認識空心杯電機（3）

李業(yè)新

獨特的無鐵芯結(jié)構(gòu)，讓空心杯電機的調(diào)速原理異于傳統(tǒng)電機。不過與普通有鐵芯電機一樣，空心杯電機同樣要定期檢修和維護。本期整理了一些空心杯電機使用維護方面的小技巧，供模友們參考。

六、空心杯電機的調(diào)速原理

空心杯電機由類似普通鼠籠式電動機結(jié)構(gòu)和電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器組成。鼠籠式電動機，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機。電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速環(huán)由電動機拖動旋轉(zhuǎn)，為主動部分；磁極上裝有勵磁繞組，為從動部分。被拖動的調(diào)速機構(gòu)連接在從動部分的轉(zhuǎn)軸上，勵磁繞組的引線接于滑環(huán)上，通過電刷與晶閘管控制裝置相接。當(dāng)勵磁繞組通入電流時，產(chǎn)生的磁通經(jīng)氣隙進入電樞。若感應(yīng)電動機帶動電樞旋轉(zhuǎn)，則電樞鐵芯就會切割磁力線。

將普通鼠籠式電動機和電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器相結(jié)合，調(diào)速時鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)速始終接近額定轉(zhuǎn)速，并拖動電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器的主動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。離合器內(nèi)，主動轉(zhuǎn)子通過直流磁通與從動轉(zhuǎn)子聯(lián)系，帶動從動轉(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)整從動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。因此空心杯電機調(diào)速的關(guān)鍵，在于電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器。

空心杯電機調(diào)速原理如右圖所示：離合器主動轉(zhuǎn)子1與電動機5之間為剛性連接。主動轉(zhuǎn)子（電樞）是一個鋼制的杯狀圓筒，從動轉(zhuǎn)子（爪極）由爪狀磁極7固定在從動軸上，二者間有氣隙。爪極中部繞有勵磁線圈4，由直流電源供電勵磁。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-從動轉(zhuǎn)子-N爪極。電動機帶著主動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，電樞切割爪極磁場產(chǎn)生渦流。此渦流與爪極磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使從動轉(zhuǎn)子隨主動轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)。其中從動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于主動轉(zhuǎn)子，二者間存在轉(zhuǎn)差。勵磁電流越大，聯(lián)系主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子的磁通越強、轉(zhuǎn)差越小、離合器輸出轉(zhuǎn)速越高。

普通鼠籠式電動機結(jié)構(gòu)、電磁調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速效果的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、調(diào)速平滑性好；缺點是電磁轉(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)計及電機安裝的注意事項

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

1.由于在標(biāo)稱的額定電壓下工作時，電機的綜合性能最優(yōu)，因此在做電路設(shè)計時，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)計電機供電控制模塊時，要考慮使其輸出阻抗盡量小，防止有負載時因輸出電壓大幅度下降，電機震動變大。

3.針對柱式空心杯電機，在檢驗或測試堵轉(zhuǎn)電流時，時間不宜過長，以小于5秒為宜。原因是堵轉(zhuǎn)運行時，幾乎所有的輸入功率都會轉(zhuǎn)化為熱能（計算公式為P=I2R）。一旦時間過長，可能導(dǎo)致電機線圈溫度偏高，繼而發(fā)生變形、影響整體性能。

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

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

6.空心杯電機的電線絕緣皮不耐焊接，安裝時需特別注意焊接溫度和時間。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，還是在焊接過程中，都要避免用力拉扯或多次大角度彎折電機引線。

