认识空心杯电机（3）

李业新

独特的无铁芯结构，让空心杯电机的调速原理异于传统电机。不过与普通有铁芯电机一样，空心杯电机同样要定期检修和维护。本期整理了一些空心杯电机使用维护方面的小技巧，供模友们参考。

六、空心杯电机的调速原理

空心杯电机由类似普通鼠笼式电动机结构和电磁调速转差离合器组成。鼠笼式电动机，指的是转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是取铝条或铜条，经短路环焊接或铸造而成的三相异步电动机。电磁调速转差离合器的调速环由电动机拖动旋转，为主动部分；磁极上装有励磁绕组，为从动部分。被拖动的调速机构连接在从动部分的转轴上，励磁绕组的引线接于滑环上，通过电刷与晶闸管控制装置相接。当励磁绕组通入电流时，产生的磁通经气隙进入电枢。若感应电动机带动电枢旋转，则电枢铁芯就会切割磁力线。

将普通鼠笼式电动机和电磁调速转差离合器相结合，调速时鼠笼式电动机的转速始终接近额定转速，并拖动电磁调速转差离合器的主动转子转动。离合器内，主动转子通过直流磁通与从动转子联系，带动从动转子旋转。若改变离合器内直流磁通的大小，便可平滑地调整从动转子的转速。因此空心杯电机调速的关键，在于电磁调速转差离合器。

空心杯电机调速原理如右图所示：离合器主动转子1与电动机5之间为刚性连接。主动转子（电枢）是一个钢制的杯状圆筒，从动转子（爪极）由爪状磁极7固定在从动轴上，二者间有气隙。爪极中部绕有励磁线圈4，由直流电源供电励磁。铁芯两端成爪状交叉，形成N极、S极交替的爪极结构。磁路为N爪极-气隙-电枢-气隙-S爪极-从动转子-N爪极。电动机带着主动转子转动时，电枢切割爪极磁场产生涡流。此涡流与爪极磁场作用产生转矩，使从动转子随主动转子同方向旋转。其中从动转子的转速低于主动转子，二者间存在转差。励磁电流越大，联系主动转子与从动转子的磁通越强、转差越小、离合器输出转速越高。

普通鼠笼式电动机结构、电磁调速转差离合器调速效果的优点是结构简单、运行可靠、调速平滑性好；缺点是电磁转矩靠电枢内涡流传递，涡流损耗较大、调速效率较低。

七、产品设计及电机安装的注意事项

空心杯电机属于直流有刷电机，外形小巧，除了小级别穿越机，更多被用在手机上。在设计和安装中，有一些需要注意的事项。

1.由于在标称的额定电压下工作时，电机的综合性能最优，因此在做电路设计时，应尽量让飞行器的工作电压接近额定电压，而不要大大超出。

2.设计电机供电控制模块时，要考虑使其输出阻抗尽量小，防止有负载时因输出电压大幅度下降，电机震动变大。

3.针对柱式空心杯电机，在检验或测试堵转电流时，时间不宜过长，以小于5秒为宜。原因是堵转运行时，几乎所有的输入功率都会转化为热能（计算公式为P=I2R）。一旦时间过长，可能导致电机线圈温度偏高，继而发生变形、影响整体性能。

4.有些空心杯电机需带安装支架。故在设计定位卡槽时，一是注意不要让电机与产品外壳间空隙过大；二是考虑用橡胶套连接电机和定位卡槽，且二者采用过盈配合。这两点，都是为了尽量减小整体产品运行时可能产生的附加震动（机械噪声），保证电机正常工作。

5.由于磁钢元件的好坏，会大大影响空心杯电机的性能，因此在安装时绝不能让它靠近强磁区。

6.空心杯电机的电线绝缘皮不耐焊接，安装时需特别注意焊接温度和时间。推荐控制在320℃左右、持续1 - 2秒。

7.不管是从包装盒中取出空心杯电机，还是在焊接过程中，都要避免用力拉扯或多次大角度弯折电机引线。

八、给空心杯电机排障

望、闻、问、切，是中医诊断疾病的4种常用方法。维护空心杯电机产品时，同样有4种方法，分别是看、听、闻、摸。如果能够熟练掌握这些技巧，就能及时预防、发现、排除故障，保证电机的安全运行。

1.看

观察电机运行过程中有无异常。出现以下几种情况时，可判定电机故障。

（1）电机在运行过程中冒烟。故障原因可能为定子绕组短路。

（2）电机转速变慢，且发出较沉重的“嗡嗡”声。故障原因可能为电机严重过载或未磨合到位。

（3）电机在正常运行时突然停止。故障原因可能为引线连接处松脱（严重时会看到接线松脱处冒火花）、保险丝熔断、电机某元件卡住等。

（4）电机剧烈震动。故障原因可能为传动装置卡住、电机固定不到位等。

（5）电机内接触点和连接处有变色、烧痕、烧毁烟迹等现象。故障原因可能为电机局部过热、导体连接处接触不良、绕组线圈烧毁等。

2.听

正常运行时，电机会发出均匀、较轻的“嗡嗡”声，没有杂音或其他特别的声音。如果发出较沉重或响亮的噪声，如轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等，表明电机很可能存在故障。排障方法如下。

