馬達磁鐵磁力檢測自動化機構設計

馬達磁鐵磁力檢測自動化機構設計組員姓名：林鏡銓、黃得祐、林家男、劉仲仁、柯伯龍德霖技術學院機械工程系日五專0922指導老師：諶其騮教授摘要設計出較小型且價格較便宜能檢測馬達永久磁鐵磁力的機構，市面上能檢測永久馬達磁鐵磁力的機構不僅製作成本費用高且不便移動，我們首先參考一些市面上的零件，搭配使用SolidWorks來設計出我們所需要的零件，把設計完成的零件組合完成，再依我們所需要的組合件，完成我們的繪圖構想。致謝感謝諶其騮老師給我們這次的機會，提供我們一些資訊，並全程參與指導。ㄧ、前言馬達永久磁鐵的磁力分佈均勻性是影響馬達品質的重要因子，永久磁鐵在永磁馬達中是主要的磁力來源，它的品質直接影響馬達在機械及電氣方面的品質水準。馬達磁鐵的磁力分佈是否均勻影響馬達的感應電壓以及輸出扭力的穩(wěn)定性。目前馬達永久磁鐵磁力強度的量測是以人工方式用高斯計在永久磁鐵表面取數(shù)點量測其磁場密度，並求其平均值；不僅過程費時，且不能完全掌握整個磁鐵表面磁場密度分佈的情形。因此研發(fā)可沿著永磁馬達表面旋轉並可自動化檢測的裝置就成為了我們這組設計機構的重點了。二、研究目標我們研究的永磁馬達以直流式馬達轉子﹙如圖一﹚為主，檢測直流式馬達磁鐵磁力首先須一端旋轉並用步進式馬達﹙如圖三﹚控制，另一端要可以固定放置讓它旋轉但是以不脫落為前提；由於我們設計檢測方法為檢測旋轉中的馬達轉子所以感應器必須貼近著旋轉馬達轉子表面但是不能碰觸到馬達轉子本體，所以感應器裝置兩旁須加裝兩個小輪子，讓小輪子直接接觸馬達轉子表面，如此一來便可以讓感應器貼近馬達轉子但是不會碰觸到馬達轉子本體；由於感應器能接收的訊號只有馬達轉子旋轉表面一圈，但是檢測馬達表面須平行於直流馬達，因此磁力檢測裝置﹙如圖六﹚須可以固定於底面但是可以平行馬達轉子移動，並且也使用步進式馬達控制，達成半自動化的原先構思。三、實驗方法一、重要零組件探討：﹙1﹚.直流式馬達：設定檢測的永磁馬達為直流式馬達內部的轉子，直流馬達廣泛地用在消費電子產品及玩具，如電動刮鬍刀、錄音機、錄影機、CD唱盤、模型汽車、模型火車等，輪椅,休閒車,自行車之驅動及小到玩具多有在用。優(yōu)點：轉子速度調整容易，啟動轉矩較大。由於直流式馬達應用的範圍非常之廣泛，因此如何確保直流式馬達能隨時保持在最佳狀態(tài)。最直接影響直流式馬達效能的就是馬達轉子內部的永久磁鐵，因此檢測馬達轉子內部的永久磁鐵磁力強度是否有因為外部因素減弱或破壞磁力強度，就成了我們製作此專題的目的，檢測永久磁鐵磁力強度是否保持高效能的狀態(tài)。﹙圖一直流式馬達構造圖﹚此為市面上?？煽匆姷闹绷魇今R達構造圖，經由電流連接到電刷傳達到馬達轉子的整流子進行旋轉，由於轉子每旋轉180度就會進行一次磁鐵極性轉換，馬達轉子就是運用這極性重複轉換來進行旋轉，因此永久磁鐵佔了很重要的成份，確保永久磁鐵磁力效能保持在好的狀態(tài)就是我們專題的目的。﹙圖二直流式馬達轉子﹚此圖為我們要檢測的馬達轉子實體，由於此馬達轉子的永久磁鐵是包覆在內部，因此我們設計的機構就是在此馬達轉子表面檢測，感應器放置在上方，以不牴觸到表面接近馬達轉子表面，來進行永久磁鐵磁力檢測。﹙2﹚步進式馬達：設定使用於控制直流馬達旋轉轉動。優(yōu)點：A.適合於中低速短行程定位之場合。B.無須增益調整：不須要依據負載情況與機構剛性等進行增益調整。C.優(yōu)越的同步性：可於接收到脈波信號後立即進行定位?；兑陨蠋c，中低速短行程定位、無須增益調整、可於接收到脈波信號後立即進行定位，所以我們設定使用步進式馬達來進行我們所需要的帶動馬達轉子進行旋轉的動力來源，進行我們所需要的檢測動作。﹙圖三步進式馬達﹚此為我們使用的步進式馬達的款式，具有中低速短行程定位、可於接收到脈波信號後立即進行定位，符合我們需要可以定位旋轉的動力來源構思，因此設定使用此款步進式馬達來進行我們檢測馬達轉子所需要的旋轉檢測動力來源。