电动机结构原理

电动机结构原理（精选10篇）

电动机结构原理 第1篇

(三) 排气系统基本结构

1.单排气系统

直列型发动机在排气行程期间, 气缸中的废气经排气门进入排气歧管, 再由排气歧管进入排气管、催化转换器和消声器, 最后由排气尾管排到大气中。这种排气系统称作单排气系统。

1-氧传感器2-空气滤清器3-PAIR阀4-废气循环电磁阀5-进气歧管

2.双排气系统

V型发动机有2个排气歧管, 在多数装配V型发动机的汽车上仍采用单排气系统, 即通过一个叉形管将2个排气歧管连接到一个排气管上。来自2个排气歧管的废气经同一个排气管、同一个消声器和同一个排气尾管排出。但有些V型发动机采用2个单排气系统, 即每个排气歧管各自都连接一个排气管、催化转换器、消声器和排气尾管。这种布罩形式称作双排气系统。

3.排气歧管

排气歧管的形状十分重要。为了不使各缸排气相互干扰及不出现排气倒流现象, 并尽可能地利用惯性排气, 应该将排气歧管做到尽可能地长, 而且各缸支管应该相互独立、长度相等。

4.消声器

排气有一定的能量, 同时由于排气的间歇性, 在排气管内引起排气压力的脉动。若将发动机排气直接排放到大气中, 将产生强烈的、频谱比较复杂的噪声, 其频率从几十赫到一万赫以上。排气消声器的功用是降低排气噪声。

5.三元催化转化器

三元催化器的结构三元催化器主要由壳体、减震层、载体、催化器等部分组成。壳体由不锈钢板材料制成, 外面装有隔热罩, 防止高温对外辐射和外部撞击或溅水造成的损坏。减震层是壳体与载体之间的减震密封垫, 主要起减震, 缓解热应力, 保温和密封的作用。载体一般用金属陶瓷或金属板制成, 其结构做成蜂窝状。做成蜂窝状的目的是为了加大催化面积。在蜂窝状载体孔道的壁面上涂有一层多孔的活性层, 其粗糙多孔的表面可使载体壁面的实际催化反应面积大大增加。

6.二次空气喷射系统 (PAIR系统)

二次空气喷射系统 (PAIR系统) 见图9。

去除废气中的HC和CO排放物需要氧, 这可以通过PAIR系统提供, 他会将空气送入排气系统中, 当排气压力低于大气压 (负背压) 时提供二次空气, 如果排气压力高于大气压力 (正背压) 时簧片阀防止废气被送入大气。见图10。

7.废气再循环EGR系统

见表18。

(1) 废气再循环阀, 废气再循环阀是该系统中最重要的元件, 按照控制方式可分为由进气歧管真空度控制的真空膜片式EGR阀 (见表19) 和由发动机ECU控制的电磁式EGR阀 (见表20) 。真空膜片式EGR阀能够实现的EGR率一般为5%～15%之间;电磁式EGR阀则可实现较大EGR率的控制, 并且控制更加方便。

8.燃油蒸发控制系统EVAP

电控EVAP是由活性碳罐、碳罐控制电磁阀、双通阀等组成。

(1) 燃油蒸发控制系统EVAP组成见表21。

2) 燃油蒸发控制系统EVAP基本控制原理见图11。

电动机结构原理 第2篇

电动牙刷由于每天使用，刷头和某些零部件的磨损率大；而且装有电气和机械零部件的外壳难免会与水接触，零部件容易进水或受潮；还有经常会摔跌和碰撞；所以常常会产生一些故障。这些故障中，除了刷头的刷毛磨损和刷头严重损坏之外，大多可以自行修复。本文下面就来讲解电动牙刷的种类、原理、基本结构、维修方法和技巧，希望能给大家带来启发和帮助。

特点、种类、基本结构和原理

保持口腔清洁是预防牙病的重要条件。很多人天天刷牙却仍然无法避免各种口腔疾病的发生，为什么呢？因为普通牙刷很难彻底清洁牙齿的窝沟、牙龈沟和齿缝等特殊部位，病菌在这些地方大量繁殖，从而形成牙菌斑，这正是造成蛀牙和许多牙周疾病的元凶。此外，错误的刷牙姿势或刷牙时用力不适度又往往会给口腔和牙齿造成不必要的伤害。电动牙刷的诞生无疑使这些问题迎刃而解。电动牙刷通过刷头的快速旋转，使刷头产生高频振动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝；与此同时，刷毛的颤动还能促进口腔的血液循环，对牙龈组织有意想不到的按摩效果。口腔护理临床研究结果证实，设计良好的电动牙刷比普通手动牙刷能更彻底地清除牙菌斑(可达35%~50%)，通常使用电动牙刷四―五周以后，可降低牙龈炎和牙龈出血60%左右，更能有效减少牙渍，并使牙齿自然洁白。这一创新的牙刷产品不仅将为消费者带来全新的口腔清洁感受，更将在广大家庭中掀起一场“口腔清洁革命”。

电动牙刷的种类不少，一般主要以功能来分类，最基本的功能当然是牙刷，其它都是附加功能，如：全防水设计、充电座、定时器、刷牙时间提醒、充电显示灯、计时LCD（液晶屏）显示、双重刷头(杯型及半月型）、刷毛及齿间刷毛绿色寿命显示和自动喷水等功能。图1~6所示为几种较有代表性的电动牙刷外形示意。其中图1所示为佳洁士牌普通电动牙刷。其余为飞利浦、博朗等进口和外资品牌产品，具有某些上述附加功能，但大多价格较贵，目前社会拥有量不多。下面主要以图1所示的佳洁士牌普通电动牙刷为例，介绍电动牙刷的结构和维修。

电动牙刷的基本工作原理是，由电机驱动内部动力传动机构带动刷头转动而实现刷牙功能。普通电动牙刷的结构较简单，如图7所示，主要是由刷头、刷头杆外壳、直流电机、动力传动机构、电源开关、手把外壳、电池和电池仓盖等零部件组成的。其中直流电机、动力传动机构和电源开关的结构请参见后面的附图。电动牙刷的电路更简单，是由电机、电源开关和电源（电池或充电电池）等所组成，如图8所示。其电机一般都是采用直流永磁电机，基本结构和原理与我们前面介绍过的电须刀所用的电机相同。

当合上电动牙刷的电源开关后，电机M通电，电机轴旋转，驱动主轴齿轮转动，使扁齿轮也旋转。由于扁齿轮上有偏心轴，转动时带动传动杆，使刷头运动杆连接头作前后往复运动，从而推动圆形刷头以每分钟近千次至几千次（有些品牌产品可以达上万次）的速度运动，效率远高于手动牙刷，但它对刷毛的要求也更高，以期不损伤牙龈。

