机器人电池--动力源和能源.pdf

第三章第三章机器人动力源和能源
主讲:周风余教授

1 直流电机
v 直流发电机通常是作为直流电源,向负载输
出电能;直流电动机则是作为原动机带动各
种生产机械工作,向负载输出机械能。
v 直流电机包括有刷电机、无刷电机、步进电
机等种类,它们的原理都基本相同,都是利
用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的
相互转换。
v 通常转子线圈都是绕在铁芯上的。也有没有
铁芯,线圈本身做成杯状,励磁装置(永磁
体)做成柱状放置在转子的内部的电动机,
称为“空心杯电动机”。
v 但也有线圈固定不动,励磁装置旋转的,称
为外转子电机。许多电动模型上使用的大功
率无刷电动机即为外转子电机。其好处是惯
量较大,运转平稳,并且由于外壳旋转,容
易实现更好的散热性能。
外转子无刷电机应用在航模上,可达千瓦级输出
外转子无刷电机应用在风
扇上,寿命长
外转子无刷电机应用在
光驱上
直流有刷电机
v 这里仅仅对直流有刷电机的运行原理作一个简单的回顾,有
关直流有刷电机的详细知识,请复****或参阅《电机学》、
《电机拖动》、《电动机的单片机控制》等专业教材。
v 直流电机由定子和转子两大部分组成,定子上有磁极(绕组
式或永磁式),转子有绕组,通电后,转子上也形成磁场
(磁极),定子和转子的磁极之间有一个夹角,在定转子磁
场(N极和S极之间)的相互吸引下,于是电机旋转。
v 直流励磁的磁路在电工设备中的应用,除了直流电磁铁(直
流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋
转电机中。
上图表示一台最简单的两极直流电机模型。其
中固定部分有磁铁,这里称作主磁极;固定部分还
有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的
绕组。它的固定部分(定子)上,装设了一对直流
励磁的静止的主磁极N和S,在旋转部分(转子)上
装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。
v 在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池
的充电机等,都是直流发电机;锅炉给粉机
的原动机是直流电动机。此外,在许多工业
部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、
矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格
线速度一致的地方等,通常都采用直流电动
机作为原动机来拖动工作机械的。
v 在控制系统中,直流电机还有其它的用途,
例如测速电机、伺服电机等。
上面仅仅是一个理论上的直流
有刷电机模型。实际的直流有
刷电机结构如右图所示:
直流有刷电机的转速是与电压
成正比的,而转矩是与电流成
正比的。对于同一台直流有刷
电机,电压、电流、转矩这三
者之间的关系大致可以用右图
来表示。
v 其中V1~V5代表5个不同的电压,V1最低,V5最高。可以看
到,在相同的电压下,速度越低,转矩越大;在相同的转矩
下,电压越高,速度越大;在相同的速度下,电压越高,转
矩越大。
v 但是电压并非越高越好。一般直流
电机是额定电压从3V~24V。再大一
些是48V或更大。“Leader II--DX”
机器人使用的电机工作在11~12V。
不能让你的额定6V的电机工作在100
V,那样就可能会损坏电机了。直流
电机在额定电压下工作效率最高。如果电压值过低,它就不会
工作;如果电压过高,它将过热,线圈将会熔化。因此一般尽
可能采用接近电机额定的电压。