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1、马达基础知识及选用技术,一 DC MOTOR(微型永磁直流电动机)结构简示,这是分析直流电机的一个简单物理模型图示,其中，其中固定部分有磁铁，这里称作主磁极；还有电刷。转子部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器
2、。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。,二 微型永磁直流电动机(以下简称直流马达)的工作 原理 DC MOTOR 工作原理图,从两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动
3、方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流马达的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。实用中的直流马达转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。,将直流马达的工作原理归结如下：将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。 马达内部有磁场存在即磁石本身产生的磁场。 载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 f=Blia （左手定则:大拇指
4、指向为电动势方向,其它四指则为磁场方向即MOTOR旋转方向） 所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。,三. 典型玩具用铁芯直流马达结构(空芯马达由于少用,不作介绍),按马达内部分结构它主要分以为1,定子部分2.转子部分,3.端子 三大块,下面简单介绍一下定子部分由铁壳,磁石,轴承,磁石弹弓等零件组成,见图示A转子部分由铁轴,调整介子,止油介子,换向器,轴承,漆包线,硅钢片,绝缘介子,绝缘端盖,变阻器(D/V)等零件组成,见下图示C,*漆包线根据绝缘等级的不同分为以下几类UEW wire 120(E class)PEW wire 155(F class)EI
5、W wire 180(H class)AIW wire 200(C class)通常它的寿命可达 20000小时,3.端子部分由电刷,碳精,电刷座,阻尼胶片,端子,后盖,含油轴承等零件组成,见图示B电刷根据材料的不同分为铜刷和碳刷两种.,A:定子部分结构,B:端盖部分结构,C:转子部分结构,四 直流马达的分类及在玩具产品上的应用,4.1直流马达的分类a.根据内部结构的不同可分为空芯杯马达,和铁芯马达.前者由于受体积限制,转子的电枢绕组直接由漆包线绕制而成,中间是空心的.这另一方面也是由于迷你马达的负载不大所需求扭力比较小的原因.铁芯马达由于负载相当来比较大,所输出扭力需要也比较大,通常转子线圈
6、也是绕在由硅钢片冲压而成的铁芯上.b根据定子所产生磁力不同,同一型号马达又可以分为普通磁,强磁.加强磁,各家马达供应商有不同对应的型号规格来表示.,4.2 直流马达的玩具上的应用作为婴儿玩具产品上的某些转动部件,振动部件提供动力源,通常运动平稳噪音小.倒如明门,GRACO,MATTEL,FISH PRICE的部分产品电池驱动动作类玩具的牙箱动力源,倒如TOMMY,LITTLE TIKES的部份产品遥控玩具上的伺服及驱动的动力源,包括遥控飞机,车及船.高端玩具产品机械人的伺服及驱动系统.,下面以简单介绍0-5系列MOTOR在遥控玩具上的应用,0系列马达,有F020/030,在龙昌产品上的应用,有
7、用于1/64遥控车的驱动马达,1/32全功能车的转向马达等 1系列马达有130/140马达,在龙昌产品上的应用主要用于1/16以上遥控车的转向马达,1/32遥控车的驱动马达,某此电驱动玩具的动作牙箱动力源等2系列主要260/280两种类型,主要用于1/16,1/18遥控车,速度在15KPH以下之遥控车的驱动马达,及某此动作玩具的动作马达. 3.系列马达主要有360/370/380三种型号的马达,主要应用于18KPH以上,1/16,.1/18左右的遥控车的驱动马达. 5系列马达主要有540/550两种型号,主要用于高负载,高速,高扭矩的产品上,在龙昌产品用于MATTEL 1/10遥控车,下面以金