电动牙刷刷头的运动方式常有三种：一种是刷头作往复直线运动，一种是刷头作旋转运动，还有一种兼有两种刷头。刷头的刷毛采用软质塑料纤维（佳洁士牌电动牙刷采用杜邦软刷毛），毛端均加工成球形，既不会损伤牙齿和牙床，又不影响刷牙效果。不仅可以把每一颗颗牙齿都刷干净，而且还对牙床起按摩作用。有些电动牙刷还有强、弱转换开关，可以根据个人喜好选择刷头的运动速度。图7所示的佳洁士电动牙刷，采用独特的二维动力创新设计刷头，能更有效地深入清洁普通牙刷难以刷到的地方，为口腔带来洗牙一般的洁净感受。其牙刷手柄较大，刷头则较小，更符合人体工程学的人性化设计。

电动牙刷一般都具备防水功能，但价格较低的品种一般属于局部防水型，使用时不能将整支牙刷浸入水中。

电动牙刷常见故障维修

1.电动牙刷的拆装要领

虽然电动牙刷的结构较简单，但因为体积小巧，零部件较精致，而且许多产品都采用防水密封设计，所以拆装时必须仔细耐心，掌握一定的拆装要领，否则会多走弯路，甚至弄坏外壳或内部零部件。下面仍以图7所示的电动牙刷为例介绍拆装要点，请参见图7、图9和图10。

( 1)拆卸时，首先旋下刷头（总成）并放置好（如果不需检查刷头，则不要拿下刷头保护罩，以免刷毛受损）。随后拨开、取下电池仓盖，拿出两节5号电池。再退出手把上下壳体上的防水密封橡皮圈（图9）。

( 2)然后开始拆卸手把外壳的上、下体。由于上下壳体之间是用胶水粘合的，拆卸时绝对不可乱撬猛拉，不然很容易弄坏外壳。通常，可以用锋利的小刀先在外壳上、下体的电池仓部位的结合处小心切入，待小刀全部进入壳体后，可加大切入力度，直至将上下壳体完全分开为止。注意：小刀切入时应该循序渐进，一般在切入壳体二分之一之前应在两边轮流交替切动，不要只在一边切撬，否则容易损坏壳体。分开上下壳体后，就可看到如图9所示的电动牙刷内部结构，包括电机、传动机构、电池接触簧片和弹簧等零部件。

( 3)如果需要拆卸电机，只要拧出电机固定框上的4个固定螺丝，就能卸下固定框和电机了。拆卸电机后，可以看到电源开关的动簧片等结构，如图10所示。

传动机构的结构很简单，如果需要拆卸，只要拧下2个螺丝就可以了。

(4)检修好相关零部件或电路后，只需按相反上述步骤重新安装即可。应该注意，由于电机的两个引出端头（其中一个引出端头为电机外壳）通过两片簧片（一片为电源开关的动簧片）与电池接触簧片连接，两者间的接触是否良好极为重要，为保证接触良好，务必在拆卸时小心，别扭弯或拨错了。如果发现不良，重安装时应作调整，使簧片保持合适的弯折角度；若发现角度明显不对，影响接触良好的，可以拆下簧片，重新弯折后再安装。

电动机结构原理 第3篇

3 电动汽车的基本结构

电动汽车系统由3个子系统组成, 即电力驱动子系统、主能源管理子系统和整车控制子系统。其中, 电力驱动子系统又由电控系统、电动机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成;主能源管理子系统由主电源和能量管理系统组成, 能量管理系统是实现能源利用监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件;整车控制子系统 (整车控制器) 接受驾驶员的踏板信号和其它信号, 然后作出相应的判断, 控制下层各个部件作出动作, 驱动汽车正常行驶, 并尽可能实现比较高的能量使用效率。电动汽车与传统汽车相比结构简单。传统汽车的动力是通过刚性联轴器和传动轴传递的, 电动汽车的能量则基本上是通过柔性的电缆传输的, 且其电动机及传动系统可以有多种不同的选择, 因此电动汽车各个部件的选择和布置有很大的灵活性。

目前, 电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池, 但随着电动汽车技术的发展, 许多新型电池也在发展中。这些电源 (电池) 主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等, 新型电源的应用, 为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能, 通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机, 这种电机具有“软”的机械特性, 与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花, 比功率较小, 效率较低, 维护保养工作量大。随着电机技术和电机控制技术的发展, 势必逐渐被直流无刷电动机 (BCDM) 、开关磁阻电动机 (SRM) 和交流异步电动机所取代。

电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的, 其作用是控制电动机的电压或电流, 完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。早期的电动汽车上, 直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的, 且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂, 现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速, 通过均匀地改变电动机的端电压, 控制电动机的电流, 来实现电动机的无级调速。

伴随着新型驱动电动机的应用, 电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用, 将成为必然的趋势。在驱动电动机的旋向变换控制中, 直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向, 实现电动机的旋向变换, 这使得电路复杂, 可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时, 电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可, 可使控制电路简化。此外, 采用交流电动机及其变频调速控制技术, 使电动汽车的制动能量回收控制更加方便, 控制电路更加简单。

4 电动汽车的驱动电机

电动汽车驱动电机目前使用较多的有直流有刷、永磁无刷、交流感应和开关磁阻等4种电机。最早采用的是有刷直流电动机作为驱动电机, 因为只有直流电动机的特性才能适合车辆运行的特点。在电子技术和电子元器件取得突破性进展之后, 交流异步电动机的调速问题得到解决, 交流异步电动机作为驱动元件的方案也被电动车辆采用。但是最有发展前途的还是无刷直流电动机, 因为它的起动力矩大、过载能力强、体积小、省电、高效率、长寿命、免维修、控制方便的特点正适合电动车辆的运行特性。无刷直流电动机是一种机电一体化产品, 除了电动机本体外, 还必须带有传感器, 以检测定、转子之间相对位置。而且, 离开了驱动控制电路无刷直流电动机不可能运行。

电动汽车电动机的3种主要形式异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机。电动汽车直流电机按有、无永久磁铁分类, 有永磁电机和串激电机2类。永磁电机的转子或者定子有一个是永久磁铁, 另一个则是漆包线绕制的线包;串激电机的转子和定子都是漆包线绕制的线包。同样功率的电机, 永磁电机比串激电机省电。永磁电机又分为有刷电机和无刷电机两大类。无刷电机连续转动, 是靠转子磁场和定子磁场的同性相斥、异性相吸进行的;有刷电机是靠换向器和电刷的配合来自动完成, 换向器和电刷装在电机内部。

