1、单相交流串激电机 基本知识培训,目录,单相交流串激电机的原理 转子生产工艺流程 定子生产工艺流程 电机主要零部件材料简介,目录,火花 温升 火花 效率 振动,单相串激电机的原理,转子绕组线路简图及电流分布,1,+,2,24,3,23,4,22,5,21,6,20,7,19,8,18,9,10,11,17,16,15,13,-,12,14,碳刷位置,碳刷位置,I,I,I/2,I/2,甲：电流从B到EabcdFA，线圈从左向右运动。 乙：线框上换向器转到空缺处时没有电流通过，靠惯性回复平衡位置。 丙：电流再由电刷BFdcbaEA。线框又从左往右运动。（但注意此时线框的正反已经互换了） 丁：又开始以
2、上循环。 线圈转动至平衡处,依据牛顿惯性定理,继续旋转,电流改变方向,改变磁场方向,从而达到换向的目的。,单相串激电机的原理,转子工艺流程之压装铁芯,检查: 转子钢片冲压时不能变形，两边无起翘； 转子冲片压装尺寸，铁芯跳动 0.08MM; 压装后转子的扭力检查； 高压测试2750V 5mA 3S,检查: 端板不能有开裂或缺料变形 端板齿必须与转子齿对齐,不能错位 端板的厚度为2.2-2.5MM,转子绝缘端板,转子工艺流程之入端板,转子工艺流程之入换向器,检查: 换向器压装尺寸和换向器扭力要求;(压装尺寸和扭力要求因产品而定)； 换向器钩或槽与铁芯槽的对应关系(槽对槽或槽对钩) 换向器钩无变形，
3、云母片无裂痕；,转子工艺流程之插纸,检查: 插纸前检查端板是否歪斜; 槽绝缘纸应伸出铁芯两端长度为2.2-2.5MM; 槽绝缘纸应紧贴铁芯内壁.,转子工艺流程之绕线,检查: 线径正确、匝数正确、绕法正确; 张力器调整到适当位置,保证两边线包高度的均匀性;(线径不同,张力不同)，两边线包高度不一致将影响后面的动平衡工序； 钩线方式及挂钩正确; 不能有脱钩、断线、压纸的现象. 转子绕线后的槽满率65%(在设计时需考虑),转子工艺流程之插槽楔,检查: 槽楔伸出铁芯两端面的长度为2.2-2.5MM,位于漆包线与槽绝缘纸之间,转子工艺流程之点焊,检查: 点焊后漆包线和换向器挂钩的变形量10%-25%;
4、点焊后换向器钩的歪斜角度10; 点焊后钩的压扁度1/2钩厚; 点焊后挂钩处漆包线脱漆量0.5-1MM; 点焊后换向器电流痕迹高度均匀； 换向器钩焊接连接换向器面1/3钩长;,正极为钨钢棒 负极为铜棒(最好选用鉻铜) 焊接前须对焊接棒的角度进行磨削,一般角度3-5度； 一般焊接到4000次左右须更换焊接棒； 严禁进行二次焊接,转子工艺流程之点焊,片间电阻8%（根据产品设计要求）; 对角电阻8% （根据产品设计要求）; 焊接电阻0.5m; 匝间测试,波形不能少于4个,与标准波形的面积差15% 冷态绝缘电阻测试500M; 高压测试:a. 换向器对铁芯 1250V 5mA 3Sb. 铁芯对主轴 250
5、0V 5mA 3Sc. 换向器对主轴 3750V 5mA 3S,转子工艺流程之测试1,线包滴无飞线、无汽泡、无漆瘤； 铁芯及换向器表面无漆的污染； 包封胶、无开裂、无气孔；,转子工艺流程之滴漆,检查： 转子滴漆后转子钢片表面不能有绝缘漆； 剖开转子组件检查转子内部漆包线之间绝缘漆已满；,转子工艺流程之滴漆,换向器精车后表面无明显刀纹，无飞丝 换向器精车时不撞钩; 检查转子轴无损伤;,转子工艺流程之精车,检查: 精车检查换向器的圆锥度0.02； 精车检查换向器的片间跳动5m； 精车检查换向器的圆度跳动10m； 精车检查换向器的粗糙度Rz4.5-7m;,转子工艺流程之精车,圆度测试仪,粗糙度测试仪
6、,压装风叶后的尺寸检查; 风叶不能有缺损、毛刺、变形、披锋等; 风叶端面跳动0.5MM； 轴向推力检查； 径向扭矩检查；,转子工艺流程之精车,最大切削深度1.5MM,不能切到漆包线; 切削长度不能超过铁芯长度的一半; 不能出现对角去重的情况; 不能出现缺齿槽的情况; 切削后齿槽内应无毛刺;,转子工艺流程之动平衡,此处测试是转子完成所有加工工序后的最终测试, 1、测试片间电阻（检查转子是否有断线、换向器精车后槽内是否有铜屑）； 2、测试焊接电阻（测试转子是否有虚焊、假焊）； 3、匝间测试（检查转子在前面所有加工工序中漆包线是否有碰伤.损伤等）。,转子工艺流程之测试2,不能用手直接拿换向器,防止换
