Motorknowledge马达常识

1、22目录操作3三要素相互作用产生传动3直流电机主要部件4交流电机理论5串激电机5罩极电机6同步电机8精密步进电机总览9什么是步进电机9步进电机基础9同步电机总览10什么是同步电机10同步电机基础10变速箱总览11什么是齿轮变速箱11齿轮变速箱基础11旋转方向11传动比11在输出轴可容许的力"FA"和"FR"12容许转矩12效率13Saia电机变速箱离合器13设计注意事项15直流电机15串激电机16直流电机 (BLDC)17同步电机18罩极电机20电机编码器21电机编码器21操作通常情况下，电动机由电磁驱动。然而，也有利用静电力或压电效应的其他类型电机。在

2、PMDC电机的情况下，电磁体(电枢）与固定的场磁体（外壳）相互作用而使电机运转。电流通过端盖总成的电机端子，通过碳电刷或电刷薄片接触到电枢总成的换向器。电流给绕组产生磁场使得电枢旋转，它跟壳体总成包裹住的磁体互相作用产生磁场。电流的线圈产生引起电枢旋转的磁场。弗莱明的左手定则有助于确定力、电流和磁通的方向。三要素相互作用产生传动· 磁通量- 携带永磁体的电机外壳与铁芯或层叠薄铁片产生磁场，并形成一条通路。 · 电流-当电流适用于整个电机端子时，电流就会从端子的一个末端流到电刷、换向器然后到绕组，继而再回到换向器和电刷并从另外一个端子流出。 · 磁力-电流通过磁场，

3、产生电磁力使得轴转动。当导体旋转到另一极时，换向器改变电流的方向，使轴不停转动。这种连续的电流转向产生旋转力，这个产生的旋转力我们称之为转矩，一般在轴上测量得出。直流电机主要部件· 电机壳组件（定子） 1. 金属壳个用来容纳磁体和轴承并固定端盖的金属箱。它也使用磁体来控制磁力流以产生磁场。2. 轴承该组件支撑作为电驱总成一部分的传动轴，并为传动轴提供润滑以减少摩擦。3. 磁体永磁体是产生磁场的关键部分，磁场反过来产生转矩或使电机运转的力。4. 弹簧座该组件把磁体固定在外壳上。· 电枢组件（转子） 1. 换向器换向器通常使用换向器铜片，最近使用石墨。该组件与电刷的接触允许电流

4、流经电枢，它跟电刷进行旋转和滑动的接触来改变电流方向。2. 层叠薄铁片由冲压的金属薄片组成，称为叠片；层叠薄铁片有磁力绕组的线槽，可供电流流过。3. 电磁线电磁线在电枢中作为绕组使用。4. 传动轴传动轴即电机转速和转矩等电机机械功率特征被测量的地方。电机的目的就是为传动轴提供回转运动。· 端盖组件 1. 电刷支架该部件将电刷固定，并且从金属壳提供电绝缘。2. 端盖端盖是压印上去的金属部分，能将轴承固定，同时增强塑料电刷固定器。接头则突出在端盖上。3. 接头通常是一对，接头通常是电机的输入电源连接。4. 电刷电刷通常是由碳材料组成，当电枢组件回转时它跟换向器滑动接触使得电流从接头流向电

5、枢。5. 电刷叶片该组件能固定电刷并使电刷滑动，同时在适当压力下能与换向器相接触。交流电机理论串激电机串激电机是一种单相串联电机，既能使用交流电也能使用直流电，使用交流电时与使用直流电时的特性类似。串激电机的励磁绕组与电枢绕组相串联。串激电机的基本原理串激电机的电气设计领域是磁路、磁场和电枢绕组、换向器和电刷、绝缘和冷却系统。串激电机的换流过程串激电机性能特点罩极电机一个罩极电机是一种单相感应交流电机。由一个铜环组成的副绕组被称为罩极线圈。为了给转子提供磁场，这个线圈中的电流延迟了那部分磁极的磁通量。旋转的方向从无罩的一边到达屏蔽环。罩极电机的基本原理· 这种屏蔽线圈(屏蔽环)配置使