国外电动客车用电机驱动系统目前以异步驱动为主;永磁同步驱动则是未来的发展方向, 在控制方式上可实现数字化, 在结构上可实现电机与齿轮箱的一体化。随着混合动力汽车的发展, 电机系统的水平也在不断强化, 数字化是电机驱动技术发展的必然趋势。永磁电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点, 采用矢量控制的驱动控制系统, 可使永磁电动机具有宽广的调速范围。而集成化则有两个方面:一个是电机与发动机总成、电机与变速箱总成的集成, 另一个则是驱动器中电力电子总成的集成, 它包括开关器件、电路、控制、传感器、电源等的集成。

5 电动汽车的工作原理

与燃油汽车相比, 电动汽车的结构特点是灵活的:首先, 电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递的, 因此, 电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性;其次, 电动汽车驱动系统的布置不同 (如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等) 会使系统结构区别很大, 采用不同类型的电动机 (如直流电动机和交流电动机) 会影响到电动汽车的质量、尺寸和形状;不同类型的储能装置 (如蓄电池和燃料电池) 也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。另外, 不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构, 例如蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电, 或者采用替换蓄电池的方式, 将替换下来的蓄电池再进行集中充电。

根据制动踏板和加速踏板输入的信号, 电子控制器发出相应的控制指令来控制功率转换器的功率装置的通断, 功率转换器的功能是调节电动机和电源之间的功率流。当电动汽车制动时, 再生制动的动能被电源吸收, 此时功率流的方向要反向。能量管理系统和电控系统一起控制再生制动及其能量的回收, 能量管理系统和充电系统一同控制充电并监测电源的使用情况。辅助动力源供给电动汽车辅助系统不同等级电压并提供必要的动力, 它主要给动力转向、空调、制动及其它辅助装置提供动力。除了从制动踏板和加速踏板给电动汽车输入信号外, 转向盘也是一个很重要的输入信号, 动力转向系统根据转向盘的角位置来决定汽车灵活地转向。

电动机结构原理 第4篇

【关键词】电热电动器具 原理 维修

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）04B-0054-02

电热电动器具原理与维修是中职电子专业的核心课程，其教学内容包含了常见电热、电动类家用电器的原理解析和常见故障检修，涉及的内容多、范围广。在传统的教学模式下，教师讲得多，学生练得少，评价手段单一，加上学校实训器材有限的情况下，学生往往很难掌握到对应的家电维修技术。教育部等六部委关于《现代职业教育体系建设规划（2014-2020年）》的通知指出：健全职业教育质量评价制度，以学习者的职业道德、技术技能水平和就业质量为核心，建立职业质量评价体系。在这样的职教改革形势下，电热电动器具原理与维修课程教学改革势在必行。

一、整合教学内容，改进教学方法

中职学校的学生素质总体不高，文化基础较差，对专业学习缺乏兴趣，而中职专业课程教材的理论部分不好理解，如果专业教学一味讲解理论，轻视甚至忽略实践，势必会加重学生厌学情绪，影响教学效果。因此，改革课堂教学，首先是整合教学内容，然后再配套相应的教学方法。

教学内容整合，是课程教学改革的基础。电热电动器具原理与维修课程在理论知识方面包括电热电动元器件识别及电热电动设备的工作原理分析等，维修技能方面则涵盖了常见元器件的检测和更换、电路原理图的识读、家用电子产品维修等。针对学生情况及教材情况，我们在强调专业基本功的同时，以“项目引领”为主线，充分体现“理实一体”的特点，强调“做中学，在学中做”的理念，把具有代表性的电热电动器具维修作为学习项目，把涉及电器维修的知识点、技能点、岗位要求等内容根据项目情况以不同任务出现。例如，在电饭锅原理与维修项目中，我们可以大致分为几个任务：电饭锅拆装与结构认识、电饭锅工作原理解析、电饭锅主要元器件识别与检测、电饭锅故障检修（以典型、常见的为主）等。这样的学习项目设置能极大地激发学生的学习兴趣，帮助学生快速入门，把学习家用电热电动设备维修变得轻松愉快。此外，我们还可以根据当前家电行业行情，增加家电发展中的新技术、新产品，删减教材中的老旧产品，合理整合、安排教学内容，切实提高教学的效率。

教学方法改革是课堂教学改革的关键，教学方法的改革也总是与教学内容改革相适应的。因此，在对电热电动器具原理与维修教学内容进行整合后，我们可以以项目教学法为主，辅以小组合作学习的教学方法组织教学。教学中，教师可以针对不同的维修对象、故障现象，结合专业能力要求和岗位标准进行必要的讲解，然后提出项目任务，并和学生一起确定项目目标。学生则在小组合作的基础上，制订项目工作计划、步骤及流程，通过小组分工与合作，组织实施项目，教师在巡视中，给予意见和指导。整个教学过程充分体现学生的主体地位，调动学生学习的主动性，激发学生学习的热情，使学生能很好地完成学习任务，教师也能从以往的“说教”中解脱出来。

二、创新实训模式，注重实训成效

“演示+模拟”以及单一技能传授的实训模式已经不能适应当前教学改革的需要，更不能适应实际生产的需要。创新实训教学模式，实现实训管理与企业管理对接、实训流程规范化，并不断拓展实训空间以满足家电行业发展的需要，才能不断地提高实训成效，促进电热电动器具原理与维修课程教学改革。

实训管理与企业管理相对接，要求实训室的布置参照家电售后维修工作部进行布置，对电热电动器具、维修工具、电子元器件进行规范、统一的摆放，墙面设立家电企业文化、“7S”管理要求等，构建企业实际工作环境的实训教学场地，让学生切身感受到上课如上岗，实训有要求，管理有制度，以环境培养学生良好的职业素养。实训流程规范化，要求学生明确每一个实训项目的具体操作要领，实现对工艺、操作要领的规范化，对仪表、工具使用的规范化，对电热电动器具维修流程的规范化，确保学生养成良好的职业习惯。拓展实训空间，是基于家用电子产品更新换代极快，学校实训条件跟不上社会发展需要提出的。一方面，我们可以发动学生将家里有故障的电热电动器具带来学校，在教室开辟“维修角”，让学生有更多交流、探讨的空间。另一方面，我们可以组织学生到居民小区进行义务家电维修，让学生有机会接触更多的家电类型和故障现象，并提升学生的服务意识，真正意义上提升实训成效。