二、設計概念：﹙1﹚檢測方法為磁力檢測裝置﹙如圖六﹚須跟直流馬達轉子﹙如圖四﹚旋轉表面垂直，延伸出一機構貼著馬達磁鐵旋轉表面，延伸出的機構在貼近馬達本體的一端須在兩側加裝滾輪，以方便貼著馬達旋轉檢測馬達內部磁鐵是否良好完整或有所瑕疵。﹙2﹚由於檢測儀器只能檢測圓周方向的一圈，如須檢測整塊馬達磁鐵，必定須要使檢測儀器本體可以左右移動調整檢測馬達磁鐵的位置，所以我們要設計可以左右移動的測量機構，搭配上檢測儀器本體便可以達成我們所需要可以上下調整左右移動的目標。﹙3﹚馬達磁鐵須由一端支撐架﹙如圖七﹚獨立支撐，可以上下調整前後移動，所以支撐架底部須可以固定並延著底部前後移動，支撐架須突出一個類似V型的槽來放置馬達磁鐵的軸；另一端須由步進馬達控制齒輪，由齒輪軸心加裝上一個固定器固定住馬達磁鐵軸心，並進而轉動已達成自動化檢測目標。﹙4﹚控制直流馬達旋轉的部分為一步進式馬達帶動一減速齒輪旋轉，齒輪軸心連接一夾頭，夾頭一端固定於齒輪軸心一端固定馬達轉子一端，如此一來便可以控制步進式馬達達成直流式馬達旋轉。四、研究結果 分成三等分來講解：﹙1﹚設計圖圖四直流式馬達轉子零件圖。以圖二為基礎設計出來的零件圖，是本專題中，作為檢測用的馬達轉子。圖五步進式馬達零件圖以圖三為基礎設計出來的零件圖，我們採用這型的步進式馬達，帶動馬達轉子旋轉。需要藉由齒輪減速達到我們所需要的檢測旋轉。圖六磁力檢測裝置零件圖檢測用的機構組，用來測量馬達轉子內部的永久磁鐵磁力，因馬達轉子大小不一定一樣，所以我們設計出可以上下180度轉動，而且可以整組沿馬達轉子軸向移動。圖七V型支撐架零件圖此一零件用於支撐馬達轉子可進行旋轉及固定作用，並且可以跟著馬達轉子進行軸向移動，以便應用於各種尺寸大小的馬達轉子進行檢測動作。圖八 步進式馬達連動組此一零件為固定於底板上，板上有步進式馬達、減速齒輪、齒輪轉子和固定步進式馬達外加裝的固定器，作用為輸入訊號給步進式馬達帶動減速齒輪進行旋轉運動，由齒輪軸心連接夾頭﹙如圖七﹚夾於馬達轉子一端進行旋轉動作，達到我們檢測所需的旋轉動力來源。圖九夾頭此一零件一端方形為固定於齒輪軸心，另一端圓形為馬達轉子一端放入使用小螺絲固定，為馬達轉子跟動力來源的聯(lián)結器，由於馬達轉子種類多種，不可能使用都使用同一種固定器，因此，此一零件圖以圖四為基圖進行設計。圖十 組合模擬圖此模擬圖內含了磁力檢測裝置(後方零件)、V型支撐架(右方零件)、步進式馬達連動組(左方零件)和檢測物直流式馬達轉子(前方零件)，此為組合完成之構思圖。﹙2﹚製作討論由於製作此機構最主要的目的為檢測磁力，因此製作機構之前須先找出低磁性材料或無磁性材料，如此才可能干擾磁力的問題減低至最小才不會影響到檢測磁力的數(shù)據，基於尋找無磁性材料的要點，尋找到鋁、不銹鋼和銅等三種無磁性材料，拿來採用為製作之材料。﹙3﹚製作成品圖十 實體正面此實體零件為磁力檢測裝置成品(圖六)，採用了無磁性的鋁以及銅來進行製作，鋁佔了85%銅約10%其餘螺絲皆為鐵佔5%，可以說是對我們檢測磁力影響大大的減低，我們先做出最主要的檢測裝置實體搭配上壓克力來模擬出我們所構思的形狀是否符合我們當初所構思的成型。圖十一 實體側面由側面看來感測器置於銅製的輪子正下方，垂直放置在直流式馬達轉子正上方，進行檢測動作。五、結論1.由於此專題以設計機構為主，造成最主要的檢測磁力裝置趕在最後才開始製作，製作的不完全且沒測試，組合成品有依照我們的構思可以上下旋轉約60度，進行檢測動作。2.V型固定器和步進式馬達組沒製作出來，前期工作幾乎注重於構思和繪圖，導致固定檢測物品的V型固定器和步進式馬達組沒製作出成品，導致有檢測裝置但是沒辦法實際測試。六、參考文獻枕博仁，機械材料新零件,臺南市:復文，1988鄭振東，實用磁性材料，臺北市:全華,民88[199