7、向器表面生锈，只能拿铁芯或风叶; 换向器表面不能有防锈油; 防锈油在转子铁芯表面要涂刷均匀,特别是动平衡切削处，防止生绣; 要做到轻拿轻放转子,防止相互间的碰撞,影响转子的动平衡.,转子工艺流程之印刷防锈,两端绝缘纸露出铁芯长度为2.2-2.5MM,一般与端板平齐; 内壁绝缘纸露出铁芯极靴长度1.5MM; 绝缘纸成型好,不起皱.不弯折,定子工艺流程之入槽绝缘纸,端板配对正确; 端板无变形、缺料、破裂等不良; 端板厚度为2.2-2.5MM,定子工艺流程之入槽绝缘纸,线径正确.匝数正确; 张力调整器调到适当位置(线径不同,张力不同) 不能有压纸和断线现象;,定子工艺流程之入槽绝缘纸,漆包线之间不能
8、有损伤; 线圈浸漆均匀饱满,不能有气泡.漆瘤.散线.浮线等现象; 铁芯内外壁定位端面不能有漆瘤;,定子工艺流程之入浸漆,无断线，无线伤，无线架坏 漆包线去漆皮长度最少达到80%,定子工艺流程之去漆皮,端子插入到端板最底部，不变形，不开裂； 端子方向不能插反,定子工艺流程之入端子,端子无变形，无损坏,端子完全包裹漆包线，漆包线无压伤 端子与漆包线拉脱力20N,定子工艺流程之铆接,a.两个线圈的电阻测试,与设定的标准电阻之差8%; b. 匝间测试:与设定的标准波形差值15%,且波形不能少于4个; c. 高压测试: 1250V 5mA 3S不击穿;,定子工艺流程之测试,单相串激电机的主要零部件材料,
9、金属材料:转子轴 导磁材料:硅钢片 导电材料:漆包线、碳刷、碳刷弹簧、换向器 绝缘材料:定子槽绝缘纸、定子绝缘端板、定子绝缘漆转子槽绝缘纸、转子绝缘端板、转子槽楔、轴绝缘、绝缘漆、包封胶,单相串激电机的主要零部件材料,碳刷碳刷材质选用对电机火花至关重要，且直接影响到电机使用寿命。电机对碳刷的要求绝不仅仅表现在换向性能上，而且还要求碳刷的润滑性能好，形成氧化膜的能力要强，碳刷自身的磨损及对换向器表面磨损要小等，以保证良好的滑动接触。所以选择碳刷时，要尽量满足上述多项要求。碳刷的电流密度要求控制在12A/cm以下,否则将造成换向困难,火花增大,也会影响EMC的测试.,碳刷使用性能良好标志应该为：
10、a 在换向器或集电环表面能较快形成一层均匀、适度和稳定的氧化薄膜。 b 碳刷的使用寿命长，并不磨损换向器或集电环。 c 碳刷具有良好的换向和集流性能，使火花抑制在允许的范围内，并且能量损耗小。 d 碳刷运行时，不过热，噪音小，装配可靠，不破损。,单相串激电机的主要零部件材料,单相串激电机的主要零部件材料,碳刷弹簧碳刷弹簧压力范围在电动工具上采用350500g/cm之间。弹簧压力过大将加大碳刷与换向器表面的摩擦,破坏换向器表面的氧化亚铜薄膜,使换向情况恶化,弹簧压力过小,会使碳刷与换向器表面的接触不良,碳刷容易跳动,造成火花的增大,弹簧压力的取值方法:功率大的取大值，功率小的取小值.弹簧质量的好
11、坏，取决于选用材料和加工工艺，尤其是控制材质的淬火温度。弹簧是与碳刷接触的，它是一个导电体，工作温度也很高，在高温下弹簧不能软化，不能失去正常压力。,计算举例,初始的压力系数我们一般选择为550克每平方厘米，碳刷磨到最后的压力系数选择为350克每平方厘米，比如如果刷的截面为719，那么初始压力应该为0.71.9550=731克，然后根据这个数值再来计算和设计你的碳刷弹簧，另外如果在选择550这个系数的时候做出来的碳刷的火花是比较好的话，那么我们可以将这个系数再调低一点，比如500，也就是说可以将碳刷的弹簧压力再调小，这样减小碳刷的磨损速度。,弹簧钢丝,碳素弹簧钢丝多采用材质为：65#,70#、