三、实现多元评价，优化课程考核

优化课程考核，是电热电动器具原理与维修课程教学改革的重要内容。传统的课程考核往往是“一纸一笔”定天下，即便是平时+期末，在评价考核标准缺失的情况下，仍然很难体现学生的技能掌握情况和职业素质。因此，要优化电热电动器具原理与维修的课程考核评价，就必须结合专业培养目的、岗位要求等因素，制定出实践技能考核评价标准，实现对每个学生、每个工作组的多元评价。

评价标准的制定是做好课程评价的基础。电热电动器具原理与维修课程评价标准中涉及的评价内容应该是多元的、能促进学生全面发展的。评价标准不仅涉及相关电器维修的专业知识、专业技能，还把学生的情感价值观进行综合评价：学生的自我管理能力、自学能力、沟通交流能力、团队合作能力等职业能力要求列入评价标准；不仅要关注学生是否能实现对具体家电的检测、维修，还关注学生在学习过程中是否按具体的岗位标准、工作流程进行操作等。

优化电热电动器具原理与维修的课程评价还体现在评价主体的多元化。传统的教学评价中，教师主要也是唯一的评价者，学生也只作为单一的评价对象，不利于学生的全面发展。评价主体的多元化要求学生和老师，甚至行业和企业共同参与评价，实现开放性的评价：让学生在评价中既能及时发现自己的不足，也能清楚自己的优势；既能及早了解行业、企业的标准，也能尽早地找出自己的差距。行业、企业评价一般考虑在该课程的阶段性考核和终结性考核或是相关维修技能比赛的时候介入，至于行业、企业的选取，我们可以根据当地的实际情况综合考虑，可以是家电维修资格证书的考评人员，也可以是家电售后维修的技术专家，等等。通过这样多方参与的评价，学生实践能力的评价更为真实、科学、恰如其分，还可以帮助学校和任课教师利用评价结果及时发现教学中存在的问题，最终实现教学与实际生产的对接。因此，教学评价主体必须多元化，才能保障评价活动切实提供多角度、多层面的评价信息，促进教学的长效发展。

综上，电热电动器具原理与维修课程教学改革，是以就业为导向、满足岗位要求为目标的，是一项艰巨的任务。它不仅对学生提出了新的要求，要求学生追求全面的发展，而且对专业教师也提出了新的要求，即要求教师具备更为扎实的专业技术，能组织理实一体化教学；要求教师能不断地更新教学理念，以适应新教改的要求，适应培养新型技能型人才的要求。

【参考文献】

[1]张骥.现代职业教育电类专业教学法[M].北京师范大学出版社，2009

[2]范欣南.高职计算机应用技术专业实训模式改革初探[J].信息与电脑，2012（5）

[3]李雄杰.职业教育理实一体化课程研究[M].北京：北京师范大学出版社，2011

【作者简介】梁伟媚，女，广西贵港市职业教育中心电子专业“双师型”教师。

电动机结构原理 第5篇

废气涡轮增压器是利用废气的动力推动涡轮高速旋转, 通过压气机把空气压进气缸, 形成高于大气压的压力, 以提高充气效率, 增加发动机的功率输出。

发动机的输出功率主要由单位时间内燃烧的混合气来决定。为了增加发动机的输出功率, 通常是增加发动机的排量, 或者提高发动机的转速。但问题是, 如果增加发动机的排量, 整机的重量也会增加。此外, 零件的摩擦损失、震动和噪音等因素也限制了发动机转速的提高。增压器可以在不增加发动机排量的情况下, 通过增加进气压力, 解决提高输出功率与发动机轻量化之间的矛盾。

1 涡轮增压器的工作原理

众所周知, 传统发动机利用活塞下行时产生的真空把空气吸入气缸, 但是这种“自然吸气”方式无法满足现代发动机对强大功率输出的要求。

涡轮增压器利用废气流的动能推动涡轮高速旋转, 与涡轮同轴安装着泵轮, 泵轮旋转时把空气压进气缸 (见图1) 。由于增压器的作用, 进气管内形成比大气压更高的压力 (增压压力) , 使空气在加压的状态下进入气缸, 因而充入气缸的空气质量明显增加。

废气涡轮增压器设置了排气旁通阀和执行器, 用来防止增压压力升得过高。某些型号的涡轮增压器还装备了中间冷却器, 用于降低进气的温度, 提高进气效率。

2 涡轮增压器的主要结构

废气涡轮增压器包括涡轮壳体、压气机壳体、中间壳体、涡轮、泵轮、全浮式轴承、排气旁通阀和执行器等部件 (见图2) 。

1.空气滤清器2.涡轮增压器3.排气歧管4.涡轮5.涡轮废气入口6.压气机出气口7.压气机进气口8.压气机壳体9.转轴10.涡轮壳体11.涡轮废气出口

2.1 涡轮和泵轮

涡轮和泵轮 (见图3) 安装在同一根轴上。来自排气歧管的废气压力推动涡轮高速旋转, 带动同轴上的泵轮跟着旋转, 把空气压入进气歧管和气缸。

由于涡轮直接受废气流的冲击, 温度特别高, 要求它必须耐高温和耐磨损;因此, 涡轮采用超耐热的合金或陶瓷材料制成。

2.2 中间壳体

涡轮和泵轮通过轴和轴承支承在中间壳体 (见图4) 内。中间壳体内有一个润滑油道, 用于输送润滑油, 对轴和轴承起润滑和冷却作用。另外, 发动机的冷却液流过中间壳体内的冷却液通道, 防止机油温度过分升高及过早变质。

2.3 全浮式轴承

由于涡轮和泵轮的转速在10万r/min左右, 所以采用了全浮式轴承 (见图5) , 以吸收轴的震动, 同时有利于轴和轴承的润滑。全浮式轴承由机油冷却, 在轴和壳体之间自由旋转, 减少了摩擦阻力, 保证轴可以高速旋转。

2.4 排气旁通阀和执行器

当增压压力超过标准值 (大约70 k Pa) 时, 发动机可能产生严重的爆震, 此时排气旁通阀 (见图6) 开放, 通过旁通通道将废气导入排气管, 从而达到调节增压压力的目的。

排气旁通阀安装在涡轮壳体内。排气旁通阀的开启和关闭受控于执行器 (见图6) 。

3 涡轮增压器的维护事项

3.1 使用注意事项

(1) 涡轮增压型发动机中的机油不仅用来润滑发动机, 而且用来润滑和冷却涡轮增压器, 机油温度很容易升高;因此, 必须使用厂家推荐的机油, 定期更换机油和机油滤清器, 否则会加速涡轮增压器损坏。