6、罩极的轴从主极的中心轴发生偏移。· 当电源接在定子上，磁极主要部分的磁通量作为变压器副绕组诱导罩极线圈产生电压。· 因为变压器副绕组的电流跟主绕组的电流存在相位差。· 罩极线圈的电流跟主励磁绕组的电流有相位差。· 因此，罩极的磁通量跟主极的磁通量有相位差。罩极电机的旋转磁场同步电机同步交流电机是恒速电机,并且他们跟供电频率同步运行。同步交流电机的速度由电极的对数决定，并且总是跟供电频率成比例。同步电机的基本原理· 定子配备了两个简单的线圈,可直接连到电源上。· 转子由两极磁化的圆柱状两极永久磁体组成。精密步进电机总览什么是步进电机步进

7、电机的运行方式不同于其他直流电动机，它在施加电压时只是旋转。一个旋转的步进电机是一种能够将一个完整旋转（360 °）分割成大量旋转步骤的机电设备。步进电机采用电子控制，不需要昂贵的反馈装置。线性步进电机与旋转电机相类似，而不象线性运动或纵向移动方式的轴。两种类型都有电磁线圈的两个绕组设置：单极和双极。单极意味着每个线圈端部有一个极性。使用了一个推荐的齐纳二极管以确保线圈在电源关闭后的快速电流衰减。这将增加电动机的转矩，尤其是在频率较高的时候。双极表明每一个线圈端部都具有两种极性。线圈在每个驱动循环中为阳性和阴性。由于充分利用了每个线圈，电机与单极线圈相比具有更高的转矩。一个双极驱动器

8、可以具有恒定电流驱动能力，称为斩波驱动器。这将在更高的频率时增加输出转矩，并能够降低温度和电源电压变化的影响。步进电机基础永磁或“锡罐”步进电机对于具有典型步进角7.5 ° - 15 °的定位应用是一种低成本的解决方案 。可以通过微步进获得更小的步进角。在施加电气控制脉冲时电机轴以明显的步进增量运动。所施加脉冲的电流极性和频率决定了轴的运动方向和速度。步进电机最明显的优势之一是能够在开环系统准确地对其进行控制。开环控制意味着不需要有关轴位置的反馈信息。这种控制方式无需使用昂贵的反馈装置，只需保持跟踪输入的步进脉冲。需要对运动进行控制时，步进电机是一个很好的选择。对于需要控制

9、旋转角度、速度、位置和同步的应用推荐使用同步电机。可以用制动、保持、牵入和牵出转矩的能力以及速度（rpm）和每转的步数（步进角）来描述一个步进电机。· 制动器转矩定义了在不造成电机转动的前提下对断电电机可施加的最大转矩。· 保持转矩定义在不造成电机转动的前提下对带电电机加载时可施加的最大转矩。· 牵入性能定义了电机启动或停止的能力。这指的是在不造成同步损失的前提下电机负载时能够瞬间启动或停止的最大频率 。· 牵出转矩定义了在不造成同步损失的前提下使用加速/减速斜坡时可容许的最大转矩。它定义了在不造成同步损失的前提下电机可以工作的最高频率。我们的旋转步进电

10、机可以和我们全系列的变速箱产品结合使用以增加转矩和减少速度。同步电机总览什么是同步电机同步电机是自然地以恒定速度运转的电机。它们与线频率同步运行，通常用于需要精确恒定速度的场合。同步电机是电动马达，由交流电源驱动，由两个基本部分组成：定子和转子。通常情况下，为保证正确的旋转方向，需要在电机的一个线圈连接一个电容器。（我们UDS型电机使用内部带有棘轮来确定方向的单线圈，不需要使用电容器）。外部固定定子含有铜绕线圈，输入交流电流产生旋转磁场。磁化转子连接到输出轴，并在定子的旋转磁场作用下产生转矩。电机的同步速度是由极对的数量决定的，与输入频率（线频率）的成对比关系。类似我们的步进电机，我们的同步电

11、机为旋转应用和线性应用都能够提供驱动解决方案。同步电机基础永磁（PM）同步电动机效率高，施加电压时可停止运转而且不会损坏电机绕组。这些电机的特点体现在同步速度、功耗、极对以及启动和运行转矩。· 同步速度的定义适用于负载下的转子达到一个稳定速度的时候，是由电机的极对数量和输入频率决定的。· 以瓦特表示的功耗 指的是电机空载条件下需要的能量。· 转子极对指的是转子包含的南北段数。· 启动转矩指的是电机从静止状态开始转动的所需转矩。· 运行转矩指的是电机能够生产并保持同步的所需转矩量。我们的旋转同步电机可以和我们全系列的齿轮变速箱产品结合使用以增加转