12、65Mn、82B、72A、72B。 碳素琴钢丝 ，是经铅浴淬火后冷拉而成，具有非常高的强度极限和弹性极限，是广泛应用的小弹簧材料，材质为：6080，T8MnAT9A60Mn70Mn 。 弹簧用不锈钢丝（见下页）,压缩弹簧用不锈钢丝（耐温300C）,不锈钢弹簧丝硬度亮，弹性强，耐磨抗压性能好，常用规 格： A、302 ( 1Cr18Ni9Ti ) B、304L ( 00Cr19Ni10 ) C、306 ( 0Cr17Ni12Mo2 ),平面涡卷弹簧,平面涡卷弹簧，又名发条弹簧，其一端固定而另一端作用有扭矩；在扭矩作用下弹簧材料产生弯曲弹性变形，使弹簧在平面内产生扭转，其变形角的大小与扭矩成正比。
13、 发条弹簧一般选用、55SiMnVB、55SiMnMoV、60CrMn、60CrMnB、302、316等牌号的扁钢带。,常用弹簧设计,发条弹簧与圆柱弹簧,漆包线1、设计上，专业电动工具产品有一项重要的特征就是在运行的时候，会产品很高的温度，因而必须选择耐热等级高的漆包线。否则，当如果绕组线圈的耐温能力不能满足需要时，就必然会在高温下发生绝缘层的损坏，导致绕组短路烧机；2、工艺上，高速绕线机必须采用耐热等级高的漆包线，避免了漆包线与绕线模因高速滑动损伤漆皮，进一步导致匝间短路，这种在机械损伤发生绝缘层的损坏，也会导致绕组短路烧机；,单相串激电机的主要零部件材料,漆包线按耐温等级区分的常用规格：1
14、、155度聚酯 ：QZ-2/155；2、180度聚酯亚胺 ：QZY-2/180；3、200度聚酯或聚酯亚胺复合聚酰胺酰亚胺 ：Q(ZY/XY)-2/200；,单相串激电机的主要零部件材料,槽型与鈎型换向器,单相串激电机的主要零部件材料,换向器定义：电机转子上由换向片、云母片、V形绝缘环、压圈和紧固件组成的电流换向装置。 换向器是几个接触片围成圆型，分别连接转子上的每个触头，外边连接的两个电极称为电刷与之接触，同时只接触其中的两个。,单相串激电机的主要零部件材料,换向器所用的铜料必须有一定的硬度范围, 一般取值是 HB80 - HB120, 最好是处在中段 HB95 - HB105, 标准的材料
15、应该是电解铜和一定含量的银, 这可以保证换向器哪怕是在极端温度时也有足够的硬度. 例如点焊所产生的温度超过了纯铜硬度改变的最低值 时, 换向器的铜片硬度却不受影响, 银可以使铜片在350C的温度时, 其硬度仍不受影响, 经验表明, 可以使银的含量在0.03%和0.1% 之间。,单相串激电机的主要零部件材料,对于与碳刷的匹配问题,含银量高了后碳刷的硬度需调整,否则会碳刷寿命变短。 换向器的铜材料有如下几种: 1、T2铜或无氧铜, 要求较低的电机 2、0.03%Ag-Cu,用于使用环境高温的,要求耐磨的功率较小的电动工具3、0.08%Ag-Cu,用于使用环境高温的,要求耐磨的功率较大的电动工具,单
16、相串激电机的主要零部件材料,电动工具换向器专用日本住友电木粉PM-6432高强度，低收缩，可增强铜排抗翘起能力。 铜排抗翘起能力: 在限定区域内点焊时，该部位受压力和点焊高温的影响该区电木粉可能发生碳化并引起铜排翘起电木粉的碳化温度是270-300，造成换向片松动，当转子高速转动时，松动的换向片处于浮动状态，使换向火花变大。一般工艺要求点焊时适当控制压力和电流强度，对铜排施力应为27.2-70公斤。点焊程序中增加预热段的效果会缩短焊接的时间和有效减弱翘起程度。,单相串激电机的主要零部件材料,装配在电机转子上的换向器必须能完成与导线的焊接，其可焊性要求如下：在点焊状态的压力和温度下，换向器的铜排
17、与导线应有良好可熔性和焊接状态的一致性，保证焊接质量，无假焊、无过焊。对绕线钩焊接时，应保证无断裂、裂纹、无导线滑移。钩长应3倍于线径。槽型换向器的下线槽槽宽应比导线线径宽0.02-0.04mm，槽深2.8-3.0mm。,单相串激电机的主要零部件材料,装配尺寸：换向器内孔尺寸精度和几何形状应满足与转子轴配合状态的要求，无衬套产品内孔为H8，有衬套产品内孔为 H7。换向器与转子轴配合时，孔不应开裂；在绕线力矩作用下不转动、无位移。为此应对换向器作纵向和横向压裂试验，以确认换向器的力学性能：机械强度和弹性变量。,单相串激电机的主要零部件材料,火花的形态： 1、点状火花（很微弱且不连续）； 2、粒状
