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断断续续拆改,研究原理,今得空整理一下,高人勿喷哈。
本文分为三部分:
一、拆一个坏的车载吸尘器RT-8822
二、小有刷电机原理
三、5槽有刷电机原理
一、一个坏的车载吸尘器的另类新生
这是同事的一个小吸尘器,因为有味道,拿来看看。
是徕本(HELLOLEIBOO)车载吸尘器RT-8822,网上的宣传如下
拿来的是光光的机头
有明显的过热的味道,试了几下后干脆不工作了,拆吧。
电机电池一目了然
拆下电池先
风叶是金属的
电机是7.4V的
拆开电机,碳刷磨损不大,线烧了
手柄尾部的充电电路板
主要元件
U1的丝印是AL773,没有查到资料,从电路看应该是升压电路,类似的如PW5300A
U2的丝印是HC322A,也没有查到资料,只找到一点说明
TYPE口加电后,接电池的端口输出电压是9V。
这部分的电路如下:
按PW5300A提供的参数,改了升压电压,将R2由原来的69.8K改为76.8K,升压输出变为8.3V。
电池是2000mA的18650两串
两串保护板
电路如下:
由于电机坏了,同事不要了,出于废物再利用,加了个灯头,改成手电了
充电正常
充电及锂电池保护电路PDF如下,请自觉避坑。
二、有刷电机的基本原理
(一)实物了解
平时我们看到的直流电机的转子是多层带槽的薄铁板(硅钢板),在铁芯槽(切槽)中绕有线圈。
转子能够从任何角度进行旋转的最少的槽数为3,这是模型用电机常用的结构。
直流电机的结构如下:
来看一个小电机的实物
内部情况
电刷,这个是坏了一个电刷
全部拆开
定子内部
转子,换向环磨损情况
每组线圈是逆时针绕的
电刷
简单修复,用于测试,不能长时间使用的
电刷与换向环接触情况
加5V的电,电流100mA
(二)原理
先看一下电机的剖面图,各线圈都是逆时针绕的。
当在电刷两边加上直流电后
换向环1处为正极,2处为负极,A线圈逆时针绕向,电流在外端产生N极;
线圈C和B是通过换向环3处串联的,反向的电流在C和B的外端产生S极;
这时,与定子的N极、S极产生相互的斥吸力,使用转子产生逆时针方向的力。
当转子转过一定的角度(30度)后,正极电刷处在换向环的1和3之间,此时线圈C是短路状态,线圈A通过换向环1和2通正向的电流,在外端产生N极;
线较B通过换向环3和2能反向的电流,在外端产生S极;
S极产生相互的斥吸力,使用转子产生逆时针方向的力。
转子再转过一定角度(60度)后
换向环3处为正极,2处为负极,线圈B通过反向电流在外端产生S极;
线圈C和A是通过换向环1处串联的,正向的电流在C和A的外端产生N极;
与定子的N极、S极产生相互的斥吸力,使用转子产生逆时针方向的力。
当转子转(90度)到负极电刷处在换向环的1和2之间,此时线圈A是短路状态,线圈C通过换向环3和1通正向的电流,在外端产生N极;
线较B通过换向环3和2能反向的电流,在外端产生S极;
S极产生相互的斥吸力,使用转子产生逆时针方向的力。
当转子过120度后又回到加电之初的状态:
换向环3处为正极,1处为负极,线圈C通正向电流在外端产生N极;
线圈B和A是通过换向环2处串联,反向的电流在B和A的外端产生S极;
与定子的N极、S极产生相互的斥吸力,使用转子产生逆时针方向的力。
转子以120度为一个小周期不断循环产生变化的N极和S极,最终旋转起来:
从上面的动图中可以看到:
在定子的两个永磁体缝隙方向,转子产生的磁极的极性是不变的;
在定子的两个永磁体中间方向,转子产生的磁极的极性是变化的。
电刷与永磁体的位置是:
两片永磁体的中心面与两个电刷的中心面在同一个平面上。
(三)实验了解
利用转子做一个电机模型
用两根铜线当做电刷
用单个永磁试试,可以转起来。
改变电刷的正负极性,转子改变旋转方向。
逆时针
顺时针
转子通电后,产生磁场
通电后,转子在两个永磁体缝隙方向产生的磁场的极性是不变的。
