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1、,电动工具 POWER TOOLS,金振先-苏州 工程部,内容电动工具的概念/分类百得集团拥有品牌电动工具的结构串激电机双重绝缘类电动工具电磁骚扰 EMI认证火花,振动,噪音对电动工具常见故障的原因分析,工 具,二,机械化工具 降低劳动强度,提高生产效率,1,气动工具,以压缩气体为动力的手持式/可移式的机械 化工具,3,电动工具,以电动机为动力源的手持式/可移式的机械化工具,2,汽油机工具,以汽油发动机为动力源的手持式/可移式的机械化工具,一,手工工具,以电动机为动力源的手持式/可移式的机械化工具,品种繁多,功能齐全,使用简单.比手工工具提高工作效率,比气动工具能耗少.,电动工具,遵循的安全标
2、准,国际标准IEC60745 手持式电动工具的安全IEC601029 可移式电动工具的安全IEC60335-2 园林用电动工具的安全欧洲区域标准,采用国际标准的程度很高,差异在环境要素上,如噪声,振动的技术要求上.EN60745 手持式电动工具的安全,等效采用IEC60745EN50144 手持式电动工具的安全,增加了噪声,振动的技术要求,总体比EN60745 高.EN61029 可移式电动工具的安全,等效采用IEC601029EN60335-2 园林用电动工具的安全,等效采用IEC60335-2EN50260 手持式电池供电的电动工具和电池组的安全北美区域标准,美国/加拿大,UL745 携带
3、式电动工具的安全UL987 固定式电动工具的安全中国标准GB3883 手持式电动工具的安全,等效采用IEC60745GB13960 可移式电动工具的安全,等效采用IEC601029,钻削类,电动工具按用途分类,电钻,冲击电钻,电锤,锯切类,直线往复锯,电圆锯,型材切割机,斜切割机,曲线锯,大理石切割机,台锯,砂磨类,磨光机(用砂轮),砂光机(用砂纸),台式砂轮机,角向磨光机,磨具电磨,板式砂光机,抛光机 盘式砂光机,带式砂光机,户外用工具/园林工具草坪剪草机,打草机,篱笆剪电链锯,碎枝机,室内用工具 刷碗机,地板清洁器,电木铣 电刨 电动螺丝刀 电动冲击扳手 水平仪 自动卷尺,还有,榨汁机,咖
4、啡具,电动搅拌机,剃须刀,广义上讲,亦属电动工具,但人们习惯将这类与日常生活密切的,纳入到小家电范畴.,Brands 百得集团拥有品牌,领先全球家庭门用五金部件,全球第位卫浴龙头制造商,$,全球收入 45亿美金 GLOBAL$4.5Billion,电动工具及附件72%,紧固件及配件12%,五金及家居用品16%,Percentage of Total Revenue-2003,WHO USES POWER TOOLS,CONSUMERS 家用工具,PROFESSIONALS专业工具,工作头(钻夹头),传动机构,定子,转子,开关,外壳,电源联接件,电动工具 的 结构,电动机:马达,电动工具的心脏,
5、是由转子和定子组成工具头:电动工具的作用件传动机构:马达与工具头的连接机构其它:外壳,电源开关,电源联接件等.,电动工具用的电动机主要有,感应电机转速稳定,经久耐用,多用于大功率电动工具及可移式电动工具,如台式砂轮机,台锯等.,永磁直流电机多用于要求功率不大的无绳电动工具,如充电电钻,单相串激电机大部分电动工具用电机,其特点是 转速高,体积小,起动转矩大,过载能力强,易于调速.,单相串激电机 Universal motor,ARMATURE,SWITCH,D.C.,SUPPLY,BRUSHES,MAGNET,MAGNET,永磁直流电机 PM DC motor,感应电机 Induction mo
