微电机常见问题分析Word文档格式.docx

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325×

D2π÷

4=5700÷

325×

0.132π÷

4

当试验过程中，转速偏差较大时（如与待求值差2000rpm），

圈数修改同时线径亦要求修改。

（避免槽满率高）

五、碳精的确定（碳精又名：

电刷、碳素、碳刷、碳精）：

碳精主要成份有铜与石墨。

石墨优点：

润滑性好、耐磨、耐温、熔点在3000℃以上

选碳精受约束的因素有：

1．电压2．寿命3．声音4．转速

1．6V以下电压：

碳精使用70%-----80%

4.8V以下电压：

碳精一般用80%

2V以下电压：

一般用含银碳刷

金属刷一般使用于280以上马达及音响马达，3V电压或

3VRPM10000以下的马达

金属刷的成份有：

磷铜、铍铜、贵金属（如：

钯、铑、银）

金属刷的优点：

导电性好（接触电阻小，则马达压降小）

一般碳刷马达12V测试时接触电阻其压降为0.6V

而金属刷接触电阻其压降几乎为0

因一般马达有起动电压，再加上压降，所以当2V测试或1.5V测

试马达用碳刷则不能起动马达，而金属刷则行。

马达简易图：

线圈

IR

2

R碳刷接触电阻

I2R碳刷与换向器接

触时，其能量损耗

V电压

6V-----12V电压

12V-----36V电压

1．寿命

1．含铜量高，则马达寿命短。

这是因为碳精的主要成份是铜和石

墨，铜含量高，则石墨含量相应减少，故耐磨性差。

2．含铜量高，硬度大，则换向器易磨损。

3．含铜量高，导电性好，但火花大。

马达换向器有火花（即通常称为电弧），火花中心温度很高，若换

向器沟槽被烧黑，此时温度一定在1600℃以上，因铜的熔点为

1600℃。

4．含铜量高，声音差（摩擦系数大，硬度大）

六、铁壳

铁壳的选取主要在于磁石。

磁石分：

等方性（弱磁）

（铁氧体）异方性（强磁）

大。

）

碳精用40%---60%3#50%

RPM8000以下用60---70%

碳精用30%---50%

5#

60%

（又分

干压：

密度小；

湿压：

密度

按材料分：

1．橡胶磁．２．铁氧体磁．３．铝铁硼．4．铝镍钴．

橡胶磁石：

优点：

１．易成形，可以装成很多形状．

２．做成环型，Ｋ特性好等．

３．不易破碎．

４．可以做得很薄．

缺点：

１．磁力较弱（密度低，有许多非磁性材料―――橡胶）．

２．易老化，耐温低（６０℃以下环境下工作）．

３．成本较高．

铁氧体（生产中用的）：

优点：

１．耐温高（５５０℃）缺点：

１．易破裂．

２．磁性能提高有限．２．价格低．

３．体积大，重量大３．磁性能稳定

且较高．

铝镍钴

１．磁性高，稳定（远高于铁氧体）

２．耐高温（５００℃以上）

１．价格昂贵（钴是国家战略物质）

铝铁硼

磁性高，稳定．

１．生产成本高，

湿压性能高于干压。

用模具直接将粉沫压挤而成，其粉沫集合密度小，粉沫中有气隙。

将粉沫溶于水，再用模具将粉沫压挤而成（水将粉沫中间空气压

走），其密度大。

1．使用弱磁的好处：

Ｋ特性低，马达转矩脉动性好．

弱磁适用于低电压高转速马达。

例：

同为3.6V测试时，弱磁与强弱线径与圈数的差别：

3.6V7516（550）弱磁R1R2

3.6V8018（1150）强磁R11R21

使用强磁时，线径与圈数则改变，则线圈电阻\碳刷与换向器接触时的

电阻增大。

使用弱磁，则可减少碳刷与换向器接触的电阻，即压降减少，则减少

损耗。

压降减少

R１

R２

Ｖ

3.6V3.6V

='

'