(2) 在冷机启动时, 由于轴承得不到充分润滑, 所以禁止“轰油门”。随意高速空转或突然加速, 会导致全浮式轴承损坏。

(3) 高速运转的发动机停机前需怠速运转一段时间, 用来缓慢冷却涡轮增压器。若高速运转的发动机立即停止运转, 机油和冷却液停止循环, 涡轮增压器得不到冷却, 将导致卡死等故障。

(4) 由于有废气流通, 所以增压器非常烫, 不要用手触摸涡轮增压器。

3.2 维护注意事项

(1) 在空气滤清器已经拆开的情况下, 不要启动发动机。否则, 外部异物可能进入而导致涡轮和泵轮损坏。拆卸涡轮增压器时, 要堵住进气口、排气口和机油进口, 防止外部异物进入增压器内。

(2) 在拆卸和安装涡轮增压器时, 不要跌落或者碰撞, 不要抓住容易变形的零件 (例如执行器的连接杆件, 见图7) 。

(3) 维修时, 应当检查油管中是否有油泥或积炭, 必要时清洗, 或者更换零件。

(4) 更换涡轮增压器时, 应从进油口向内加入机油, 同时用手转动泵轮, 以便润滑轴承 (见图8) 。

电动机结构原理 第6篇

1 各型空气压缩机结构分析

1.1 活塞式空气压缩机

在我国早期的纯电动车中,主要应用于工业现场,当曲轴旋转时,通过连杆的传动,活塞便做往复运动,由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时,气缸内的工作容积逐渐增大,这时,气体即沿着进气管,推开进气阀而进入气缸,直到工作容积变到最大时为止,进气阀关闭;活塞反向运动时,气缸内工作容积缩小,气体压力升高,当气缸内压力达到并略高于排气压力时,排气阀打开,气体排出气缸,直到活塞运动到极限位置为止,排气阀关闭。当活塞再次反向运动时,上述过程重复出现。总之,曲轴旋转一周,活塞往复一次,气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程,即完成一个工作循环。重复吸气-压缩-排气的过程。

1.2 单螺杆式空气压缩机

结构形式:单螺杆压缩机是一种单轴容积式回转型压缩机,其啮合副是由一根蜗杆和两个平面布置的星轮所组成,由其蜗杆螺槽和星轮齿面及机壳内壁形成封闭的基元容积。

单螺杆压缩机的工作过程:电动机通过联轴器或皮带将动力传到蜗杆上,由蜗杆带动星轮齿在蜗杆槽内相对移动,封闭基元容积发生变动,气体输送压缩,当达到设计压力值,由主机壳上左右两侧对称的三角形排气口排至油气分离器内。

1.3 滑片式空压机介绍

滑片式压缩机的空气端(主机)主要由转子和定子组成,其中转子上开有纵向的滑槽,滑片在其中自由滑动;定子为一个气缸,转子在定子中偏心放置,当转子旋转时,滑片在离心力的作用下甩出并与定子通过油膜紧密接触,相临两个滑片与定子内壁间形成一个封闭的空气腔压缩腔。转子转动时,压缩腔的体积随着滑片出量的大小而变化。在吸气过程中,空气经由过滤器被吸入压缩腔,并与喷入主机内的润滑油混合。在压缩过程中,压缩腔的体积逐渐缩小,压力逐渐升高,之后油气混合物通过排气口排出。

滑片式空压机压缩空气的流程:大气空气过滤器进气阀空气端油气分离器最小压力止回阀后冷却器用气系统。如图5例示:

上述三种空气压缩机,其中活塞式空气压缩机多在工业现场使用,其噪音大,已不再使用在对舒适性要求较高的汽车上.

目前在市场上应用较多的产品主要是后两种:单螺杆空气压缩机和滑片式空气压缩机。

2 单螺杆空气压缩机和滑片式空气压缩机可靠性分析

2.1 影响压缩机可靠性的因素

2.2 运动主机的对比

对于滑片式空压机,滑片式空压机运动零部件数目只有一个转子,而且只是做单纯的回转运动,加工要求高,但不需要专用设备,装配简单易行。对于单螺杆压缩机,其运动部件有1个螺杆、2个星形齿轮,由螺杆驱动2个星形齿轮啮合,对装配要求高,装配复杂。

2.3 轴承受力对比

轴承实效是困扰单螺杆压缩机的主要问题之一,轴承数量多达6个,即便选用国际名牌优质轴承,2~4万小时也要更换,主机受力大、受力形式复杂是导致单螺杆机轴承失效的直接原因。滑片式空压机轴承数量仅为2个,滑片式空压机由于从原理上避免了轴向力从而使得轴承问题得以彻底解决。

2.4 转速的对比

增加转子转速可以提高排气量。但转速过高,磨损会加大,能量损失也会随之增加,运动部件寿命缩短。

滑片式空气压缩机有效吸入容积大,达到相同的排气量其转速可明显降低;容积效率高,气体回流量小,不必提高转速也能保证排气量,每分钟在1 000rpm~1 500rpm,也能保证整车用气需求。

单螺杆空气压缩机的有效吸入容积小,达到相同的排气量只能依靠增加转速;容积效率低,相同转速下,排气量远小于滑片式空气压缩机,每分钟要达到3 000rpm左右才能保证整车用气需求。

3 结论

通过以上的比较滑片式空气压缩机的可靠性要大大高于螺杆式空气压缩机,由于滑片式空气压缩机结构简单,维修费用低廉,维修方便。安徽某公司现有的电动汽车全部采用的都是滑片式结构的空气压缩机,采用可靠性较高的交流异步电动机驱动,成本低,可靠性高。于2009年投入合肥公交运营的30台纯电动车,至今单台平均运营了10万km,空气压缩机故障率极低,完全满足车辆运营需要。

摘要：电动客车空气压缩机是整车制动系统主要零部件,可靠性要求高,本文通过分析各种空气压缩机的结构原理,兼顾舒适性,得出最适合当今电动客车应用的空气压缩机。

电动机结构原理 第7篇

一、空燃比 (A/F) 传感器结构原理

(一) 空燃比 (A/F) 传感器的结构

空燃比传感器的元件包括可以传输离子的电极层和一个加热器, 集成在传感器中。ECM根据发动机工作状态进行空燃比传感器加热器的ON/OFF占空比控制, 以保持空燃比传感器元件的温度在规定范围内 (如图1) 。

(二) 空燃比 (A/F) 传感器的原理理

传感器可以在正常的空燃比范围内测量, 但也可以在稀和浓范围内测量。与其控制电路一起, 传感器在较大范围内输出清晰、持续的信号。排气成分通过传感器元件的扩散层扩散, 对电极层施加电压, 产生的电流与稀氧气浓度相关, 而且该电流与浓碳氢化合物相关。因此, 空燃比传感器用该电极层的电流可以反映空燃比。另外, 在传感器中集成了一个加热器, 以确保所需工作温度约800°C。空燃比与传感器输出电压关系如图2所示。

二、空燃比 (A/F) 传感器检修

空燃比 (A/F) 传感器发生故障后将产生P0130等故障代码。

诊断步骤如下:

(一) 检查空燃比 (A/F) 传感器电源

1.将点火开关按至OFF。

2.断开空燃比传感器线束接头。

3.将点火开关按至ON。

4.检查空燃比传感器线束接头和接地之间的电压。

检查结果是否正常?