12、矩和减少速度。变速箱总览什么是齿轮变速箱齿轮变速箱通过机械利益来提高输出转矩并降低每分钟转速。电机的轴进入齿轮变速箱并通过一系列的内部传动装置提供转矩和速度的转换。我们提供各种尺寸和传动比的齿轮变速箱以满足不同的转矩要求。基本的设计是一个正齿轮变速箱，齿轮的材料为金属、塑料以及这两种材料的结合物。其特点是具有自由飞轮和滑动离合器。齿轮变速箱基础Saia电机齿轮变速箱的众多规格可满足各种转矩要求。比例范围从4 1/6到6.048.000。基本的设计是一个正齿轮变速箱，齿轮的材料为金属、塑料以及这两种材料的结合物。其特点是具有自由飞轮和滑动离合器。齿轮变速箱由电机转动，能量从输入轴流向输出轴。也就

13、是说，它们不能被输出轴（例如用手转动）进行驱动。这可能导致一些内部组件的损坏！旋转方向在多级传动的作用下，旋转方向可以是顺时针也可以是逆时针。齿轮变速箱电机的旋转方向通常会在变速箱输出轴指明（驱动侧，请参阅DIN EN60034-7，IEC 60050-411）传动比齿轮变速箱的传动比"i"或者时间"T"体现了其特性。传动比"i"是输入速度"ne"与输出速度"na"的比率。"T"是输出轴旋转一周所需的时间。在输出轴可容许的力"FA"和"FR&qu

14、ot;在输出轴可容许的力载荷：· 轴向载荷"FA"，沿轴的方向拉或推· 径向载荷"FR"横向作用在轴上。目录中所指的为距离轴承1厘米时的值齿轮变速箱的传动比"i"或者时间"T"体现了其特性。传动比"i"是输入速度"ne"与输出速度"na"的比率。"T"是输出轴旋转一周所需的时间。容许转矩齿轮变速箱的寿命取决于齿轮牙的负荷以及齿轮的转数。可容许的最大转矩"Mn"由齿轮变速箱末级的负载以及外壳的稳定性

15、所定义。部分齿轮变速箱有使用寿命曲线图。它显示了在一个固定的时间内，比如1000或10000小时，传动比"i"与相关转矩的关系。一个条件参数是与所有齿轮的总转数相对应的输入速度（等同于电机转速）。因此，我们在目录中显示了两条曲线，分别是每分钟250/300以及500/600转速的电机。例如：最大输出转矩Mx1在传动比为ix1是可容许的。随着传动比的减小，最大可容许转矩必须减少，否则变速箱的第一级将会发生过载。此外在使用寿命曲线图上还显示了电机转矩Mm乘以传动比再减去传动效率的值（结果为输出转矩Mi）。例1：电机1与传动比为ix1的变速箱结合使用将在A点产生输出转矩Mx1。变

16、速箱能够传送该转矩，符合其使用寿命。如果选中传动比i>ix1，实际转矩将是M> Mx1。但是不能保证使用寿命，因为现在的工作点位于使用寿命曲线之上。例2：电机1与传动比为ix2的变速箱。产生的转矩为Mx2。低于使用寿命曲线。传输可以毫无困难地延续更长的一段时间。例3：电机2与传动比为ix3的变速箱产生的转矩为Mn。当使用的传动比i>ix3 时， 变速箱的负载不能超过Mn。效率变速箱内的级数决定效率。如下图所示，高传动比i将使这一因素将到低于10。（UGO/ UGP，UGR，请参阅本章表格）Saia电机变速箱离合器UGA、UGB 以及UGD类型的变速箱 可以装自由飞轮或滑动离合