R+R2R+R2

1

七、K特性：

其单位是（g-cm）亦名扭力，即转动马达轴的阻力就是K特性。

K特性大，磁场阻力大，马达空载运转时，机械阻力、空气阻力，铁芯

损耗（涡流）大，则空载电流大，故RS-545PA-20135（滚珠），电流大，

将磁石改为干压。

K特性小，则与上相反。

磁石充磁后有一定的磁通量。

磁通量：

磁场通过一定面积的磁力线多少。

干压磁石磁形分布呈正弦波

湿压磁石磁形分布呈方形波

弱磁，磁形分布呈正弦波，更明显：

如下图：

正弦波

方形波

正弦波更明显

干压磁场

K特性小（扭力小）

K特性更小（扭力更小）

湿压磁场

弱磁磁场

K特性大（扭力大）

K特性大：

则电流大，起动电压高，转动脉动性很大（当电压很低时测

试，脉动弹跳性较大），扭力大。

K特性小：

则电流小，起动电压低，转动平缓，扭力小。

K特性大小除与磁石有关外，同时与转子槽数、槽宽也有关系。

转子槽宽，磁石吸力小，转动脉动性大，扭力大。

转子槽数越多，则槽宽均衡，转动平缓，扭力小。

K特性大小与磁石有关，而相关磁石与不同充磁方式充磁会有不同磁场

产生

充磁方式有：

1．内充

示如下：

铁壳

磁头与铁壳

磁座

2．外充

外充又分塞口充磁和隧道充磁，图

磁

头

内充

外充中的塞口充磁

外充中的隧道

充磁

铁壳与磁头

内充好处：

1．磁力大。

2．弧形发射磁场，最适合

电机适用。

3．两个马达之间磁场吸力

小（因是内充，磁场最

强部位在磁石内R面）。

内充坏处：

1．易爆充磁头（不易散热，绕线充磁头线径小，电阻大，易发热）。

2．结构变化少（不适应各种马达要求的需要）。

外充好处：

1．散热好，2。

线径粗，3。

结构变化多

下面介绍外充中塞口充磁的三种情况（各种充磁方式，磁场始终是平行

发射的）。

1．圆形充磁头，磁座两旁未加铁芯护磁，这种充磁方式，磁通量大，

扭力大，磁场分布呈方形波，

K特性大。

此时呈方形波

磁通量大

2．扁形充磁头，磁座两旁未加铁芯护磁，这种充磁方式，磁通量小，

扭力小，磁场分布呈正弦波，

K特性也小。

此时呈正弦波

磁通量小

3．扁形充磁头，且磁座两旁加有铁芯护磁，这种充磁方式，磁通量更

小，扭力更小，磁场分布正弦波更明显，K特性也更小。

隧道充磁，如图：

铁壳磁头

隧道充磁磁座线圈

S

N

隧道充磁变化部位仅于充磁口的大小，并且发射磁场部位无变化，不充磁口发射磁场部位无变化

适用各种马达性能的要求。

从以上几种充磁方式简介可看出，适用范围较广的充磁方式是外充中

的塞口充磁。

马达K特性与共振：

540马达RPM在17000左右时，有共振。

共振：

即转子脉动频率与K特性一致时，则产生共振。

要消除共振，则需要改变转子脉动频率，以下几种方式可消除共振：

1．

以充磁方式消除共振：

有共振时，充正弦波，即采用外充中塞口充磁

的第2与第3的方式。

K特性与充磁的关系：

2．

当要求扭力大的，充方波，用塞口充磁的第1种或内充。

当要求电流小，起动电压低，充正弦波，并且磁石尽量用干压磁石。

磁场不饱和度影响磁场分布（即磁场波形）

下面分别介绍饱和与不饱和两种状态：

1．饱和状态：

当电压达到一定程度时，磁石达到饱和状态，若电压继续调

高，磁通量虽有增加，但趋于平缓，如下图1：

饱

和

度

饱和状态

电压

不

图1当电压过高时，会将磁石充破。

图2

磁石材料

不良时，也会造成曲线分布不良

2．不饱和状态：

当磁石处于不饱和状态时，磁形分布紊乱，测试转速时，

转速显示跳跃，即显示不同转速值，无法分辩真伪。

如上图2：

充磁电压的确定，取决于两个因素：

磁场的需要

磁石本身的特性。

磁石本身的特性是矫顽力。

矫顽力定义：

充磁饱和，再将磁力全部退出时的力。

矫顽力大小：

铝镍钴＞铝铁硼＞铁氧体＞橡胶等

矫顽力大的缺点：

磁力难退。

2。

同时难充磁。

3。