8、骏力马达为例,说明一下马达型号各部分代表的含义,金骏力DC马达编号模式简介,F,1,3,1,N,G,P,P,1 2,2 4 0,A,A,如何读取马达特性曲线图,马达的特性主要由N=f(T),I=f(T),P=f(T),=f(T),其中N表示转速,I表示电流,P表示功率, 表示效率.T表示轴输出扭矩.N,I,P, 和T都是函数关系,A,已知马达的输出扭矩,求该点的N,I，及值已知N,I，及均是的函数关系，从上图横座标找出对应的输出转矩值T1点,过T1作纵轴平行线T1,T1与曲线N，I，P，的交点即为T1对应的N1，I1，P1，1值，从相应的纵标座标上读取。B已知N,I，及其中的任何一值，求该点的
9、T值和其它对应值现以转速N为例：根据N是T的函数N=f(T)。先从纵座标上找对应的转速N2点，过N2点作横座标的平行线与N曲线相交，交点N2,过N2作纵坐标的平行线T2,T2线与横坐标和I，P，E曲线的交点即为对应与N2的T2，I2，P2，2值，T2从横坐标读取，其余的从相应的纵坐标上读取。,五. 如何为遥控产品挑选合适的马达?,在设计一个遥控车，我们已知的参数通常有以下几个重量G及SCALE车速（线速度）V额定工作电压轮胎外径根据外型空间确定适当的传动比,通常做根据经验值及马达输出扭矩来确定,在马达转速不变的情况下,增大牙比可以增大车轮输出扭矩,也就是通常所就的爬坡能力越强.当然车速会下降,
10、反之车轮输出扭矩减小,速度增加.,根据P=IU电池放电电流越高，则能提供给MOTOR的能量越大，马达的输出功也大，同样传动比越大，刚输出扭矩越大，机械功率也越大。下面为马达的简单估算方法,为了简化运算,我们将车胎与地面的磨擦阻力及齿轮运转中功率损耗都忽略不计.这样可以推算我们所需马达的扭矩及空载转速范围.,基本计算公式P功率，单位为WP=IU 单位是W牵引力 F=T/r 对于2WD则X2,4WD则为X4W=FL 行走距离,一般设定启动后5M达到设计时速.遥控车由零速度到设计时速所产生的动能为E=1/2MV-1/2MVE=FLV=N*I*2r N代表马达转速.V为设计时速,I传动比1kg=9.8
11、N1kg.m/s=1N.m=1J=1A.V,已知车的重量包电池760+160=920g,后轮驱动，比例1/18。要求全速时达到24KPH，车轮半径为2。55CM，设计由起动到全速的距离为5M，用9。6V NICD电供电。试为此遥控车选择合适的牙比及MOTOR。根据动能定理，由于起始速为0，故动能为E=1/2MV-0=1/2*0.92*6.67*6.67=20.46KGm/s=20.46N.MF=E/L=20.46/5=4.09N=4.09/9.8=0.417KG=T/r,每个后轮的输出扭力要达到约 T=r*F/2=2.55*417/2=532g.cm 根据具体尺寸布局及经验值，牙比估算在1：8
12、左右，则马达的扭短矩需要约66g 左右。要达到24KPH的速度，马达转速要达要约20000rpm.根据I=P/U=20。46/9.6=2.1A.则马达达到24KPH时速时速，电流约2。1A。根据这些参数，我们不难在360/370/380等3系列马达中根据性比找出我们要求的马达。,疑难解答,问:为什么减少马达线圈匝数,提高转速后,遥控车最终的车速得不到提高?答:减少马达匝数转速提高后,相应马达输出的扭矩降低了,在传动比不变的前提下,车仔所受的牵引力降低了,相对来讲在同等距离所作的功也下降了,也就是它动能降低了,根据E=1/2MV, 由于车仔的重量没变,所以它的速度V反而是降低了.所以当车速达不到要求时并不是增加马达转速就能提高速度.问:如何减少马达温升?马达过热实际是因为负载过大,马达的电流上升,但是输出扭矩受马达额定功率的限制只能达到某一极限,根据能量守恒定理,由于所有电流无法全部转化为扭力作机械功,则多余部分转化为热能,导致马达转子及外壳发热,所以解决此问题方法是,在负载无法减轻的情况下,应该加大传动比及在转速不变的情况下尽可能加大马达扭矩来输出功率.,
