01 電機轉(zhuǎn)子
這些打磨的凹槽究竟為什么加在電機轉(zhuǎn)子表面上呢？
圖1.1 電機轉(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總共有五個磁極，經(jīng)過觀察可以看到五個磁極上的凹槽數(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。
磁極3：1個（偏?。?br />
磁極4：兩個，其中一個偏小
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1.1.1 五個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
為了消除直流電機的力矩死區(qū)，減小機械換流環(huán)火花，小型直流電機的轉(zhuǎn)子通常具有三個磁極和五個磁極。三個磁極轉(zhuǎn)子上的線圈是繞制在各自磁極柱上的。對于五個磁極轉(zhuǎn)子上的線圈是繞制在相鄰兩個磁極柱上。
?圖1.2.1 帶有三個磁極和五個磁極的電機轉(zhuǎn)子
無論三磁極還是五磁極轉(zhuǎn)子，在任意時刻總有一個線圈繞組所纏繞的磁極正對著定子上的永磁鐵表面，對應(yīng)磁通量的變化為0。此時該線圈：
-
感應(yīng)電壓為0，在此期間通過機械換流環(huán)完成換流，不會產(chǎn)生火花；
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不產(chǎn)生磁力矩，浪費了線圈資源；三磁極轉(zhuǎn)子浪費1/3的線圈，對于五磁極轉(zhuǎn)子浪費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。此時需要對手邊表面帶有凹槽的轉(zhuǎn)子進行仔細(xì)觀察，可以看到轉(zhuǎn)子上的五個線圈繞制并不是對稱的，這與線圈被繞制的順序有關(guān)系。
1.3.1 使用凹槽進行質(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，就會產(chǎn)生周期轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，增加了運行噪聲，加速電機的磨損。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1.1.2 轉(zhuǎn)子繞組與對應(yīng)的凹槽關(guān)系
因此，解決的方法就是在電機轉(zhuǎn)子表面進行打磨凹槽，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心位于機械軸上。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應(yīng)的。外部大的線圈所包圍的轉(zhuǎn)子表面具有兩個凹槽，內(nèi)部小的線圈對應(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，為什么別的電機轉(zhuǎn)子表面沒有凹槽？
下面是從網(wǎng)絡(luò)上找到的五個磁極轉(zhuǎn)子（左邊），表面沒有凹槽。與右邊表面具有凹槽轉(zhuǎn)子進行對比。也能夠看到左邊的轉(zhuǎn)子的線圈實際上也存在著內(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)動對稱軸心與機械轉(zhuǎn)動軸不重疊。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖1.3.2 左邊：表面沒有凹槽的電機；右邊：具有凹槽的電機
之所以存在表面沒有凹槽的轉(zhuǎn)子，可能的解釋只能是：
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這些轉(zhuǎn)子的運行速度不高，偏心帶來的轉(zhuǎn)動影響不大；
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電機功率不大，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)動轉(zhuǎn)動，使得電機在工作時的震動減小。相比于五磁極轉(zhuǎn)子，三磁極轉(zhuǎn)子就沒有這種情況，這是因為三磁極轉(zhuǎn)子上的繞組分布是對稱的。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2.1 三磁極轉(zhuǎn)子上的繞組是對稱的
除了使用凹槽來配平轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布，也有的電機采用傾斜轉(zhuǎn)子溝槽的方法減少震動。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