17、器。飞轮在锁定的方向传输最大的转矩M，相反方向的转矩<1 cNm。单向滑动离合器的动作方式相似，只是滑动转矩的值较高。双向滑动离合器在两个方向上只能传输比滑动转矩更低的有限转矩值。滑动离合器用于：在转矩过载时保护变速箱，或从负载侧转动以调整负载（注意：直接转动输出轴会损坏变速箱）。 滑动离合器单向 单向双向飞轮 是是否转矩顺时针全转矩< 转矩顺时针全转矩< 转矩顺时针全转矩逆时针转矩< 滑动转矩全转矩< 滑动转矩输出轴转动顺时针滑动可能阻碍性滑动可能顺时针滑动可能输出轴转动逆时针阻碍性滑动可能滑动可能滑动可能设计注意事项直流电机电源直流电池供应可能电子驱

18、动器需求无 转速控制精度低受负载转距影响空载转速的制造公差为+-10%速度控制电压 开环或闭环速度控制 闭环-高精度，但是需要传感器位置控制高效电机闭环位置控制和传感器需求过载/负载惯量高高启动转矩或负载扭矩峰值能够加大高负载惯量寿命低300到2000小时（根据电刷磨损程度决定）取决于当前的速度，电刷配置速度范围（每分钟转速）1000.25000空载转速效率60.80%最大效率的工况点功率VS尺寸高 绕组热保护需要如果过载（机动区截制）没有排除 -电流限制和热接触负荷（信号）传感简单电流随负荷上升停机允许无无或短时间（绕组过热)电磁感应法仪器严格地S抑制手段（电容/压敏电阻

19、）制动（保持）转矩低制动力矩 由短路线圈提高制动性德昌电机最大输出功率（瓦）  德昌电机直线电机无 JE 品牌 串激电机电源交流或直流   主要为交流，直接连接到电源电子驱动器需求无 转速控制精度低受负载转距影响  空载转速的制造公差为+-10%速度控制电压 开环速度控制位置控制高效电机闭环位置控制和传感器需求过载/负载惯量高非常高的启动转矩或负载扭矩峰值 能够加大高负载惯量寿命低300到2000小时（根据电刷磨损程度决定）取决于当前的速度，电刷配置速度范围（每分钟转速）1000050000空载转速效率6

20、080%  最大效率的工况点电源/电机规格高 绕组热保护需要如果过载（机动区截制）没有排除 -电流限制和热接触负荷（信号）传感简单电流随负荷上升停机允许无无或短时间（绕组过热)电磁干扰严格地抑制手段（电容/压敏电阻）制动（保持）转矩低无永磁体（励磁绕组替代）由短路线圈提高制动性德昌电机最大输出功率（瓦）  德昌直线电机无 JE 品牌 直流电机 (BLDC)供电电源直流电池供应可能电子驱动器需求是外部或内部电机转速控制精度低受负载转距影响空载转速的制造公差为+-10%速度控制电压  由脉宽调制控制驱动器输出电压 闭环

21、-使用集成霍尔传感器位置控制高效电机闭环位置控制和传感器需求霍尔传感器适用可能性过载/负载惯量高高启动转矩或负载扭矩峰值 能够加大高负载惯量寿命高仅受轴承限制取决于横向力和转速速度范围（每分钟转速）1000.25000空载转速效率60.80%  在最高效率的工况点功率vs尺寸高 绕组热防护需要如果过载（机动区截制）没有排除 - 驱动电路中的电流极限负荷（信号）传感简单电流随负荷上升停机允许无无或短时间（绕组过热)电磁感应法仪器不严格无刷；脉冲宽度调制电压可能导致电磁干扰制动/保持转矩低制动力矩 制动可通过线圈短路来改进德昌电机最大输出功率（瓦）80大约，持续负载循

22、环德昌电机直线电机无 JE 品牌 同步电机电源交流 电子驱动器需求无 转速控制精度高不受负载转矩影响  不需要闭环速度控制转速控制无不可能电源供电频率确定速度位置控制无不可能仅靠限位开关 过载/负载惯量低只有小的峰值负载扭矩储备 不能加速高惯性寿命高由轴承限制依靠横向力速度范围（每分钟转速）2503600取决于极数和电源频率效率1545% 功率VS尺寸低高于2极电机绕组热保护不需要电感保护 （如果绕组针对100%负载循环设计）负荷（信号）传感困难荷载对电流影响不大停机允许是如果绕组针对持续负载循环设计电磁干扰不严格无刷制动（保持）转矩低制动力矩（当电源关闭）德昌电机的最大输出功率（瓦）14大约，短时间S2负载循环德昌电机直线电机