微型直流減速電機(jī)工作原理「圖解」

一. 微型直流電機(jī)工作原理

電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換

電機(jī)的功能是將電能轉(zhuǎn)化械械能，為機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力源。

為何要選擇直流微電機(jī)

很多終端應(yīng)用要求大的啟動(dòng)扭矩，直流微電機(jī)具有降速，高扭矩特性，這使其能夠處理起動(dòng)扭矩大的應(yīng)用，并且容易吸收負(fù)載的突變，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載。而且直流微電機(jī)幾乎是產(chǎn)品小型化應(yīng)用的唯一方案。

影響電機(jī)性能的主要因素

1. 輸入電壓：輸入電壓降低會(huì)令N0、Is、Ts參數(shù)降低，電壓的調(diào)節(jié)請(qǐng)不要超出給定的工作范圍。

2. 溫度：環(huán)境溫度或者電機(jī)溫度的上升將令N0增大，Is及Ts降低。電機(jī)溫度過(guò)高可能會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生退磁作用甚至燒毀。

電機(jī)的特性曲線

直流微電機(jī)的特性曲線由以下4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)構(gòu)成：

1、空載轉(zhuǎn)速（No）:電機(jī)在額定電壓下無(wú)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的測(cè)得的轉(zhuǎn)速，單位為RPM（轉(zhuǎn)每分鐘）；

2、空載電流（Io）：電機(jī)在額定電壓下無(wú)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，在電機(jī)兩端子間測(cè)得的輸入 電流，單位A（安倍）；

3、堵轉(zhuǎn)電流（Is）：電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，因負(fù)載導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)瞬間測(cè)得的電流，單位A（安倍）；

4、堵轉(zhuǎn)扭矩（Ts）：電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，因負(fù)載導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)瞬間測(cè)得的最大轉(zhuǎn)矩，單位gf.cm（克.厘米）。

電機(jī)的性能曲線以輸出轉(zhuǎn)矩為橫坐標(biāo)，以轉(zhuǎn)速、電流、效率及轉(zhuǎn)出功率為縱坐標(biāo)，描繪相應(yīng)的曲線：轉(zhuǎn)速曲線N、電流曲線I、效率曲線?、輸出功率曲線P。

扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 電機(jī)產(chǎn)生的扭矩與轉(zhuǎn)速是相互影響。這是直流電機(jī)的基本特性，轉(zhuǎn)速與扭矩呈線性關(guān)系。這常用作計(jì)算空載轉(zhuǎn)速和起動(dòng)扭矩。

直流電機(jī)的輸出功率的曲線可以從扭矩和轉(zhuǎn)速曲線中推導(dǎo)出。

扭矩-轉(zhuǎn)速和輸出功率曲線取決于電機(jī)的供電電壓。

可以提供不同的電壓（通常在額定電壓的-50%~+100%之間），假如電壓低于額定電壓，電機(jī)的功率降低，假如高于額定電壓，電機(jī)的輸出功率增大，但是容易發(fā)熱。

電壓在-25%~+50%之間不斷變化，新的扭矩和轉(zhuǎn)速曲線關(guān)系，平行于以前的曲線。起動(dòng)扭矩和空載轉(zhuǎn)速與供電電壓變化的百分比相同。最大輸出功率乘以（1+ ?）2  ：

例如：  電壓增加20%

        起始扭矩增加 20%（x1.2）

        空載轉(zhuǎn)速增加 20%（x1.2）

        輸出功率增加 44%（x1.44）

扭矩與電流的關(guān)系

這是直流電機(jī)的第二個(gè)重要特性：

電流和電機(jī)扭矩呈線性關(guān)系，用來(lái)計(jì)算空載電流和轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的電流（起動(dòng)電流）。

扭矩-轉(zhuǎn)速，扭矩-電流曲線用于確定輸入功率和電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系

效率

1. 電機(jī)的效率等于機(jī)械輸出功率除以電機(jī)輸入功率

輸出功率和輸入功率隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，給定的轉(zhuǎn)速大于空載速度的50%時(shí)可獲得最大效率。