6、tor,电动机通过电磁耦合原理实现从电能转化为机械能的机构.基于原理1,电流产生磁场2,变化的磁场产生电势3,带电导体在磁场中受力电动机分为两大部分,一是产生磁场的部分,叫FIELD(场,磁极部分),另一是在磁场中受力的带电导体,叫ARMATURE(电枢)电机中静止的部分叫STATOR(定子),转动的部分叫ROTATOR(转子).,对单相串激电机而言,FIELD(场)=定子(STATOR)ARMATURE(电枢)=转子(ROTATOR),单相串激电动机,定子绕组,定子绕组,转子,=f(t),=f(t),T=f(t),t,电流,磁通,转矩 在一个交变周期内,单相串激电动机,T(时间),(电流),
7、单相串激电动机的工作原理与直流串激电动机的相一致.电流方向变化,磁通方向亦发生变化,但磁矩方向没有变化,即电源极性的变化并未影响转子的转向,接入交流电后电动机仍按原方向转动.,+,-,+,-,永磁直流电动机,+,-,T(时间),(电流),N,S,单相串激电机定子,定子铁芯,绝缘纸,定子绝缘端板,定子绕组,换向器端 轴承,换向器,转子铁芯,转子轴,转子绕组,冷却风扇,绝缘套管,绝缘端板,单相串激电机转子,单相串激电机转子的结构,转子轴,冲片,转子铁芯,转子轴绝缘,转子绝缘端板,单相串激电机转子的结构,换向器压装,单相串激电机转子的结构,绝缘纸,单相串激电机转子的结构,Slot liner,转子绕
8、组,单相串激电机转子的结构,转子铁芯,绝缘端板,换向器,风扇,转子轴,轴绝缘,转子绕组,单相串激电机转子的结构,换向器的作用,/2,/2,双重绝缘标志符号,4 加强绝缘单一的绝缘系统,具有与双重绝缘相当的保护程度.,3 双重绝缘 基本绝缘+附加绝缘耐压:3750V/min,2 附加绝缘用来在基本绝缘损坏时防止触电的基本保护以外的独立绝缘耐压:2500V/min,1 基本绝缘用来对带电部分提供防止触电的基本保护的绝缘耐压:1250V/min,双重绝缘结构中各零件之间的关系必须满足:1,带电零件与不易触及的金属零件之间必须用基本绝缘隔开2,不易触及的金属零件与易触及的金属零件及易触及的表面之间必须
9、用附加绝缘隔开3,带电零件与易触及的金属零件及易触及的表面之间必须用双重绝缘或加强绝缘隔开.,带电零件,不易触及的金属零件,易触及的金属零件/易触及的工具表面,基本绝缘,附加绝缘,双重绝缘 或加强绝缘,槽绝缘,基本绝缘,轴绝缘,附加绝缘,安全结构设计类工具 爬电距离(S1)、电气间隙(S2)、绝缘穿通距离(S3)要求 爬电距离：指两个导电零件之间或导电零件与工具界面之间，沿 绝缘材料表面 量得的最 短路径。电气间隙：指两个导电零件之间或导电零件与工具界面之间，穿过 空气 量得的最短距离 绝缘穿通距离：在用附加绝缘或加强绝缘隔开的金属零件之间，穿过 绝缘 量得的最短距离类工具(130V)爬电距离
10、(S1)、电气间隙(S2)、绝缘穿通距离(S3)要求则略小，见GB3883.1/27.1表15。在产品设计中，一般会兼顾不同的市场，故多会以250V为设计输入进行安全结构设计。,类工具(250V)爬电距离(S1)、电气间隙(S2)1,不同极性的带电零件之间应大于3mm2,带电零件和用附加绝缘与其隔开的金属零件之间应大于4mm3,带电零件和用加强绝缘与其隔开的金属零件之间应大于8mm4,经绝缘处理的转子绕组与不易触及的金属零件之间应大于2mm5,以附加绝缘隔开的金属零件之间应大于4mm举例 S1 S2不同极性接线端子之间 3.0 3.0接线端子到机壳外表面 8.0 8.0铜刷握、电刷到轴、后轴承
11、 8.0 8.0换向片到轴、后轴承、轴承室嵌件 8.0 8.0换向片到轴、后轴承、轴承室嵌件(轴绝缘是接轴结构)4.0 3.0电源插头的插销到插头边缘的距离 6.5金属电缆压板到机壳外表面 4.0 4.0铁芯及螺钉到机壳外表面 4.0 4.0接轴转子两端之间 4.0 4.0定子绕组到铁芯 2.0 2.0定子绕组到机壳外表面 6.0 6.0转子绕组到铁芯 2.0 2.0转子绕组到轴 6.0 6.0,类工具(250V)绝缘穿通距离1,以附加绝缘隔开的金属零件之间应大于1mm2,以加强绝缘隔开的金属零件之间应大于2mm举例类工具(250V)附加绝缘穿通距离(S3)S3转子铁芯到轴 1.0接轴转子两端
