01 電機(jī)轉(zhuǎn)子
這些打磨的凹槽究竟為什么加在電機(jī)轉(zhuǎn)子表面上呢？
圖1.1 電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的凹槽
1.1 凹槽數(shù)量及分布
這款小型有刷直流電機(jī)總共有五個(gè)磁極，經(jīng)過觀察可以看到五個(gè)磁極上的凹槽數(shù)量和大小不同。凹槽基本上位于磁極的中軸線上，分布在磁極靠近兩端的位置。
五個(gè)磁極上的凹槽：
磁極1：無
磁極2：1個(gè)
磁極3：1個(gè)（偏小）
磁極4：兩個(gè)，其中一個(gè)偏小
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1.1.1 五個(gè)磁極上的凹槽分布情況
從磁極形狀上來看，應(yīng)該是磁極在裝配后期經(jīng)過打磨形成的凹槽。凹槽的數(shù)量和大小應(yīng)該是為了某種目的而有意加工的。
1.2 轉(zhuǎn)子磁極與繞組
為了消除直流電機(jī)的力矩死區(qū)，減小機(jī)械換流環(huán)火花，小型直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常具有三個(gè)磁極和五個(gè)磁極。三個(gè)磁極轉(zhuǎn)子上的線圈是繞制在各自磁極柱上的。對(duì)于五個(gè)磁極轉(zhuǎn)子上的線圈是繞制在相鄰兩個(gè)磁極柱上。
?圖1.2.1 帶有三個(gè)磁極和五個(gè)磁極的電機(jī)轉(zhuǎn)子
無論三磁極還是五磁極轉(zhuǎn)子，在任意時(shí)刻總有一個(gè)線圈繞組所纏繞的磁極正對(duì)著定子上的永磁鐵表面，對(duì)應(yīng)磁通量的變化為0。此時(shí)該線圈：
-
感應(yīng)電壓為0，在此期間通過機(jī)械換流環(huán)完成換流，不會(huì)產(chǎn)生火花；
-
不產(chǎn)生磁力矩，浪費(fèi)了線圈資源；三磁極轉(zhuǎn)子浪費(fèi)1/3的線圈，對(duì)于五磁極轉(zhuǎn)子浪費(fèi)1/5的線圈。
1.3 為何表面有凹槽？
我們可以從網(wǎng)絡(luò)上看到各種電機(jī)轉(zhuǎn)子，奇怪的是它們表面所呈現(xiàn)的都是完整的，沒有凹槽。此時(shí)需要對(duì)手邊表面帶有凹槽的轉(zhuǎn)子進(jìn)行仔細(xì)觀察，可以看到轉(zhuǎn)子上的五個(gè)線圈繞制并不是對(duì)稱的，這與線圈被繞制的順序有關(guān)系。
1.3.1 使用凹槽進(jìn)行質(zhì)量配平
先繞制的線圈在里面，后繞制的線圈在外面，所以線圈的尺寸不同。如果漆包線的匝數(shù)相同，那么線圈對(duì)應(yīng)的質(zhì)量也不同，這就造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻了。在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生周期轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，增加了運(yùn)行噪聲，加速電機(jī)的磨損。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1.1.2 轉(zhuǎn)子繞組與對(duì)應(yīng)的凹槽關(guān)系
因此，解決的方法就是在電機(jī)轉(zhuǎn)子表面進(jìn)行打磨凹槽，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心位于機(jī)械軸上。上圖中表明了轉(zhuǎn)子表面上凹槽的數(shù)量，能夠看出它們與線圈的大小是對(duì)應(yīng)的。外部大的線圈所包圍的轉(zhuǎn)子表面具有兩個(gè)凹槽，內(nèi)部小的線圈對(duì)應(yīng)的磁極則沒有，或者只有小的凹槽。
1.3.2 為何別的轉(zhuǎn)子沒有凹槽？
那么，為什么別的電機(jī)轉(zhuǎn)子表面沒有凹槽？
下面是從網(wǎng)絡(luò)上找到的五個(gè)磁極轉(zhuǎn)子（左邊），表面沒有凹槽。與右邊表面具有凹槽轉(zhuǎn)子進(jìn)行對(duì)比。也能夠看到左邊的轉(zhuǎn)子的線圈實(shí)際上也存在著內(nèi)部線圈和外部線圈，因此也存在著質(zhì)量分布不均勻，使得質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱軸心與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)軸不重疊。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1.3.2 左邊：表面沒有凹槽的電機(jī)；右邊：具有凹槽的電機(jī)
之所以存在表面沒有凹槽的轉(zhuǎn)子，可能的解釋只能是：
-
這些轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度不高，偏心帶來的轉(zhuǎn)動(dòng)影響不大；
-
電機(jī)功率不大，相應(yīng)的線圈匝數(shù)和質(zhì)量較小，從而偏心量不大；
※ 總結(jié) ※
五磁極直流有刷電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的凹槽是為了配平轉(zhuǎn)子線圈繞組質(zhì)量分布不均勻所帶來轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得電機(jī)在工作時(shí)的震動(dòng)減小。相比于五磁極轉(zhuǎn)子，三磁極轉(zhuǎn)子就沒有這種情況，這是因?yàn)槿艠O轉(zhuǎn)子上的繞組分布是對(duì)稱的。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.1 三磁極轉(zhuǎn)子上的繞組是對(duì)稱的
除了使用凹槽來配平轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布，也有的電機(jī)采用傾斜轉(zhuǎn)子溝槽的方法減少震動(dòng)。下面是網(wǎng)絡(luò)上看到的傾斜溝槽的轉(zhuǎn)子。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.2 傾斜溝槽五磁極轉(zhuǎn)子
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2.3 傾斜溝槽五磁極轉(zhuǎn)子
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