结果正常转至第 (三) 步。

结果不正常转至第 (二) 步。

(二) 检查空燃比 (A/F) 传感器电源电路

1.将点火开关按至OFF。

2.断开IPDM E/R线束接头。

3.检查空燃比传感器线束接头和IPDM E/R传感器线束接头之间的导通性。

4.同时应检查线束是否对地短路。

检查结果是否正常?

结果正常执行电源电路的故障诊断。

结果不正常修理或更换检测到故障的零件。

(三) 检查空燃比传感器输入信号电路

1.将点火开关按至OFF。

2.断开ECM线束接头。

3.检查空燃比传感器线束接头和ECM线束接头之间的导通性。

4.检查空燃比传感器线束接头与接地, 或ECM线束接头与接地之间的导通性。

5.同时应检查线束是否对电源短路。

检查结果是否正常?

结果正常转至第 (四) 步。

结果不正常修理或更换检测到故障的零件。

(四) 检查间歇性故障

检查结果是否正常?

结果正常转至第 (五) 步。

结果不正常修理或更换检测到故障的零件。

电动机结构原理 第8篇

近年来,随着人们对汽车驾驶舒适性的要求越来越高,现代汽车行业也越来越只从简单的满足功能要求发展到更加从舒适性、驾驶性、燃油经济性等方面去迎合消费者的需求。在这种背景下,电动助力转向机(简称EPS)依靠其舒适的驾控性、简洁的布置性、较低的能耗性等多方面的产品特点,使其较液压助力转向机(简称HPS)更具整体综合优势。而且,EPS完全摒弃了HPS所必需的动力转向油泵、油壶、软管、液压油,使得维护保养更加方便,也更加环保[1]。更重要的是,它不需要发动机提供驱动力;低速时,EPS助力反而可以更大,而高速时,又可以降低助力甚至不工作。这样既节省燃油消耗、降低污染物排放,又大幅度地提升了车辆的舒适性和安全性,正是有了这些优点,EPS成为了汽车转向系统的发展方向。

1、电动助力转向机(EPS)的类别

根据驱动电机的布置位置和方式,可以将电动助力转向机分为四种类别,包括转向管柱助力式、齿轮助力式、双小齿轮式和齿条助力式。其中不同类型的车辆可以根据车辆的布置空间,车辆的载荷及所需的齿条助力大小,从中选择一种相适应的电动助力转向机来提供转向助力。

1.1 转向管柱助力式电动转向机(C-EPS)

转向管柱助力式电动转向机的驱动电机是安装在转向管柱上,在转向管柱下面连接的是一个机械式的转向机,如图1所示。这种结构的最大优点是ECU、驱动电机、减速机构都安装于驾驶舱内,不占用发动机舱的空间,方便发动机舱的布置。缺点是驱动电机的助力要通过转向管柱和转向齿轮传递到转向机上,因而转向管柱部件需要承受较大的力,故驱动电机所提供的助力大小会受到限制。与此同时,由于在驾驶舱内安装有驱动电机和蜗轮蜗杆减速机构,因而容易引起驾驶室内的较大噪声。因此这种结构的EPS主要适用于载荷较轻、发动机舱较小且对噪声要求相对不高的微型轿车[2]。

1.2 齿轮助力式电动转向机(P-EPS)

齿轮助力式电动转向机的驱动电机是安装在转向齿轮上,驱动电机的输出力矩通过蜗轮蜗杆减速机构传递到转向齿轮上,如图2所示。在P-EPS转向机出现之前,中型乘用车上通常使用液压助力转向机。和液压助力转向机相比,P-EPS具有更高的转向精确性,更高的安全性,和更高的驾驶舒适性。与C-EPS相比,P-EPS可以提供更大的助力,可以满足中型乘用车所需的更大的转向助力。因为齿轮助力式电动转向机的驱动电机直接作用在转向齿轮上,不需要转向管柱部件的传递,故驱动电机可以提供更大的助力,并且提高了转向机的安全性[3]。

1.3 双小齿轮式电动助力转向机(DP-EPS)

在双小齿轮式电动助力转向机的结构中包含转向齿轮和驱动齿轮,其中和转向管柱连接的齿轮是转向齿轮,另外一个和驱动电机连接的齿轮是驱动齿轮。扭矩传感器安装在转向小齿轮上;而驱动电机的输出力矩则通过蜗轮蜗杆减速机构作用在驱动小齿轮上并传递至齿条上,如图3所示。转向小齿轮可以不受转向机的传动比的约束,采用更优化的传动比。对于中型乘用车或者中型以上的乘用车而言,双小齿轮式电动助力转向机是一种比齿轮助力式电子转向机更为优越的设计。

1.4 齿条助力式电动转向机(R-EPS)

齿条助力式电动转向机和双小齿轮式电动转向机的结构和工作原理相类似,扭矩传感器也是安装在转向齿轮上。驱动电机的输出力矩主要是通过作用在齿条上的循环球减速传动机构传递到转向机的齿条上,并带动两端的拉杆推动车轮转向,如图4所示。辅助驱动机构可以布置在齿条的周向或轴向上,所以也增加了电动转向机在空间布置方面的弹性。对于更重更大型的车辆而言,例如越野车和箱式货车,它需要更大的转向助力。齿条助力式电动转向机的出现使得需要更大转向助力的越野车或者箱式货车在转向助力方面得到更大满足。

2、DP-EPS的结构

目前在市面上所使用的电动助力转向机中,以双小齿轮式电动助力转向机(DP-EPS)的应用最为普遍,所以首先从其结构和原理方面来了解该类别的电动助力转向机的各组成模块及其工作原理。