对内充磁头限度大（因内充

磁头结构变化少）。

矫顽力大的优点：

（即对马达的好处）

可频繁起动，却不易退磁，如：

摩托车马达。

正反转马达（频繁运转），不易产生退磁。

矫顽力小的优缺点：

易充磁且易退磁。

每一个磁石都是一个负温度系数，即温度每升高1℃时，则高斯下降1.8%,

负温度系数为1.8%。

如中心高斯为1000GS的马达，开始运转时温度为20℃，20小时后马达

温度为70℃，求70℃时中心点高斯变化量？

充磁磁性变化=1.8×

1.8÷

1000×

100×

＜70℃--20℃＞=16.5GS

即70℃中心高斯变化16.5GS。

八、护磁片

护磁片的作用：

1．降低磁阻

2．屏蔽磁场

为什么降低磁阻：

因为它加强了磁力线，但前提条件是铁壳需导磁，如

下图所示：

磁力线

磁石

护磁片

铁壳厚

磁阻

一般规定：

护磁片厚，5#

1.0或0.6mm,3#0.6mm

为什么护磁片并非越厚越好？

因护磁片达到一定厚度后，特性改变几

乎没有变化或变化甚微，故从经济角度来讲，护磁片最厚取1.0mm，

而非1.1---1.5mm。

九、压敏电阻：

（又称：

变阻器、银圈）

为什么又称为变阻器：

因为两极的电阻随电流改变而改变，且变化

很大，故称变阻器，如下图：

I

10mA

压敏电阻I/V线

1mA

V

正常电阻

图中斜率就是电阻R=V/I

从图中可看出，压敏电阻的电流从1mA升

为10mA时，其电压变化并不大，故压敏电阻

有一个作用是：

稳压（即：

电流变化很多时，

电压变化少）。

压敏电阻的电流与电压之间变化是非线性

特性。

如左图

电容与电阻的区别：

电容：

吸收高频频率。

电阻：

稳压。

脉冲

马达测试常见波形，如左图：

（每极换向都有一个脉冲）

有压敏电阻的马达要求：

1．产品过EMC（抗干扰）。

2．产品上有控制电路板（如遥控板）。

＜控制电路板属弱电，弱电

电子元件的功率及其电压都需很小，如电容456V，其电容电压只

有63V，电容也有正负极电路，若反向电路，则会烧坏控制电路

＞

3．提高马达寿命（因压敏电阻可抑制马达火花）。

为什么所有做音响的马达一定有压敏电阻？

1．因音响马达最怕干扰，而高级音响接收效果弱，一般接插件用

黄金材料（因黄金导电性好）

2．音响马达要求转动平稳，差异小，一般用金属刷，其弱点是寿

命短，故用压敏电阻抑制火花增强寿命。

金属刷换极平稳，碳刷换极脉冲大，如图所示：

金属刷换极平稳（因金属刷柔软）

大火花大

压敏电阻的成分：

陶瓷（半导体）

碳刷换极脉冲

使用压敏电阻时应注意哪些问题，以及如何选用？

压敏电阻怕哪些问题？

1．温度：

因所有半导体都怕温度，而压敏电阻主要成分是陶瓷，

属半导体，其最高承受温度是350℃，一般要求：

350℃时，焊

锡时间不得超过3秒，若温度高，时间长，易造成漏电流大，

此时马达特性状况是：

回转不变，但电流大。

第二，温度高，

易造成压敏电阻裂开，故使用前应预热，温度一般为20℃

---90℃，最高不得超过110℃，因超过110℃时整个压敏电阻

性能会发生变化。

2．电压不对：

如电压过低（1。

起不了

抗干扰的作用。

会将其本身冲破。

如10V的电阻长时间用20V冲击会冲

破，如右图）

3．怕冲击。

20V

10V

4．怕漏电流（大）因漏电流大，：

则马达电流大，3170与15245如

机种。

如何选用压敏电阻：

压敏电阻有几个数据值E1、E10、α：

E1：

通过1mA电流时，压敏电阻的电压值。

E10、：

通过10mA电流时，压敏电阻的电压值。

α：

非线性系数，其系数公式：

一般选用E10值，其公式为：

E10值=V（马达测试电压）×

1.5（左右）

如马达测试电压为12V，则E10=12×

1.5=18V

十、轴承

轴承有两大类：

滚珠轴承与含油轴承（又名滑动轴承）。

含油轴承又分直杯士与球杯士两种。