18、火花（较点状火花大，亮度也较点状火花强）； 3、火球状火花（在碳刷滑出边上停留或浮动的红色或白色的明亮球状火花）； 4、火舌状火花（在碳刷滑出时，火花拖长，有短火苗，一般为红色）； 5、爆鸣状火花（火花明亮，有较大的放电声响）； 6、飞溅状火花（火舌拖出较长，有火星飞越现象）； 7、环火状火花（碳刷滑出边火花拖长并附在换向器表面形成环火）。,火花,火花,产生火花的原因很多，如电磁因素、电位因素、机械因素和化学因素等1. 电磁因素:电磁因素产生火花的原因很复杂且很难改善,只做了解即可;2. 电位因素:电源电压是通过几何中心线上的两个碳刷加在电枢绕组上的，粗看起来，电压是均匀分布在每个元件上。其实
19、每个元件的电阻因线圈感抗的影响是不一样的，而是先绕的元件电阻小，后绕的元件电阻大，先绕的阻值小，根据欧姆定律U=IR,承受电压低,它连接的换向片片间电压也低。后绕的阻值大，承受的电压也高，连接的换向片片间电压也高。,高低不一的绕组元件就在电机运行时，就产生电位火花。 每个换向片间的电位压降计算公式为:Up=2U/K,其中U为电源电压,K为换向器的片数, 在换向器片数相同的情况下,230V比120V的电机每个换向片间的电位压降要高,电动工具用串激电动机换向片间的电位压降推荐Up=1016V. 改善由电位因素产生的火花可采用以下方法:a. 采用片数多的换向器，或者采用多槽冲片,尽量减少换向片间的电
20、位压降,但制造成本会增加;b.换向元件间电阻值差要小,改进制造工艺质量 ,将换向器每个片间电阻控制在8%以内.,火花之电位因素,火花,3.机械因素由于机械原因引起火花大原因很多，而且复杂，只能挑主要的和经常遇到的来叙述:1、换向器偏心，转子动平衡不良引起转子跳动加剧；2、换向器质量不好,相邻换向器片间出现间距不等,高低偏差；3、换向器表面加工精度不高；(一般要求Ra0.4)4、碳刷压力不当，过大或过小；5、碳刷材质不良，碳刷弹簧淬火处理不符要求；（当温度升高时，弹簧失去弹性压力）,碳刷在刷握里配合尺寸过松，引起碳刷在刷握里跳动，过紧将碳刷卡住，造成接触不良；(一般要求0.05-0.39MM)；
21、 换向器与刷握端面间距过大；(一般要求1.5 0.5MM）； 换向器片间电压过多( 25V)，碳刷电流密度过大(12A/cm) ； 碳刷的圆弧面与换向器表面的圆弧面吻合度小于80%； 电机绕组存在缺陷，出现绕组短路或开路现象； 转子点焊不良,出现虚焊和假焊现象.,火花之机械因素,火花,4.化学因素电机在正常工作时，换向器和碳刷接触表面上有一层氧化亚铜薄膜。这层薄膜的电阻很大，又乌亮光滑，因而能使换向近似于直线电阻换向。(换向方式分为:直线换向.延时换向和超前换向)正常运转情况下碳刷的摩擦作用，可能把换向片表面的氧化亚铜薄膜破坏，但是在电流流过碳刷与换向片时，由于温度较高以及空气中含有水分，又使
22、换向器表面氧化，生成氧化亚铜薄膜，这样，换向器表面的氧化亚铜薄膜，在电机运行过程中处于不断破坏和不断生成的动态平衡中。,温升,电机绕组温升的计算公式为:（绕组法测试）T=(R2-R1)/R1(K+T1) (T2T1)单位: KR1:开始测试时绕组的冷态直流电阻;()R2:测试结束时绕组的热态直流电阻;()T1:开始测试时绕组附近的环境温度;()T2:测试结束时绕组附近的环境温度;()K:绕组系数,铜: 234.5,铝：225(注:温升的测试方法有绕组法和电偶法两种),温升,举例计算电机绕组的温升,电 阻,温 度,温 升K,要求值K,测试结果,0.94U,转子,定子,R1,R2,T1,T2,T,