双小齿轮式电动助力转向机主要是由机械转向机(包括齿轮齿条传动机构)、伺服驱动电机、涡轮蜗杆减速机构、ECU控制单元和传感器单元等模块构成[4],如图5所示。其工作原理为当驾驶员转动方向盘进行转向时,转向齿轮上的扭矩传感器会检测方向盘的转动方向以及扭矩大小。然后扭矩传感器将检测到的信息传输到ECU控制器,其内部的微处理器(单片机)根据扭矩传感器检测到的扭矩信号、方向盘转动方向和车速信号等,并通过内置的控制策略和算法向驱动电机(或助力电机)ECU控制器发出指令,使电机输出相应大小和方向的转向助力扭矩[5]。驱动电机产生的助力力矩经蜗轮蜗杆减速机构减速增矩后传递到机械式转向系统的齿条上,和驾驶员的操纵力矩叠加在一起去克服转向阻力矩,以实现车辆的最终转向,如图6所示。

3、DP-EPS的噪音分析

电动助力转向系统(EPS)所用驱动电机目前主要有永磁直流电机、异步电机和永磁同步电机[6]。对于用于汽车上的电动助力转向系统而言,各种电机都有其适用性和局限性。根据电动助力转向系统的助力特性,不仅要求驱动电机具有低速大扭矩,扭矩波动小;而且要求它可靠性高、易于控制、效率高、振动噪声小等优点。然而对于电机而言,运行时一般都会伴随着一定的振动噪音,而这种由电机产生的振动噪音则会通过车身结构传递到车辆的驾驶室内,对于车辆驾驶的环境舒适性影响也会很大。

针对国内某些品牌SUV车型所使用的DP-EPS产品而言,当驾驶员在整车怠速情况下进行原地打方向时,在车内环境比较安静的情况下,车内人员会听到一种持续的比较清晰的“呜呜声”。经过仔细而又细致的查找声源和主观评估后,发现这是由DP-EPS的伺服驱动电机在工作时所产生的振动噪声,并经过转向机与副车架的接触部位(如图7所示)及副车架与车身的接触部位传递到驾驶室内。为了降低这种不适的转向噪音,分析确定可通过采取阻断传播途径的方法来达到降低噪音的目的。比如,在转向机与副车架的接触部位处通过加隔振衬套的方式(如图8所示)来达到阻断传播途径的目的,而且最终效果比较明显,“呜呜声”明显减小。并再通过在主副驾驶位置布置噪声能量频谱分析设备来进行客观分析判断,得出主副驾驶座耳朵位置噪声分析频谱图,如图9、图10所示。从而验证了通过采取在转向机与副车架相接触部位加隔振衬套的方式来阻断噪音传播途径,以达到降低转向噪音方法的正确性。

4、结论

通过对电动助力转向机(EPS)的组成和分类进行分析,发现电动助力转向机(EPS)较液压助力转向机(HPS)在环保性、低能耗、布置方便、使用可靠及转向操作精确等方面具有较大的优势。并针对双小齿轮式电动助力转向机(DP-EPS)的基本结构和工作原理进行详细的介绍,在此基础上,验证了通过在转向机与副车架相接触部位采取加隔振衬套的方式来阻断电机产生的振动噪音的传播途径,以达到降低噪音目的的正确性。

摘要：文章主要阐述了电动助力转向机(EPS)的组成和分类及其较液压助力转向机(HPS)在某些方面上的优势,包括环保性、低能耗、布置方便、使用可靠及转向操作精确等。并进一步详细地介绍了双小齿轮式电动助力转向机(DP-EPS)的基本结构和工作原理以及如何有效的阻断驱动电机产生的振动噪音的传播途径。

关键词：双小齿轮式电动助力转向机(DP-EPS),EPS,结构原理,噪音分析

参考文献

[1]陈慧,等.世界汽车技术发展跟踪研究[M].北京:北京理工大学出版社,2008年.

[2]左建令.汽车电动助力转向系统的分类及应用特点[J].上海汽车,2009年12期25-27页.

[3]戴培军.电子转向机的优点以及四种典型的齿轮齿条式电子转向机[J].城市车辆,2007年05期56-58页.

[4]邱琪.双齿轮式电动助力转向机国产化应用开发[J].内燃机与动力装置,2013年30卷06期22-25页.

[5]卓敏,许超.汽车电动助力转向技术分析[J].机电工程技术,2002年31卷05期17-19页.

纯电动车用整车控制器的原理和设计 第9篇

单片机具有两路支持CAN2.0B技术规范的CAN通讯接口，但是必须通过接口电路才能挂接在CAN网络上。电机、电机控制器均是电（下转56页）

应用层时间驱动的应用模块有限状态机模块

不会因用户需求的不同而发生改变。

协议层主要是完成了硬件接口到应用层的映射。

CAN协议部分主要负责CAN网络上数据的解析，这一部分的软件需要根据其他部件供应商提供的协议格式进行编写。主要包括：电机控制器的协议解析、配电箱的协议解析、电池管理单元的协议解析和仪表单元的协议解析。CAN网络上的数据经过解析后，提供给状态机，作为状态机的输入参数。

IO协议和AD采样协议主要完成了硬件接口到应用层数据的映射，使每个硬件输入通道的状态具有具体的应用含义。这两部分协议使得整车厂可以根据具体情况，灵活调整硬件通道的使用方式和接线端子的位置。

应用层主要分为两个模块：一个是靠时间驱动的应用模块，一个是有限状态机。

靠时间驱动的应用模块主要负责完成定时任务，包括：输入通道的状态检测、输出状态的定时更新、CAN通讯网络数据的发送、故障检测、数据记录等。

有限状态机是软件的核心，它是整车控制策略软件化的载体。有限状态机在系统当前状态下根据输入信号不断进行状态跳转，从而实现对整车的控制。有限状态机如图5所示。

四、结论

基于超声波电动机工作原理的探究 第10篇

我们平时所见到的电机均是基于电磁作用原理进行工作的。事实上,要实现机电能量转换,借助于电磁作用并不是唯一的方式。利用其他方式同样可以实现机电能量转换并最终产生机械运动。超声波电动机(ultrasonic motor)就是这类电机的一种。

超声波电动机(以下简称USM)是一种利用逆压电效应实现电能到机械能转换的新原理电机。它利用压电陶瓷和弹性体产生高频定子振动,借助于定、转子之间的摩擦将定子双向的机械振动转变为转子单一方向的回转或直线运动。由于定子机械振动的频率处于超声频率范围(≥20k Hz)内,超声波电动机由此而得名。鉴于定子的机械振动是由压电晶体根据逆压电效应所产生的,故超声波电动机又名压电马达。超声波电机具有低速大力矩、体积小、重量轻且超静运行等优点,特别适应于作照相机、微型机器人以及小卫星中的微执机构等。

USM是利用与转子相接触的定子表面质点产生椭圆运动,从而导致定子表面质点与其相接触的转子之间有相对运动。又因为转子表面上粘有摩擦材料,故定、转子之间存在滑动摩擦力。通过滑动摩擦力驱动转子沿单一方向运动。

