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小型直流电机内部结构及工作原理解析
发布时间:2021-01-12 07:12    文章作者:PP电子官网

  下面这些图片显示的还是在春节前拆解的一个来自于自动按摩枕内部的直流电机的实验过程。

  转眼寒假过去了,回头看到这些当时拆解留下的照片,还能体会到当时正处在假期前半段时的愉快心情。

  记得当时是在办公室外边水房垃圾桶里,看到的这个别人丢弃的电动按摩枕。本来是想打开一窥其中机械的奥秘。不过打开外面的塑料皮革和一些填充海绵之后,看到的只是一些稍显粗糙的塑料传动装置。

  这个直流电机就是按摩枕的动力来源。之所以当时想拆开它,是因为一个月之前写了一个推文“

  ”。这本是一篇介绍小型直流电机的工作原理的推文。所有参加智能车竞赛的同学都会在自己的车模上碰到这种小型直流电机。我又不清楚,为什么这篇推文居然是去年下半年所有推文文中阅读量最高的一篇推文?

  现在看起来除了它的内容相对比较浅显易懂,同时使用了网络上很多的动图显示原理,可能更重要的是使用了学生在朋友圈里晒出的自己的美颜照片作为推文封面。

  本以为自己写完那个推文之后,自己对于小型直流电机内部结构和原理有了更加清晰的认识,但是当我打开这个功率稍微大一点的直流电机之后,还是被它内部的复杂结构震慑住了。

  直流电机内部的转子,居然有12个磁极。同时也配有12个转子线圈。每个线圈是绕制在相邻五个磁极的线圈沟槽内。

  在转子一段是换流环,上面分布有24个电极。每个转子线圈两端焊接在相邻的换流环电极上。电极的位置正好处于线圈的平行面上。

  如果自己观察这些线圈与换流环之间的焊接关系,可以看到这些线圈实际上是串联在一起的,形成一个线圈整体。线圈的漆包线绕过换流环,然后被换流环电极铜柱压焊在一起。

  这些线圈虽然是串联在一起,当电极的电刷对称接触换流环时。分布在电刷两侧的线圈所通过的电流方向是相反的。

  电极外壳上固定了两片呈现圆弧状的永磁铁,提供电极的工作磁场。这些磁场通过转子磁极从N极流向P极。每个线圈内的磁通量应该是它所绕过的五个磁极磁通量的累加和。

  由于转子的存在,实际上也改变了电机内部磁场的分布。线圈所在空间的磁场包括有定子磁场以及线圈通过电流所产生的磁场,转子上所产生的磁力矩应该是有这两个磁场相互作用产生的。力矩的大小与线圈磁通量的变化率成正比。

  当每个磁极位于不同的角度的时候,流入磁极的磁通量会有变化。当磁极针对这弧形磁钢时,流入,或者流出磁极的磁通量最大,但变化较小。当磁极正好处在从一个磁钢转向另外一个磁钢中间过渡阶段时,伴随着磁通量流入流出极性的改变,磁通量就会发生很大的变化。

  由于每个线圈是绕制在相邻的五个磁极上,所以线圈内的磁通量的变化是五个磁极磁通量变化率的叠加。

  下图显示了一个线圈中五个磁极的磁通量变化率叠加后的曲线。变化的磁通量会在线圈内产生感应电动势。由此将输入的电能转换成转子运动的机械能。

  在转子上总共有12个线圈,每个线圈所产生的力矩如上图所示。这十二个线圈所产生的力矩叠加就会非常平稳。

  当然,上面的分析还是显得粗略。绘制的磁通量变化曲线也是使用数学模型绘制的仿真曲线。具体转子在旋转过程中,它所受到的电磁力矩是什么波形,内部产生的感应电动势的信号波形是什么?

  原本希望能够通过加以验证,后来想到一个主意,就是在转子上的换流片上,每个电机对应的电极焊接一个发光二极管,在转子转动的时候,它内部所产生的感应电动势能够点亮LED,那就是一个非常直观的显示。

  很可惜,在焊接的时候,焊锡流进了换流环电极两边的缝隙,将换流环相邻电极短路,从而无法显示和测量每个线圈的感应电动势了。

  愉快的寒假结束了,现在已经上了一个礼拜的课程了。现在回头再看看当时的对电机分解过程,并没有觉得实验失败的遗憾,而是感到过去一段时光的美好。

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  AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器提供了极大的设计灵活性,并且易于集成到现有系统中。 功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3渠道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20 C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数门控,门控 360 e AEDR-8502-102的订购数量为100件。 应用 闭环步进电机 微型电机 打印机 复印机...