（1）电机发出忽高忽低且沉重的电磁噪声，可能原因有3种——定子与转子间隙不均匀、磁钢固定螺栓松动或三相电流不平衡。

如果定子与转子的间隙不均匀，电机会发出忽高忽低的声音，且高音与低音的间隔时间不变。这是电机轴承磨损，导致定子与转子不同心造成的。

磁钢固定螺栓松动，多半因电机运行时的震動造成。而固定螺栓松动，会直接导致电机中的磁钢在转动过程中摇晃，从而发出噪声。

三相电流不平衡的电机，往往会严重过载或缺相运行，发出沉闷的声音。排除这一故障时，注意看电机是否存在三相绕组误接地、短路、接触不良等问题。

（2）监听电机运行中轴承的声音。方法是：将螺丝刀的一端顶住电机轴承安装位，另一端贴近耳朵，便可听到轴承运转的声音。若运转正常，声音应为连续、细小的“沙沙”声。如果出现以下3种声音，可判定为异常。

一是发出“吱吱”声。这其实是金属摩擦声，一般为轴承缺油所致，解决办法是拆开轴承、加注适量润滑脂。

二是发出“唧哩”声。这是滚珠转动的声音，一般为润滑脂干涸或缺油所致，解决办法是为轴承加注适量油脂。

三是发出“喀喀”或“嘎吱”声。这是轴承内滚珠不规则运动产生的声音，一般为轴承内滚珠损坏，或电机长期未启用、润滑脂干涸所致。解决办法是更换轴承，或加注适量润滑脂。

（3）若传动机构发出连续而非忽高忽低的声音，需分3种情况处理。发出周期性“啪啪”声，可判定为皮带接头不平滑；发出周期性“咚咚”声，可判定为联轴器或皮带轮与轴间松动，或者键、键槽磨损；发出不均匀的碰撞声，可判定为风叶碰撞风扇罩。

3.闻

通过闻电机的气味，能够判断故障原因。如果闻到特殊的油漆味，说明电机内部温度过高；若有很重的糊味或焦臭味，很可能是绝缘层已被击穿或绕组线圈已烧毁。

4.摸

通过触摸电机的某些部位，也能判断故障原因。在此特别要求，触摸时一定要佩戴手套，且用手背去碰触电机外壳、轴承等部位，以确保安全。

电机某些部位温度异常，可能有5种原因：通风不良，如风扇脱落、通风道堵塞等；电机过载，导致电流过大，从而使定子绕组过热；定子绕组短路或三相电流不平衡；电机被频繁启动或制动；轴承周围温度过高，可能是轴承损坏或缺油。

九、维护电机的一般步骤

一旦确定空心杯电机有故障，须将其拆卸送修或做简单维修。即使未出故障，电机也需要正常维护。不管是检修还是维护，模友不仅要做好拆卸前准备、整理工作面等，还得提前了解电机的结构特点、性能参数等。建议养成做记录的习惯，详尽描述每次拆卸时电机的状态。

1.拆卸前，用壓缩空气吹净电机表面灰尘，并将表面污垢擦拭干净。

2.选择明亮宽敞的工作面，用作拆解电机的场所，并提前清理好。

3.熟悉待检修电机的结构特点和检修技术要求。

4.在工作面上准备好拆解电机需要用到的工具和设备，并有序排列。

5.在条件允许的情况下，做一次拆卸前检查试验，以进一步了解电机运行中的缺陷。例如让电机带负载试转，首先详细检查电机各部分的温度、声音、震动等情况，然后测试其电压、电流、转速等数据，再做一次空载试转，测试其空载电流和空载损耗。

6.先切断电源、拆除电机外部接线，将电机卸下来。

7.选用合适电压范围的欧姆表，测试电机的绝缘电阻。为了方便与上次检修数据做对比，须将不同温度下测出的绝缘电阻值做换算，一般取75℃时的绝缘电阻值。通过比较各次检修时的绝缘电阻值，可判断电机的绝缘状态和绝缘变化趋势。

8.测试电机的吸收比K。吸收比指测量设备对地绝缘15秒、60秒两个时刻绝缘阻值的比值。由于给设备加载直流电压的时间长度不同，影响其潮湿状况，因此该比值可用于判断环境的潮湿程度是否影响其绝缘能力。

吸收比K是判断电机绝缘受潮情况的重要数据。如果K大于1.33，表明电机绝缘不曾受潮或受潮程度不严重。为了方便与之前的数据进行比较，同样要将任意温度下测得的吸收比换算到同一温度。（未完待续）