2. 減速器傳動(dòng)效率：電動(dòng)機(jī)配置減速器以后輸出轉(zhuǎn)矩的效率。其大小受軸承、齒輪的摩擦力以及潤(rùn)滑條件的影響。

一般而言，經(jīng)過(guò)一級(jí)傳動(dòng)的齒輪減速器效率為90%，二級(jí)傳動(dòng)的效率是81%，減速比越大，其傳動(dòng)級(jí)數(shù)越多，其傳動(dòng)效率就越低。

安裝減速器的電機(jī)明顯提升負(fù)載能力，一般齒輪減速器的減速比1：200，行星齒輪減速器的減速比可達(dá)到1：4500。

二．如何選用各種型號(hào)的微型直流減速電機(jī)

由于多種因素的影響，很難確定一個(gè)通用狀態(tài)來(lái)衡量電機(jī)的壽命。

以下是我們?cè)谶x取電機(jī)時(shí)必須考慮的因素：

1.負(fù)載：大電流會(huì)加快電氣損耗。因些，我們建議您在選擇電機(jī)時(shí)要留有一定的余地；

2.轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)加大機(jī)械磨損；

轉(zhuǎn)速大于2000RPM—直流電機(jī)

轉(zhuǎn)速介于1000-200RPM—直流電機(jī)或者直流減速電機(jī)

轉(zhuǎn)速低于500RPM—直流減速電機(jī)

3.工作狀態(tài)：頻繁起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)會(huì)縮短壽命；

4.環(huán)境因素：溫度、濕度、振動(dòng)及安裝方式等。

特別注意 WARNING

l 根據(jù)對(duì)電壓-扭矩-轉(zhuǎn)速的特性，要求在20℃時(shí)連續(xù)運(yùn)行,僅可以是間歇式負(fù)載超出操作條件.沒(méi)有特殊說(shuō)明的，在客戶實(shí)際應(yīng)用中必須檢查所有極端的操作條件，以確保操作安全。

l 為抑制電機(jī)的干擾信號(hào)，小型減速電機(jī)安裝時(shí)，可以在正極與負(fù)極之間焊接一個(gè)0.1uF(63V)的滌綸電容，負(fù)極要接地?；蛘咧码姳竟?，在電機(jī)里安裝抗干擾壓敏電阻。

永磁直流電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般是額定轉(zhuǎn)矩的5~6倍，在安裝、調(diào)試、使用中應(yīng)該避免堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生；

附表1．微型直流減速電機(jī)類型性能對(duì)比： 

性能類型	機(jī)械換向有刷		電子換向		交流電交變特征換向
	永磁直流電機(jī)	串激電機(jī)	無(wú)刷電機(jī)	步進(jìn)電機(jī)	同步電機(jī)	感應(yīng)電機(jī)
機(jī)械結(jié)構(gòu)	復(fù)雜	復(fù)雜	簡(jiǎn)單	簡(jiǎn)單	簡(jiǎn)單	簡(jiǎn)單
壽命	短	短	長(zhǎng)	長(zhǎng)	長(zhǎng)	長(zhǎng)
噪音	大	大	小	小	較大	較大
震動(dòng)	小	大	小	小	較大	較大
起動(dòng)力矩	大	大	大	大	小	小
效率	40-70%	40-60%	70-90%	30-40%	40-60%	30-50%
轉(zhuǎn)速	中	高	高	中	不可調(diào)速	小
調(diào)速范圍	大	大	大	大	不可調(diào)速	小
調(diào)速方式	變壓	變壓	變壓變頻	變頻	變頻？？	變壓充頻
成本	低	低	中	高	高	中

附表2 力矩單位制 Torque unit Conversion chart

	gf.cm	Kgf.cm	N.cm	N.m	oz.in	Lb.in	Lb.ft
gf.cm	1	10^-3	9.8×10^-3	9.8×10^-5	0.01389	8.68×10^-4	7.233×10^-5
Kgf.cm	10^3	1	9.8	9.8×10^-2	13.89	0.868	0.07233
N.cm	102	0.102	1	0.01	1.416	0.0885	7.376×10^-3
N.m	1.02×10^4	10.2	100	1	141.6	8.85	0.7276
oz.in	72.1	0.0721	0.706	7.06×10^-3	1	0.0625	5.21×10^-3
Lb.in	1152	1.152	11.3	0.113	16	1	0.0833
Lb.ft	1.383×10^4	13.83	135.6	1.356	192	12	1