八、給空心杯電機排障

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

1.看

觀察電機運行過程中有無異常。出現(xiàn)以下幾種情況時，可判定電機故障。

（1）電機在運行過程中冒煙。故障原因可能為定子繞組短路。

（2）電機轉(zhuǎn)速變慢，且發(fā)出較沉重的“嗡嗡”聲。故障原因可能為電機嚴重過載或未磨合到位。

（3）電機在正常運行時突然停止。故障原因可能為引線連接處松脫（嚴重時會看到接線松脫處冒火花）、保險絲熔斷、電機某元件卡住等。

（4）電機劇烈震動。故障原因可能為傳動裝置卡住、電機固定不到位等。

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

2.聽

正常運行時，電機會發(fā)出均勻、較輕的“嗡嗡”聲，沒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、機械摩擦聲等，表明電機很可能存在故障。排障方法如下。

（1）電機發(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、磁鋼固定螺栓松動或三相電流不平衡。

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

磁鋼固定螺栓松動，多半因電機運行時的震動造成。而固定螺栓松動，會直接導(dǎo)致電機中的磁鋼在轉(zhuǎn)動過程中搖晃，從而發(fā)出噪聲。

三相電流不平衡的電機，往往會嚴重過載或缺相運行，發(fā)出沉悶的聲音。排除這一故障時，注意看電機是否存在三相繞組誤接地、短路、接觸不良等問題。

（2）監(jiān)聽電機運行中軸承的聲音。方法是：將螺絲刀的一端頂住電機軸承安裝位，另一端貼近耳朵，便可聽到軸承運轉(zhuǎn)的聲音。若運轉(zhuǎn)正常，聲音應(yīng)為連續(xù)、細小的“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。這其實是金屬摩擦聲，一般為軸承缺油所致，解決辦法是拆開軸承、加注適量潤滑脂。

二是發(fā)出“唧哩”聲。這是滾珠轉(zhuǎn)動的聲音，一般為潤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)則運動產(chǎn)生的聲音，一般為軸承內(nèi)滾珠損壞，或電機長期未啟用、潤滑脂干涸所致。解決辦法是更換軸承，或加注適量潤滑脂。

（3）若傳動機構(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，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

通過聞電機的氣味，能夠判斷故障原因。如果聞到特殊的油漆味，說明電機內(nèi)部溫度過高；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

通過觸摸電機的某些部位，也能判斷故障原因。在此特別要求，觸摸時一定要佩戴手套，且用手背去碰觸電機外殼、軸承等部位，以確保安全。

電機某些部位溫度異常，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；電機過載，導(dǎo)致電流過大，從而使定子繞組過熱；定子繞組短路或三相電流不平衡；電機被頻繁啟動或制動；軸承周圍溫度過高，可能是軸承損壞或缺油。

九、維護電機的一般步驟

一旦確定空心杯電機有故障，須將其拆卸送修或做簡單維修。即使未出故障，電機也需要正常維護。不管是檢修還是維護，模友不僅要做好拆卸前準備、整理工作面等，還得提前了解電機的結(jié)構(gòu)特點、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電機的狀態(tài)。

1.拆卸前，用壓縮空氣吹凈電機表面灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。

2.選擇明亮寬敞的工作面，用作拆解電機的場所，并提前清理好。

3.熟悉待檢修電機的結(jié)構(gòu)特點和檢修技術(shù)要求。

4.在工作面上準備好拆解電機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，以進一步了解電機運行中的缺陷。例如讓電機帶負載試轉(zhuǎn)，首先詳細檢查電機各部分的溫度、聲音、震動等情況，然后測試其電壓、電流、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，再做一次空載試轉(zhuǎn)，測試其空載電流和空載損耗。

6.先切斷電源、拆除電機外部接線，將電機卸下來。

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

8.測試電機的吸收比K。吸收比指測量設(shè)備對地絕緣15秒、60秒兩個時刻絕緣阻值的比值。由于給設(shè)備加載直流電壓的時間長度不同，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是判斷電機絕緣受潮情況的重要數(shù)據(jù)。如果K大于1.33，表明電機絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴重。為了方便與之前的數(shù)據(jù)進行比較，同樣要將任意溫度下測得的吸收比換算到同一溫度。（未完待續(xù)）