通电后,转子在两个永磁体中间方向产生的磁场的极性是变化的。
接下来看看改变永磁极性的情况:
先将永磁S极放在电刷正极方向
通电后的旋转方向如下
再将永磁N极放在电刷正极方向
通电后的旋转方向如下,
使用两片磁极相反的永磁,更容易启动,旋转速度也快。
后来从实物拆解了解到:
电机的电刷电加极性与电机内部永磁的极性关系如下:
电刷的正极在永磁S极方向;
电刷的负极在永磁N极方向。
电机的转向:
面对电机后端(有电刷的端盖),转子是顺时针旋转;
而对电机前壳(无电刷端),转子是逆时针旋转的。
三、5槽有刷电机原理
前面讲了转子能够从任何角度进行旋转的最小线槽数为3,
槽数少的话,不同旋转位置会发生扭矩差。
线槽和线圈的数量越多,则扭矩的偏移(变动)会越小,旋转更顺畅。
所以,高级电机中会增加槽数,配置较多的线圈。
槽数多的电机,会将线圈绕成交叉形状。这种线圈缠绕方法称为叠绕组。
而在相邻的槽之间缠绕线圈的方法称为集中式绕组,多用于步进电机及无刷直流电机。
(一)拆坏电机,发现烧坏原因
来看看这个坏的电机,全家福如下:
换向环的情况,有积碳
线圈的情况
尾部使用的是含油轴承
转子上有动平衡校正的开槽
后盖的情况
碳刷有磨损,所以换向环上有积碳,接触电阻大了
塑料拖架上有因碳刷弹簧过热而融化的痕迹,使碳刷弹簧卡在融化后的槽内,不能使碳刷与换向环紧密接触,进一步加重发热,最终电机烧毁。
碳刷表而情况
碳刷的宽度基本与换向环上一个触片的宽度差不多,
从转子结构可以看出,这是一个5槽的小电机,其结构如下:
(二)重新绕线圈,探究原理
先打磨一下换向环,然后准备拆下烧坏的漆包线
原来使用的是0.4线径的漆包线
拆了两组后,逆时针8圈为一组,跨1槽。
全部拆完
每组线圈的长度做个记录,这就是为什么在换向环对应的4、5处做动平衡开槽。
拆完后的记录
当时有多热,转子上的绝缘漆都烧了
由于没有0.4的线,只好用0.2的线双线并绕试试。
每绕组逆时针12圈,绕好两组后,
全部绕好,
新绕组情况记录
各绕组情况,手工乱绕的
加电测试情况
数据丢给AI算一下新老对比:
新绕的只是做测试,不能正式使用的。
(三)5槽电机的原理
通过新绕线圈,做出转子绕组模型,换向环上有5个弧形触片;a到e是5个逆时针绕组;A到E是转子上4个方向的硅钢片极。
绕组与换向环上的接结如下:
转子展开图中
当电刷加电后,绕组的电流方向,图中可以看到,来换向环的电流被绕组线圈组分成两个方向。
下图可以明显看出来
在对应是硅钢片的磁极上会产生不同的磁场极
电流与磁极的对应关系
当电刷电一定的电压后,转子在不同角度对应产生的磁极:
由于是5槽,每过72度与0度是一样的磁极分布:
下面是电机的模型:
当电刷通电后(0度时)转子产生的磁极与永磁的斥吸力:
转子在磁力的作用下旋转一定的角度(18度)后,转子产生的磁极与永磁的斥吸力的位置是不变的。
在磁力的作用下,转子继续转动(到36度时),
继续转动(54度时),
当转子转动72度时,与转子在0度时的磁极分布是一样的。
直流电机就是利用这种构造,线圈随转子旋转,依次进行切换电流,从而改变每个磁极所产生的磁极,使其与永磁的斥吸一直进行。
从动图中可以看出,在两片永磁的平行面上(磁缝中),转子产生的磁极极性是不变的。
如果改变电刷的正负极性,转子将改变旋转方向。
决定转子旋转方向的因素:
1、转子上线圈的(顺逆)绕向;
2、定子上永磁的磁极(N极S极)位置;
3、电刷上电压的(正负)极性。
三者共同决定转了的(顺逆)旋转方向。
一般,电机在设计时已经规定了线圈绕向和永磁极性,
用户可通过改变接线端的正负极来改变电机的转向。
但,从电机结构上看,电机安全运行的旋转方向,
厂家会标注好接线端子的正负极性。
今天是是公历年中的第101天(闰年的第102天),离全年结束还有264天。
祝各位天天快乐!
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