23、1.098,1.430,27,30,76.1,90,PASS,1.542,1.970,27,30,69.9,90,PASS,1.06U,转子,定子,1.098,1.440,27,27,30,30,78.5,90,90,PASS,PASS,1.542,2.000,74.7,以0.94U转子为例计算温升 T=(R2-R1) (234.5+T1)/R1-(T2-T1) =(1.430-1.098) (234.5+27)/1.098-(30-27) =(0.332261.5)/1.098-3 =79.07-3 =76.07(K),GS标准 90K UL标准 75K,火花,效率,P1=P2+PP1: 输
24、入功率,P2: 输出功率, P: 总损耗效率公式为:=P2/P1=(P1- P)/P1=(UIcos- P)/P1,振动,最大残余不平衡量:指转子在空载转速时转子上剩余的不平衡量不至于导致转子的振动,此时转子上剩余的不平衡量称为转子的最大残余不平衡量. 最大残余重心偏移距离:指转子上的最大残余不平衡量偏移转子轴中心的距离,其计算公式为:e=9550G/ n (单位m)其中:G为平衡精度,一般电动工具的平衡精度规定为G6.3级,即 G=6.3mm/s , n 为转子的空载转速,单位:rpm(注:国际标准ISO1940-1973(E)旋转刚体平衡精度,将平衡精度等级分为G0.4-G4000,共11
25、级,数值越小,要求的平衡精度越高) 最大残余不平衡量的计算公式为:m=Me /r (单位g)其中M为转子的质量（Kg）,e为最大残余重心偏移距离 (m), r为转子的半径(mm).,振动,举例：假设转子的质量为0.57Kg,转子外径为41.5mm,转子转速为33000rpm, 要使转子达到G6.3级的平衡精度,该转子的最大残余重心偏移距离和最大残余不平衡量的计算方法如下:A. 最大残余重心偏移距离:e=9550G/ n=95506.3/33000=1.823 mB.最大残余不平衡量:m=Me /r=0.571.823/20.75=0.050g按最大不平衡量均匀分布到左右两个校准面上来考虑，则左
26、右两个校准面上允许的最大残余不平衡量为 0.05/2=0.025g=25mg,振动,假如我们将以上例子中的转速改为10000rpm,则最大残余重心偏移距离和最大残余不平衡量分别为:A. 最大残余重心偏移距离:e=9550G/ n=95506.3/10000=6.0165 mB.最大残余不平衡量:m=Me /r=0.576.0165/20.75=0.165g按最大不平衡量均匀分布到左右两个校准面上来考虑，则左右两个校准面上允许的最大残余不平衡量为:0.165/2=0.0825g=82.5mg这说明: 在转子其他条件相同的情况下,要达到同样的平衡精度G6.3级,则转速高的转子允许的最大残余不平衡量
27、要比转速低的转子允许的最大残余不平衡量要小很多.通过计算还可知道,在转子质量相同的情况下,转子外径越大的转子允许的最大残余不平衡量越小,在转子外径相同的情况下,重量越大的转子允许的最大残余不平衡量越大.,振动,减少转子初始不平衡量的措施：1.转子冲片齿槽均匀分布的角度误差要小(高速冲模具保证)(见下图);2.要注意转子冲片内孔分布的键槽孔和平衡槽.扣片槽的对称分布及重量的相互补偿(高速冲模具保证);(见下图)3.要控制转子冲片与轴配合后的同心度,确保铁芯外圆跳动在0.08MM以下;4. 换向器的平衡性及同心度要好,换向器车削后同心度要求在0.015MM以下;,5. 转子绕线时要控制好两个飞叉的绕线张力,尽量保证绕完线后两个线包高度的一致性和均匀性;6. 转子滴漆既要保证漆能渗透到绕组深部,还应注意滴漆的均匀性;7. 需要包封的转子,要尽量使包封胶厚薄均匀的分布于转子颈部,要对包封胶的粘度配方及包封胶量的大小进行控制;8. 要确保风叶压入后风叶的平面跳动在0.3MM以下;一般来讲,只要在电机设计及制造工艺上注意以上八点,转子的初始不平衡量将会得到极大的改善,将为转子的动平衡工序创造有利的条件. 同时也将极大的改善电机的振动和噪声.,振动,THE END!,