为什么滚珠轴承比滑动轴承好？

因滚动摩擦系数比滑动摩擦系数小很多倍。

但滚珠轴承为什么不常用？

外圈

1．不经济（贵）。

2．装配工艺复杂。

3．其外径与内径都是基准，外圈与内圈不能受力（不能

碰撞）。

外圈：

轴承与杯士座内缘接触。

内圈：

轴承与轴缘接触。

滚珠轴承的优点：

1．高寿命。

2．低噪音。

内圈

滚珠

球杯士轴承

直杯士轴承

滑动轴承的优点：

1。

廉价。

2．便于加工。

3．不怕挤压，形状多样复杂

从马达运转角度，油膜形成状况，加以辩别：

滑动轴承中，球与直的优缺点：

球杯士：

产生油膜好，（轴运转时，油往外冒，从而形成油膜，同时将轴浮

在轴承孔中间）

直杯士：

轴承孔径小时，轴与轴承转动间隙小易卡，不易形成油膜。

轴承孔

径大时，轴与轴承转动间隙大，油填充不够，油膜压力不够，则轴

浮不起来。

直杯士的最大缺点：

平整度难控制。

直杯士与球杯士的区别：

控制项目

平整度

保持力

产生油膜

耐冲击力

声音

孔径

球杯士

倾斜可调节

易拨出

形成油膜好

耐冲击力小

好

易控制

直杯士

倾斜不可调节

不易拨出

不易形成油膜

耐冲击力强

差

不易

经济

加工精度高（贵）

加工容易（便宜）

轴承油一般是液态油，而马达一般加油用脂类油，脂类油具有抗挥发性，

马达加脂类油有两个好处：

1．防止油流失。

2．防止油挥发。

滑动轴承的缺点：

1．寿命低。

2．粉沫冶金中间有气隙，密度小，密度以

Kg计算，是5.5—6.8/cm3,而滚珠轴承的主要成份是钢材,钢材的密度是

7.8/cm3。

（故冶金粉沫不耐磨）

轴承的原料成份有：

YBF

铁铜基

BCF

铜基

铁基

黄色

（纯）铁

黄红色

青铜主要是铁青铜

寿命最低

声音最差

寿命最长

绿色

黄铜

主要是铁黄铜

马达声音兼于

铁基与铜基之间

声音最好

黑色

以上三种轴承声音方面的比较，是以“不考虑油与添加剂”为

前提条件。

轴承添加剂的成份有：

1．铅（润滑油性）。

2．加石墨（但添加剂不能加太多，否则易出黑水）

3．镆（耐温耐磨），如MOS2二硫化镆

十一、电刷分金属刷与碳刷，在不同条件下，其区别如下：

缓；

声，

金属刷

声音好，材质柔软，换极过渡平

碳刷

声音差（撞击

金属刷压力与接触电阻一致；

寿命开始与结束磨损程度一致。

转速与扭

矩

寿命

干扰

导电性

工艺

耐压程度

十二、电机槽数

槽数有3P、5P、12P，在不同条件下区别如下：

力矩

3P线径大，）

测试电压低，一般15V以上考虑

用5P，

15V以下考虑用3P，80V以上用

5P以上。

成本

效率

火花

转矩脉动性差

制造成本低，工艺简单，效率高

有利于效率

3P压差大，火花大

3P

力矩大（因槽满率大，且同转速

小

5P

寿命短

火花小、电磁干扰小

脉动性小

火花爆的

声音）

脉动性大

寿命长

火花大、电磁干扰

大

复杂

耐磨小、电流小

简单

高

12P

更

成本高

不利于效率

5P压差小，火花小

转矩脉动性好

声音与振

不利于声音与振动

动

共振

有一定转速的共振

寿命短：

1．火花大，电蚀大，换

向电压跨越大，则电

流大。

2．振动时对轴，对轴承表

面的侧压大，轴承磨损

快。

有利于（低噪音尽

量用5P）

无

寿命长（如08320

机种，寿命一般在

1000小时以上）

十三、马达损耗：

1．磁损（磁场损耗）。

2．铁损（铁芯损耗）。

转

速

时间

寿命走向

3．机械损耗（马达运转损耗）。

。

4．铜损（碳刷与换向器接触，其接触电阻的能量损耗为I2R）

3P可绕线径较粗的，它可减少以上第四种的损耗，即：

有利于效率。

十四、与马达相关的特性：

1．转矩：

字母代替：

T（又名扭力），单位是g-cm

ｎ（盎司英寸）