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  AEAT-84AD提供光电机械单元的所有功能,以便通过单圈绝对值编码器实现绝对多圈编码器,组合容量最高可达30扩展温度下的位。 该单元由一个IR-LED电路板,一个光电晶体管(PT)电路板和布置在PCB之间的6或7个齿轮组成。 功能 16384(14bits)转数版 光学,绝对多圈装配,最大值。直径55毫米,典型高度12.2毫米。 工作温度-40C至125C 机械联轴器采用14齿齿轮小齿轮,模块为0.3 运行速度高达12,000 rpm 用于电源和信号的2x4极引脚条 应用 机器人 li

  Broadcom的AEAT-84AD通过提供多圈功能增强了AEAS-7000单圈模块的功能,并且无需对齐(通过其即插即用功能)。值得注意的是,它能够在高达125℃的温度下运行,使应用程序在更恶劣的操作环境中使用。 Broadcom的AEAT-84AD是一个附加模块,可为AEAS-7000增加电机轴转数计数能力,AEAS-7000是业界最小的高端产品。速度,即插即用的绝对编码器。 AEAS-7000绝对编码器和AEAT-84AD轴转数计数模块的组合采用模块化方法,与其他方法相比,可将组装步骤数减少到4个这需要多达8个步骤。编码器组合还可将所需组件数量从大约120个减少到4个,从而降低了库存,制造和采购成本。因此,客户的供应链正在简化!此外,它还通过业界首创的即插即用功能消除了对多个校准调整的需求,从而缩短了制造商的设计周期。 绝对编码器用于需要有关组件位置信息的机器之前发生任何动作。 AEAS-7000 / AEAT-84AD的位置分辨率范围为12位至16位,结合12位或14位旋转计数分辨率。 功能 4096(12bits)转数版 光学,绝对多圈装配,最大值直径55 mm,典型高度12.2 mm。 工作温度-40C至125C 通过14齿齿轮小齿轮机械联轴器,模块为0.3 工作速度高达12...

  Broadcom® BCM81724是单芯片8倍; 56 Gb / s到16× 25 Gb / s NRZ倒档变速箱,8次; 56 Gb / s PAM-4直通模式PHY。它支持PAM-4和NRZ数据格式。它支持Retimer,Forward和Reverse Gearbox模式。它还支持1G,10G,25G,40G,50G,100G,200G和400G线卡应用。 片上时钟合成由低成本的156.25 MHz参考时钟执行高频,低抖动锁相环(PLL)。 BCM81724采用先进的低功耗16纳米CMOS技术制造,可提供19毫米和更短的时间; 19毫米,0.8毫米间距,484球BGA,符合RoHS标准的封装。 特性 主机端接口:30 dB 线 dB 芯片到模块(C2M)兼容 正向和反向变速箱模式和重定时器模式 支持前向纠错(FEC) 支持400G-CR8模式 线路侧接收器集成交流耦合电容 PAM-4和NRZ的多标准和线速支持 连续自适应均衡器 线路和系统侧环回 PRBS发电机/错误检查器 线路侧每个通道的眼睛监控,通过MDIO访问 单个低成本REFCLK输入 恢复时钟输出 支持SGMII传递 与Broadcom ASIC和商用交换机芯片互操作 低功耗16纳米CMOS设计 19毫米与时间; 19毫米BGA,0.8毫米球...

  HEDS-5500/5540,HEDS-5600/5640和HEDM-5500/5600是高性能,低成本,双通道和三通道光学增量编码器。这些编码器强调高可靠性,高分辨率和易于组装。 每个编码器都包含一个带透镜的LED​​光源,一个带探测器和输出电路的集成电路,以及一个在发射器和探测器IC之间旋转的码盘。 HEDS-5500/5600和HEDM-5500/5600的输出是两个正交的方波。除了两个通道正交之外,HEDS-5540和5640还具有第三通道索引输出。该指数输出为90度电高度,真正的指数脉冲,在码盘每旋转一圈时产生一次。 HEDS系列采用金属码轮,而HEDM系列采用胶片码盘,可实现分辨率到1024 CPR。 HEDM系列没有第三个通道索引。 这些编码器可以快速,轻松地安装到电机上。对于直径较大的电机,HEDM-5600和HEDS-5600/5640具有外部安装耳。 正交信号和索引脉冲通过位于0.1英寸中心的五个0.025英寸方形引脚进行访问。 / p

  目前可提供每转96到1024个计数的标准分辨率。有关其他分辨率,请咨询当地的Agilent Technologies销售代表。 功能 带有可选索引脉冲的双通道正交输出快速简便的装配无需信号调整外部安装耳可用低成本分辨率每转最多1024个计数小尺寸 -40°...

  AEDR-850x编码器是世界上最小的 3通道光学编码器,其数字输出采用反射技术用于运动控制。编码器设计工作在-20°以上; C至85度C温度范围因此适用于商业和工业终端应用。 这个 3通道光学编码器在单个封装中装有LED光源和光电检测电路。 3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(H)的小尺寸使其可用于存在尺寸和空间限制的各种微型商业应用中。 AEDR-850x系列编码器提供双通道正交数字输出和第三通道索引数字输出。由于TTL兼容,AEDR-850X 3通道光学编码器的输出可以直接与大多数信号处理电路连接。因此,编码器提供了极大的设计灵活性,并且易于集成到现有系统中。 功能 功能 世界上最小的3通道反射技术编码器。 表面贴装无引脚封装3.95 mm(长)x 3.4 mm(宽)x 0.9562 mm(高) 3通道;用于方向感应的双通道正交数字输出和第三通道,索引数字输出。 内置插补器,通过外部引脚分配可选1x,2x和4x因子 兼容TTL 单5V电源 -20 C至85度C绝对工作温度 编码分辨率:294至304(线/英寸) 指数选通,门控180 e AEDR-8501-100的订购数量为1,000件。 应用 关闭Loop步进电机 微型电机 打印机 复印机 读卡器 扫描仪 ...


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