12、轴之间 1.0金属电缆压板到可触及金属件 1.0包扎定子到机壳外表面 1.0类工具(250V)加强绝缘穿通距离(S4)S4换向片到轴 2.0铜刷握、电刷到机壳外表面 2.0转子绕组端部到轴 2.0未包扎、浸渍的定子绕组端部到机壳外表面 2.0,电动工具按电气安全保护分类类电动工具,单一绝缘类,必须有接地保护线,规定为绿黄双色线.类电动工具,双重绝缘类,不允许有接地保护线.类电动工具,安全电压类 42V.,OUTPUT,1,电动工具的传动机构传递动力,减小转速,改变运动形式的,介于电动机和工作头之间的机构.2,工作头所需要的运动形式,旋转运动,直线运动,旋转平动复合运动,其它复合运动.3,典型机
13、构圆柱齿轮,锥齿轮,行星轮系,皮带传动,正弦机构,.,INPUT,底板,进,出,A,B,E,D,C,圆柱齿轮,电钻,锥齿轮,角磨机,行星轮系,充电电钻,圆轨道旋转平动,复合运动,板式砂光机,正弦机构,往复锯/曲线锯,SPUR GEARS,HELICAL GEARS,SPIRAL BEVEL GEARS,PLANETARY GEARS,BELT/PULLEY,电磁兼容 EMC,电磁骚扰 EMI:抑制对外界电磁环境的骚扰.电磁敏感度 EMS:抵御来自外界的电磁骚扰.,电磁骚扰 EMI,即是任何可能引起装置设备系统性能降低,或对有生命或无生命物质产生有害作用的电磁现象.,电动工具的电磁骚扰主要是由换
14、向引起的换向片与炭刷在脱开,是在有电流的情况下断开,就造成电流突变并在极短瞬间释放大量能量,除造成周围空气电离形成火花电弧外,由于突变电流具有丰富的高频成分,一部分能量使电机形同一个高频发射器.30MHz以下的干扰电势主要通过电源线传入电网而干扰接受设备,30MHz以上的高频能量以电磁波的形式通过电机部分和电源线向外辐射.,电动工具对电磁骚扰 的抑制在回路上加装抑制器,电感 和 电容,滤去高频成分.,定子绕组,定子绕组,转子,电感,电容,+,抑制器,=,电动工具的安全认证,欧洲,美国,加拿大,中国,欧盟CE 标志,常见的认证符号/标记,产品为什么要认证1,减少人身伤害 和财产损失 绝大多数实施
15、认证制度的国家,专门制定了有关产品的安全标准,并通过政府法令规定对影响人身安全和健康的产品(如电气产品,汽车安全带,摩托车头盔)实行强制性的认证制度,否则将依法处理.2,指导消费者购买安全可靠的产品 只要消费者购买的是带有认证标记的产品,认证机构就有责任和义务保证消费者的权益.3,提高产品在国际上的竞争能力4,全球范围内消除贸易壁垒的有效手段.,GS 认证,GS标志是德国和欧洲最认可的安全标志。GS标志表示该产品被认可的机构测试证明符合操作的安全要求GS标志表示该产品的使用安全性已经通过有授权的第三方独立机构的测试。虽然GS体系是建立在德国DIN标准上，但欧洲绝大多数国家都认同。而且满足GS认
16、证的同时，加上根据欧洲标准进行的EMI 认证,产品也就满足了欧共体的CE法令的要求。可以贴CE标志.,谁有资格发GS证书？1 德国认证机构：通常在国内知名的德国本土的GS发证机构有TUV RHEINLAND，TUV PRODUCT SERVICES，VDE等，是德国直接认可的GS发证机构。2 其他认证机构：通常欧洲其他与德国合作的GS发证机构有KEMA，ITS，NEMKO、DEMKO等,欧盟CE 标志,CE标志是产品进入欧盟境内销售的通行证。CE是为欧盟所推行的一种安全标志，非国家认证的安全标志。CE标志表示产品符合一项或多项欧洲市场现行的调和指令，对安全、健康及环境的基本要求。同时某些产品对