换算单位：

1mN-m=100g-cm

2．功率：

W

3．效率：

η

4．EC值：

ke

5．电流：

单位是A（安培）

单位是w（瓦特）

单位是V（伏特）

1OZ-iｎ=72g-cm

mN-m

OZ-i

6．电压：

V单位是V（伏特）

7．转速：

8．电阻：

R

9．电感：

L

10

单位是rpm

单位是Ω（欧姆）

单位是H（享特）

扭力常数：

Kt

11．马达常数：

Km

12．破坏系数：

Kd

十五、马达的物理特性：

1．声音。

振动。

3。

介电强度。

4。

绝缘阻抗。

5。

转向。

十六、马达的几种状态：

1．空载。

2．负载。

3．起动。

4．堵转。

在马达作业中，电机在特定状态下，负载是最重要的，即马达使用时

的转速。

马达负载有最高效率点与最大输出功率点，这两个特定的状态点。

下面针对马达的各个特性遂一介绍。

十七、转矩：

一、转矩的几种状态：

起动转矩：

字母代替Tstup

它指的是马达通电起动瞬间的扭

力。

堵转转矩：

字母代替Ts它指的是马达通电运转将马达堵死后

的扭力。

起动转矩与堵转转矩在马达运转中，其扭力3600每一个位置都不一

样，其转矩具有脉动性。

起动转矩是3600中取最小值

Tstup≠Ts

0堵转转矩是360中取平均值

即：

起动转矩与堵转转矩并不相等。

（后面将对转矩的脉动性进行详细介绍）

转脉矩动

3．工作时的转矩：

Tc

4．最高效率点的转矩：

Tη

最高效率点

电流

输出功率

5．最大输出功率时的转矩：

Tm

二、转矩的脉动性与哪些有关：

磁石的成份：

磁石的形状与角度。

磁石的形状有环型志瓦片型，而瓦片型的角度有1100与1350

在马达中，使用环型磁石是最理想的，优点1，不易摔破。

优点2，瓦片型磁石角度1100的脉动性比1350大。

环型橡胶磁石

1100脉动性比1350大

1350磁石角度

3．磁石的强度：

磁石强度对马达特性好的基本分析是：

弱磁R＞胶磁＞干压异方性＞湿压异方性

环型＞瓦型

4．与转子槽数有关（一般2极3槽脉动性有6个波峰）

转子3槽配瓦型（两极磁石）有6个波峰。

2极3槽6个波峰，4极3槽12个波峰，依次类推。

5．与马达K特性有关。

6个波

三、堵转转矩计算公式：

Ts=（Is–

Ts：

堵转电流

I0）×

∝×

I0：

空载电流

Ec

∝：

扭力常数

Ec：

Ec值

扭力常数K=△t扭力/△I电流

四、转矩越大的马达起动性差

1．α是转矩与转速之间的斜率，

转

即为扭力常数K=△t/△I速

2．空载时转速决定于电压与线圈。

空载时堵转转矩决定于电压与线径。

Ec值决定于磁石与圈数，而电流大小，

则与线径有关，线径大，电流小，故在转速

与电压不变状况下，增大转矩，则可增

大线径，但前提是槽满率不能过大。

N0空载

Ts堵转转矩

g-cm

￣￣

在RPM

V等不变情况下，槽满率越高，转矩越大。

堵转转矩Ts与堵转电流Is是马达特性计算中重要的两个参数。

十八、功率

功率一般指的是最高效率点输出的功率。

最高效率

输出功率：

字母代替，W0

输入功率：

字母代替，WI

最高功率：

字母代替，Wη

堵转状态下：

WI最大W0=0

起动状态下：

WI最小W0=0

马达中重要的是输出功率。

输出

功率

如何提高马达的输出功率：

减小损耗。

增大输入（最好办法）

12V测试16A电流，此时扭力不够，提高扭力改用24V测试，

此时电流为10A。

十九、效率：

η=输出功率W0÷

输入功率WI×

100%=｛WI

＋Pm＋Pc）｝÷

WI×

1．马达有几种损耗导致效率下降：

铜

铁

损PCU

损PFe

电刷臂

芯片

机械摩擦

它包括碳精摩擦损耗、马达转动气流损

漆包线

端子等

－CU＋PFe（P

机械损耗Pm

杂散损耗PS