李業(yè)新

獨(dú)特的無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，讓空心杯電機(jī)的調(diào)速原理異于傳統(tǒng)電機(jī)。不過(guò)與普通有鐵芯電機(jī)一樣，空心杯電機(jī)同樣要定期檢修和維護(hù)。本期整理了一些空心杯電機(jī)使用維護(hù)方面的小技巧，供模友們參考。

六、空心杯電機(jī)的調(diào)速原理

空心杯電機(jī)由類(lèi)似普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器組成。鼠籠式電動(dòng)機(jī)，指的是轉(zhuǎn)子繞組不是由絕緣導(dǎo)線繞制而成，而是取鋁條或銅條，經(jīng)短路環(huán)焊接或鑄造而成的三相異步電動(dòng)機(jī)。電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速環(huán)由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，為主動(dòng)部分；磁極上裝有勵(lì)磁繞組，為從動(dòng)部分。被拖動(dòng)的調(diào)速機(jī)構(gòu)連接在從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)軸上，勵(lì)磁繞組的引線接于滑環(huán)上，通過(guò)電刷與晶閘管控制裝置相接。當(dāng)勵(lì)磁繞組通入電流時(shí)，產(chǎn)生的磁通經(jīng)氣隙進(jìn)入電樞。若感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，則電樞鐵芯就會(huì)切割磁力線。

將普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)和電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器相結(jié)合，調(diào)速時(shí)鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終接近額定轉(zhuǎn)速，并拖動(dòng)電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器的主動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器內(nèi)，主動(dòng)轉(zhuǎn)子通過(guò)直流磁通與從動(dòng)轉(zhuǎn)子聯(lián)系，帶動(dòng)從動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。若改變離合器內(nèi)直流磁通的大小，便可平滑地調(diào)整從動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。因此空心杯電機(jī)調(diào)速的關(guān)鍵，在于電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器。

空心杯電機(jī)調(diào)速原理如右圖所示：離合器主動(dòng)轉(zhuǎn)子1與電動(dòng)機(jī)5之間為剛性連接。主動(dòng)轉(zhuǎn)子（電樞）是一個(gè)鋼制的杯狀圓筒，從動(dòng)轉(zhuǎn)子（爪極）由爪狀磁極7固定在從動(dòng)軸上，二者間有氣隙。爪極中部繞有勵(lì)磁線圈4，由直流電源供電勵(lì)磁。鐵芯兩端成爪狀交叉，形成N極、S極交替的爪極結(jié)構(gòu)。磁路為N爪極-氣隙-電樞-氣隙-S爪極-從動(dòng)轉(zhuǎn)子-N爪極。電動(dòng)機(jī)帶著主動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞切割爪極磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流。此渦流與爪極磁場(chǎng)作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使從動(dòng)轉(zhuǎn)子隨主動(dòng)轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)。其中從動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于主動(dòng)轉(zhuǎn)子，二者間存在轉(zhuǎn)差。勵(lì)磁電流越大，聯(lián)系主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子的磁通越強(qiáng)、轉(zhuǎn)差越小、離合器輸出轉(zhuǎn)速越高。

普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速效果的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、調(diào)速平滑性好；缺點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩靠電樞內(nèi)渦流傳遞，渦流損耗較大、調(diào)速效率較低。

七、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及電機(jī)安裝的注意事項(xiàng)

空心杯電機(jī)屬于直流有刷電機(jī)，外形小巧，除了小級(jí)別穿越機(jī)，更多被用在手機(jī)上。在設(shè)計(jì)和安裝中，有一些需要注意的事項(xiàng)。

1.由于在標(biāo)稱(chēng)的額定電壓下工作時(shí)，電機(jī)的綜合性能最優(yōu)，因此在做電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量讓飛行器的工作電壓接近額定電壓，而不要大大超出。

2.設(shè)計(jì)電機(jī)供電控制模塊時(shí)，要考慮使其輸出阻抗盡量小，防止有負(fù)載時(shí)因輸出電壓大幅度下降，電機(jī)震動(dòng)變大。

3.針對(duì)柱式空心杯電機(jī)，在檢驗(yàn)或測(cè)試堵轉(zhuǎn)電流時(shí)，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以小于5秒為宜。原因是堵轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，幾乎所有的輸入功率都會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能（計(jì)算公式為P=I2R）。一旦時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致電機(jī)線圈溫度偏高，繼而發(fā)生變形、影響整體性能。