17、EMC有更严格的要求，还必须取得单独的EMC标志CE标志是安全合格标志而非质量合格标志,电动工具须满足的CE 法令CE 机械指令89/392/EC(运动机构)CE 低电压指令73/23/EEC(50-1000V 75-1500V DC)CE 电磁兼容指令89/336/EECCE 噪音指令2000/14/EEC(户外使用的器具）CE 报废电子电气设备指令 WEEECE 电子电气设备中限制使用某些有害物质指令 RoHS,谁对CE标志的正确性负责？制造商或其代理商，或欧盟成员国的进口商必须对CE标志的正确性负责。,UL认证 标志,Underwriters Laboratories Inc.即保险实验
18、室有限公司,简称UL.成立于1894年于美国;是一家专门致力于公共安全和提供质量服务的非盈利组织;UL标志是美国最认可的安全标志;只有UL公司才能授权使用UL标志。在做UL测试的同时还可以按照加拿大的相应标准核发cUL证书,UL745-1 携带式电动工具的安全(Standard for Safety Portable Electric Tools)第一版,1995,3,23与IEC745-1(国际标准)既 相对应,CSA是加拿大标准协会（Canadian Standards Association）的简称它成立于1919年，是加拿大首家专为制定工业标准的非盈利性机构。在北美市场上销售的电子、电
19、器等产品都需要取得安全方面的认证。目前CSA是加拿大最大的安全认证机构，也是世界上最著名的安全认证机构之一。它能对机械、建材、电器、电脑设备、办公设备、环保、医疗防火安全、运动及娱乐等方面的所有类型的产品提供安全认证。,CSA 认证,CSA标志被加拿大和美国接受1992年前，经CSA认证的产品只能在加拿大市场上销售，而产品想要进入美国市场，还必须取得美国的有关认证。现在CSA International已被美国联邦政府认可为国家认可测试实验室。这意味着能根据加拿大和美国的标准对产品进行测试和认证.,中国CCC认证,1.标准等同于IEC标准(GB3883.1,GB3883.2);2.CCC 是C
20、hina Compulsory Certification 简称,“S”means safety Approval“E”means EMI certified,TaiWan BMSI Certification 台湾认证,Latest EMC Certification or performance+EMC Certificationmark and registered code,Certificate number attached,Korea Certificate 韩国认证,电动工具,重点词,单相串激电动机,认证,双重绝缘,为什么定/转子的铁芯是由很多片冲片叠铆或亚弧焊焊接而成的叠片式
21、铁芯,而不是块状金属体?,交变电流,涡流损耗随时间变化的磁场会产生涡旋电场,当块状金属放在此场中,金属体内将产生感应电流.这种电流在金属体内自行闭合,因此叫涡旋电流.涡旋电流的产生将消耗能量,变为热量,这种能量损失叫涡流损耗.,为什么定/转子的铁芯冲片材料用的是硅钢片?磁感应强度 B=u H,u是磁导率,H是磁场强度.按磁导率u的大小,物质分为三类1,顺磁质 u1,锰 铬 氧 氮.2,抗磁质 u 1,铁 镍 钴 等,其特点是*磁导率不是恒量*在外磁场撤消后,仍能保留部分磁性.,H,B,H0,硬磁材料:具有较大的矫顽磁力,磁滞回线较宽,如炭钢 钨钢 钴钢.软磁材料:具有较小的矫顽磁力,磁滞回线较
22、窄,如软铁 硅钢,H,B,H,B,磁滞损耗铁磁质在反复磁化时,铁磁质内分子的情态将不断的改变,因此分子的振动加剧,温度增高,使分子振动加剧的能量是由产生磁化场的电流所提供的.这种耗散为热量的能量损失叫磁滞损耗.铁磁质反复磁化时将要发热,硬磁材料较软磁材料更显著.,H0,H0,调速原理 串激电机的转速与施加的电压成正比。因此电动工具大多用改变电压的办法达到调速的目的。,R1,R2,SCR,M,u1,u2,a1,a2,可变电阻行程,电压,转速,可控硅调节电压。分压越小,控制角越小,电压越大,转速越高.,TYPES,Half Wave,Full Wave,TWO SPEED(Diode),VARIA
