力馬達為例,說明一下馬達型號各部分代表的含義金駿力金駿力DC馬達編號模式簡介馬達編號模式簡介F131 NG PP1 2 2 4 0AA如何讀取馬達特性曲線圖l馬達的特性主要由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,已知馬達的輸出扭矩,求該點的N,I，及值l已知N,I，及均是的函數(shù)關(guān)系，從上圖橫座標找出對應的輸出轉(zhuǎn)矩值T1點,過T1作縱軸平行線T1,T1與曲線N，I，P，的交點即為T1對應的N1，I1，P1，1值，從相應的縱標座標上讀取。lB已知N,I，及其中的任何一值，求該點的T值和其它對應值l現(xiàn)以轉(zhuǎn)速N為例：l根據(jù)N是T的函數(shù)N=f(T)。先從縱座標上找對應的轉(zhuǎn)速N2點，過N2點作橫座標的平行線與N曲線相交，交點N2,過N2作縱坐標的平行線T2,T2線與橫坐標和I，P，E曲線的交點即為對應與N2的T2，I2，P2，2值，T2從橫坐標讀取，其余的從相應的縱坐標上讀取。五五

10、. 如何為遙控產(chǎn)品挑選合適的馬達如何為遙控產(chǎn)品挑選合適的馬達?l在設(shè)計一個遙控車，我們已知的參數(shù)通常有以下幾個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?shù)膫鲃颖?通常做根據(jù)經(jīng)驗值及馬達輸出扭矩來確定,在馬達轉(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.當然車速會下降,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，馬達的輸出功也大，同樣傳動比越大，剛輸出扭矩越大，機械功率也越大。l下面為馬達的簡單估算方法,為了簡化運算,我們將車胎與地面的磨擦阻力及齒輪運轉(zhuǎn)中功率損耗都忽略不

11、計.這樣可以推算我們所需馬達的扭矩及空載轉(zhuǎn)速范圍.l基本計算公式lP功率，單位為WlP=IU單位是Wl牽引力F=T/r對于2WD則X2,4WD則為X4lW=FL行走距離,一般設(shè)定啟動后5M達到設(shè)計時速.l遙控車由零速度到設(shè)計時速所產(chǎn)生的動能為E=1/2MV-1/2MVlE=FLlV=N*I*2rN代表馬達轉(zhuǎn)速.V為設(shè)計時速,I傳動比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，比例1/18。要求全速時達到24KPH，車輪半徑為2。55CM，設(shè)計由起動到全速的距離為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)動能定理，由于起始速為0，故動能為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每個后輪的輸出扭力要達到約T=r*F/2=2.55*417/2=532g.cm根據(jù)具體尺寸布局及經(jīng)驗值，牙比估算在1：8左右，則馬達的扭短矩需要約66g左右。要達到24KPH的速度，馬達轉(zhuǎn)速要達要約20000rpm.根據(jù)I=P/U=20。46/9.6=2.1A.則馬達達到24KPH時速時速，電流約2。1A。根據(jù)這些參數(shù)，我們不難在360/370/380等3系列馬達中根

13、據(jù)性比找出我們要求的馬達。疑難解答疑難解答l問問:為什么減少馬達線圈匝數(shù)為什么減少馬達線圈匝數(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:減少馬達匝數(shù)轉(zhuǎn)速提高后減少馬達匝數(shù)轉(zhuǎn)速提高后,相應馬達輸出的扭矩降低了相應馬達輸出的扭矩降低了,在傳動比不變的前提下在傳動比不變的前提下,車仔所受的牽引力降低了車仔所受的牽引力降低了,相對來相對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,也就是它動能降低了也就是它動能降低了,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.所以當車速達不到要求時并不是增加馬達轉(zhuǎn)速就所以當車速達不到要求時并不是增加馬達轉(zhuǎn)速就能提高速度能提高速度.l問問:如何減少馬達溫升如何減少馬達溫升?l馬達過熱實際是因為負載過大馬達過熱實際是因為負載過大,馬達的電流上升馬達的電流上升,但是輸出但是輸出扭矩受馬達額定功率的限制只能達到某一極限扭矩受馬達額定功率的限制只能達