4.有些空心杯電機(jī)需帶安裝支架。故在設(shè)計(jì)定位卡槽時(shí)，一是注意不要讓電機(jī)與產(chǎn)品外殼間空隙過(guò)大；二是考慮用橡膠套連接電機(jī)和定位卡槽，且二者采用過(guò)盈配合。這兩點(diǎn)，都是為了盡量減小整體產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的附加震動(dòng)（機(jī)械噪聲），保證電機(jī)正常工作。

5.由于磁鋼元件的好壞，會(huì)大大影響空心杯電機(jī)的性能，因此在安裝時(shí)絕不能讓它靠近強(qiáng)磁區(qū)。

6.空心杯電機(jī)的電線絕緣皮不耐焊接，安裝時(shí)需特別注意焊接溫度和時(shí)間。推薦控制在320℃左右、持續(xù)1 - 2秒。

7.不管是從包裝盒中取出空心杯電機(jī)，還是在焊接過(guò)程中，都要避免用力拉扯或多次大角度彎折電機(jī)引線。

八、給空心杯電機(jī)排障

望、聞、問(wèn)、切，是中醫(yī)診斷疾病的4種常用方法。維護(hù)空心杯電機(jī)產(chǎn)品時(shí)，同樣有4種方法，分別是看、聽(tīng)、聞、摸。如果能夠熟練掌握這些技巧，就能及時(shí)預(yù)防、發(fā)現(xiàn)、排除故障，保證電機(jī)的安全運(yùn)行。

1.看

觀察電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中有無(wú)異常。出現(xiàn)以下幾種情況時(shí)，可判定電機(jī)故障。

（1）電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中冒煙。故障原因可能為定子繞組短路。

（2）電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，且發(fā)出較沉重的“嗡嗡”聲。故障原因可能為電機(jī)嚴(yán)重過(guò)載或未磨合到位。

（3）電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)突然停止。故障原因可能為引線連接處松脫（嚴(yán)重時(shí)會(huì)看到接線松脫處冒火花）、保險(xiǎn)絲熔斷、電機(jī)某元件卡住等。

（4）電機(jī)劇烈震動(dòng)。故障原因可能為傳動(dòng)裝置卡住、電機(jī)固定不到位等。

（5）電機(jī)內(nèi)接觸點(diǎn)和連接處有變色、燒痕、燒毀煙跡等現(xiàn)象。故障原因可能為電機(jī)局部過(guò)熱、導(dǎo)體連接處接觸不良、繞組線圈燒毀等。

2.聽(tīng)

正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)會(huì)發(fā)出均勻、較輕的“嗡嗡”聲，沒(méi)有雜音或其他特別的聲音。如果發(fā)出較沉重或響亮的噪聲，如軸承雜音、通風(fēng)噪聲、機(jī)械摩擦聲等，表明電機(jī)很可能存在故障。排障方法如下。

（1）電機(jī)發(fā)出忽高忽低且沉重的電磁噪聲，可能原因有3種——定子與轉(zhuǎn)子間隙不均勻、磁鋼固定螺栓松動(dòng)或三相電流不平衡。

如果定子與轉(zhuǎn)子的間隙不均勻，電機(jī)會(huì)發(fā)出忽高忽低的聲音，且高音與低音的間隔時(shí)間不變。這是電機(jī)軸承磨損，導(dǎo)致定子與轉(zhuǎn)子不同心造成的。

磁鋼固定螺栓松動(dòng)，多半因電機(jī)運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)造成。而固定螺栓松動(dòng)，會(huì)直接導(dǎo)致電機(jī)中的磁鋼在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中搖晃，從而發(fā)出噪聲。

三相電流不平衡的電機(jī)，往往會(huì)嚴(yán)重過(guò)載或缺相運(yùn)行，發(fā)出沉悶的聲音。排除這一故障時(shí)，注意看電機(jī)是否存在三相繞組誤接地、短路、接觸不良等問(wèn)題。

（2）監(jiān)聽(tīng)電機(jī)運(yùn)行中軸承的聲音。方法是：將螺絲刀的一端頂住電機(jī)軸承安裝位，另一端貼近耳朵，便可聽(tīng)到軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音。若運(yùn)轉(zhuǎn)正常，聲音應(yīng)為連續(xù)、細(xì)小的“沙沙”聲。如果出現(xiàn)以下3種聲音，可判定為異常。

一是發(fā)出“吱吱”聲。這其實(shí)是金屬摩擦聲，一般為軸承缺油所致，解決辦法是拆開(kāi)軸承、加注適量潤(rùn)滑脂。

二是發(fā)出“唧哩”聲。這是滾珠轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音，一般為潤(rùn)滑脂干涸或缺油所致，解決辦法是為軸承加注適量油脂。