23、BLE SPEED(Open Loop),VARIABLE SPEED(Closed Loop),几种轴绝缘结构 1、二次成型(俗称包轴):用模塑料将转子轴外圆封装，再对绝缘层进行加工，然后再压转子冲片而成。工艺复杂，但 同轴度好。以日立系统为代表。2、一次成型：用模塑料将转子轴与冲片一次封装成型。工艺简单，转子整体性好，但对模具的要求高。是现主流应用技术。3、绝缘套管：新材料技术。,影响火花的主要因素及改善措施 1、电磁因素 逆转子旋转方向移动电刷位置 或 线圈顺转子的旋转方向偏前1-2个换向片。2、机械因素：转子动平衡、电刷材质与尺寸、电刷弹簧压力、电刷与刷盒的配合、换向器材质与表面加工质
24、量 3、化学因素 换向器表面氧化膜(氧化亚铜)及 碳膜的形成,生活对降低火花有利.,振动 1、转子是非刚性系统，转子上的非金属材料是造成振动的主要原因 转子动平衡 转子轴的硬度和内应力消除 轴绝缘工艺：选择尺寸稳定、粘合力强的材料；固化时压力和时间应充分。滴漆工艺：选择耐温高、粘合力强的材料；固化时 温度和时间 应充分。换向器：浮片现象。加强环、衬套、银铜合金。风扇：径跳、端跳要控制好；防止结构变形。2、其它机械因素 输出轴与压板 工具件(如砂轮)自身的形位误差及动平衡,噪声 用声压级及声功率级衡量,单位是分贝dB,电动工具的噪音一般要低于80 dB 1、齿轮噪声：齿轮副啮合状态、齿形误差、齿
25、向误差、齿圈径向跳动、表面光洁度 2、空气噪声：风扇外径、风扇位置、风扇结构设计、风路通畅、冲压风扇的飞边毛刺及装配变形 3、轴承噪声：游隙要小、润滑脂的粘度要合适；滑动轴承；与轴承室的配合 4、转子不平衡引起的噪音 5、电刷换向器摩擦引起的噪音 6、电磁噪声,不均匀的磁拉力引起的 在空载时：低速状态下，齿轮噪声占主导地位；高速状态下，风扇噪声占主导地位。空气噪声是最大的噪声源(除却杂音)。,电动工具的常见故障原因分析,一 不能起动1 电缆线折断2 开关损坏3 开关引线端子松脱4 内部布线松脱或断开5 电刷和换向器未接触6 定子绕组断路7 转子绕组断路8 机械故障,二 转速太慢1 定转子相擦2
26、 轴承太紧或有脏物3 转子绕组局部短路,三 转速太快1 定子绕组局部短路,四 电刷火花大或环火1 电刷不在中性线上2 电刷太短3 电刷弹簧压力不足4 电刷与换向器接触不良5 电刷与刷盒之间配合太松或刷盒松动 6 换向器磨损过大且凸凹不平7 换向器中的云母片凸出换向铜片8 换向器表面太粗糙9 换向器换向片间绝缘击穿或有导电粉末10 定子绕组局部短路11 转子绕组局部短路12 转子绕组局部断路,电动工具的常见故障原因分析,五 声音异常1 轴承磨损或内有杂物2 定子与转子相擦3 风扇变形或损坏或松动4 电刷与换向器接触不良5 风扇与挡风板距离不正确6 电刷弹簧压力过大7 电刷体内有杂质或太硬8 换向器中的云母片凸出换向铜片9 定子绕组局部短路11 转子绕组局部短路12 传动机构损坏或松动或内有杂物,六 电机过热1 轴承太紧或内有杂物2 定子与转子相擦3 风量很小4 定子绕组局部短路5 转子绕组局部短路6 传动机构损坏或内有杂物,七 电源接通后保险断掉1 电缆线短路2 內接线松脱短路3 开关损坏,内短路4 定子绕组局部短路5 转子绕组局部短路6 换向器换向片间绝缘击穿或有导电粉末7 转子卡死 或 传动机构卡死,常见英文缩写,全球最大的电动工具制造商和销售商,谢谢,zxjin,1914 年,发明全球第一台手枪式电钻,1946年,全球第一台家用手电钻,1957 年,第一台便携式电动篱笆剪,