根据定子表面质点产生椭圆运动轨迹的方式不同,USM可以大致分为驻波型、行波型以及复合型超声波电动机等。本文只研究驻波型USM的工作原理。

1 压电晶体的基本知识

USM是利用压电晶体产生超声频率的振动进而驱动转子输出机械功率的。要研究USM的工作原理,首先就必须了解有关压电晶体的基本知识。

1.1 压电晶体的本构方程与逆压电效应

众所周知,借助于磁化后的磁性材料可以建立磁场并实现电生磁或磁生电功能,最终完成机电能量转换。与此类似,经极化后的压电陶瓷材料由于本身存在压电和逆压电效应,因而具有力生电或电生力功能。借助于这种压电陶瓷材料同样可以完成机电能量转换。压电陶瓷材料的这一效应可用下列压电本构方程来描述:

式中,S、T分别表示应变和应力张量;D、E分别表示电位移矢量和电场强度矢量;其余则为压电陶瓷材料的常数矩阵,其中,s E表示恒电场条件下的柔性系数矩阵,e T表示恒应力条件下的介电常数矩阵,dt表示压电常数矩阵d的转置。

上式表明,压电晶体不仅具有弹性体、电介质的特性,而且还具有不同于一般弹性体、电介质的特性。由式(1)的第2式可见,压电晶体不同于一般的电介质,其电位移矢量D不仅取决于外加电场E,而且还与外加应力T密切相关。这一由外力产生电场的现象又称为压电效应。

由式(1)的第1式可见,压电晶体不同于一般的弹性体,其应变S不仅与外加应力T有关,而且还取决于外加电场E。这一由产生外加电场产生应变的现象又称为逆压电效应。超声波电动机就是利用逆压电效应原理进行工作的。

对于极化后的六方晶系6mm点群(一种结构形式)的压电陶瓷晶体,若将其本构方程式(1)展开,则可得其具体表达式为

式(2)中,sij(i,j=1,2,3)分别表示压电陶瓷材料的柔性系数;εj分别表示压电陶瓷的介电常数;dij分别表示压电陶瓷的压电常数。不同类型的USM利用不同的压电常数进行工作。如驻波型USM一般利用的是d33参数,行波型USM利用的是d31参数,而纵-扭复合型USM则一般利用的是d33和d15参数。上述参数的物理意义将分别在相应内容中介绍。

1.2 定子表面质点的椭圆运动

尽管超声波电动机的种类较多,但其驱动机理却大致相同。皆是将压电晶体与弹性体紧密地粘接在一起构成定子,而滑块或旋转弹性体作为转子。当给压电晶体通电时,由于压电晶体的逆压电效应,使得压电晶体连同弹性体一起构成的定子作超声频率范围内的高频振动。若对定、转子结构进行专门设计,则与转子相接触的定子表面质点产生椭圆运动,如图1所示。

图1中,定子表面质点A的轨迹是由两个互相垂直方向的振动位移ux和uy合成的结果。现说明如下。

设定子表面质点A沿x和y方向的振动位移分别为

式中,Ax、Ay分别为x和y方向的振动幅值;φ为两者的相位差。

将式(4)中的时间t消去,便可获得如下椭圆方程:

利用式(5)便可获得不同相位差时点的运动轨迹,如图3所示。

对式(4)的第一式求导,得沿x方向的振动速度为

综上所述,可得如下结论:

1)相位差φ的数值决定了椭圆运动的旋转方向。若0<φ<π。,则A点的椭圆运动沿顺时针方向旋转;反之,若-π<φ<0,则椭圆运动将沿逆时针方向旋转。因此,通过改变相位差φ便可改变转子的旋转方向。

2)提高振动角频率ω以及沿x方向的振动Ax便可以提高沿x方向的振动速度,进而提高转子转速。

3)考虑到定子表面质点A仅在椭圆轨迹的上半周与转子接触,并通过摩擦将定子的振动能传递至转子,转换为转子动能。而下半周两者脱离,定子表面质点作自由振动并返回行程。因此,适当调整Ax和Ay的比例以及φ的大小,便可调整定、转子之间的接触时间与自由返回的时间比例(类似于占空比),进而提高USM的过载能力与运行效率。

上述结论为超声波电动机的设计与控制提供了重要的理论依据。

1.3 USM的摩擦驱动机理

由于椭圆运动导致定子表面质点与相接触的转子表面之间存在相对运动,因此定、转子之间存在滑动摩擦。在滑动摩擦力的作用下,超声波电动机的转子得以运动。考虑到相对速度,滑动摩擦力的大小可由下式给出:

式中,µd为定、转子之间的动摩擦系数;N(x)为单位长度上的正压力;vs(x)为与转子相接触的定子表面质点的切向速度;VR为转子速度;L为定、转子之间的接触区域。sgn(vs(x)-VR)为符号函数,它由下式给出:

对于实际的超声波电动机,为了增加摩擦力的大小,一般在转子表面上涂有摩擦材料。摩擦材料决定了超声波电动机的力能指标和寿命。

2 驻波型USM的结构与工作原理

驻波型USM是由Langevin(朗之万)振子(包括压电振子和悬臂梁(弹性体))、固定在振子上的楔形振动片以及盘形转子组成,如图3所示。当给压电陶瓷施加超声频率的交流电时,在压电常数d33(其物理意义是沿轴向施加电场产生轴向位移)的作用下,压电振子带动振动片沿轴向(长度方向)(定义为x轴)作纵向振动,产生沿x方向的振动位移ux。由于楔形振动片的前端面与转子表面不是相互垂直的,而是稍微倾斜一定角度θ,见图4所示,因而诱发出沿上下方向(y轴)的横向振动位移uy。ux和uy的合成结果使得振动片前端质点的运动轨迹近似为椭圆,如图4所示。

图4中,当振动片伸长时,与转子相接触的振动片前端由AB沿转子表面运动,通过滑动摩擦力将振动能转变为转子单方向的运动。当振动片收缩时,振动片前端脱离转子表面,沿BA方向作自由振动。由于不与转子表面接触,因而也就不传递运动。可见转子的驱动是间歇的,考虑到定子振动频率较高,且转子本身具有一定惯量,因而转子的运动是平稳的。

驻波型USM具有结构简单,运行效率高等优点。缺点是:与转子相接触的振动片前端易磨损。

摘要：本文从压电晶体的基本知识入手,分析了驻波型超声波电动机的工作原理。

关键词：超声波电动机,压电晶体,工作原理

参考文献

[1]郑立平.电机与拖动技术[M].北京:大连理工出版社,2008.