三是發(fā)出“喀喀”或“嘎吱”聲。這是軸承內(nèi)滾珠不規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的聲音，一般為軸承內(nèi)滾珠損壞，或電機(jī)長(zhǎng)期未啟用、潤(rùn)滑脂干涸所致。解決辦法是更換軸承，或加注適量潤(rùn)滑脂。

（3）若傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出連續(xù)而非忽高忽低的聲音，需分3種情況處理。發(fā)出周期性“啪啪”聲，可判定為皮帶接頭不平滑；發(fā)出周期性“咚咚”聲，可判定為聯(lián)軸器或皮帶輪與軸間松動(dòng)，或者鍵、鍵槽磨損；發(fā)出不均勻的碰撞聲，可判定為風(fēng)葉碰撞風(fēng)扇罩。

3.聞

通過(guò)聞電機(jī)的氣味，能夠判斷故障原因。如果聞到特殊的油漆味，說(shuō)明電機(jī)內(nèi)部溫度過(guò)高；若有很重的糊味或焦臭味，很可能是絕緣層已被擊穿或繞組線圈已燒毀。

4.摸

通過(guò)觸摸電機(jī)的某些部位，也能判斷故障原因。在此特別要求，觸摸時(shí)一定要佩戴手套，且用手背去碰觸電機(jī)外殼、軸承等部位，以確保安全。

電機(jī)某些部位溫度異常，可能有5種原因：通風(fēng)不良，如風(fēng)扇脫落、通風(fēng)道堵塞等；電機(jī)過(guò)載，導(dǎo)致電流過(guò)大，從而使定子繞組過(guò)熱；定子繞組短路或三相電流不平衡；電機(jī)被頻繁啟動(dòng)或制動(dòng)；軸承周?chē)鷾囟冗^(guò)高，可能是軸承損壞或缺油。

九、維護(hù)電機(jī)的一般步驟

一旦確定空心杯電機(jī)有故障，須將其拆卸送修或做簡(jiǎn)單維修。即使未出故障，電機(jī)也需要正常維護(hù)。不管是檢修還是維護(hù)，模友不僅要做好拆卸前準(zhǔn)備、整理工作面等，還得提前了解電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能參數(shù)等。建議養(yǎng)成做記錄的習(xí)慣，詳盡描述每次拆卸時(shí)電機(jī)的狀態(tài)。

1.拆卸前，用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。

2.選擇明亮寬敞的工作面，用作拆解電機(jī)的場(chǎng)所，并提前清理好。

3.熟悉待檢修電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。

4.在工作面上準(zhǔn)備好拆解電機(jī)需要用到的工具和設(shè)備，并有序排列。

5.在條件允許的情況下，做一次拆卸前檢查試驗(yàn)，以進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷。例如讓電機(jī)帶負(fù)載試轉(zhuǎn)，首先詳細(xì)檢查電機(jī)各部分的溫度、聲音、震動(dòng)等情況，然后測(cè)試其電壓、電流、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，再做一次空載試轉(zhuǎn)，測(cè)試其空載電流和空載損耗。

6.先切斷電源、拆除電機(jī)外部接線，將電機(jī)卸下來(lái)。

7.選用合適電壓范圍的歐姆表，測(cè)試電機(jī)的絕緣電阻。為了方便與上次檢修數(shù)據(jù)做對(duì)比，須將不同溫度下測(cè)出的絕緣電阻值做換算，一般取75℃時(shí)的絕緣電阻值。通過(guò)比較各次檢修時(shí)的絕緣電阻值，可判斷電機(jī)的絕緣狀態(tài)和絕緣變化趨勢(shì)。

8.測(cè)試電機(jī)的吸收比K。吸收比指測(cè)量設(shè)備對(duì)地絕緣15秒、60秒兩個(gè)時(shí)刻絕緣阻值的比值。由于給設(shè)備加載直流電壓的時(shí)間長(zhǎng)度不同，影響其潮濕狀況，因此該比值可用于判斷環(huán)境的潮濕程度是否影響其絕緣能力。

吸收比K是判斷電機(jī)絕緣受潮情況的重要數(shù)據(jù)。如果K大于1.33，表明電機(jī)絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴(yán)重。為了方便與之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同樣要將任意溫度下測(cè)得的吸收比換算到同一溫度。（未完待續(xù)）