浅析微型直流电机的智能测试

浅析微型直流电机的智能测试

作者：莫焱珣

来源：《科学与财富》2017年第06期

摘要：微型直流电机不良现象种类繁多，五花八门，但是不同不良因素可能出现相同的现象，例如：卡磁、机壳轴承与端盖不同心、机壳内小粒异物都会使电机电流偏高，磁铁没磁性、铜线沾锡、电刷针变形短路都会使电机短路。根据这一特点，本文介绍一种微型直流电机的检测方法，即分别采集电机的空载电流和堵转电流，放大后传给自带AD的微处理器ATmeage48运算处理，并与同型号好的电机的参数进行比较，判断电机的好坏，并且把判断结果通过液晶显示器显示，实现智能判断的人机交互界面。

关键词：微型直流电机；空载电流；堵转电流；ATmeager48

一、引言

微型直流电机应用广泛，在电动玩具、电动工具、汽车电器等领域应用广泛。近年来，微电机行业取得了迅猛的发展，从原来的手工作坊升级到了几乎完全自动化的生产模式，产量大增。然而对于一个微电机生产厂来说，产品的质量是最为总要的，这就使得最后的质量检测环节成为重中之重。如果能合理地应用到生产实践中，解决生产的实际问题，那么非常具有研究价值。

（一）目前工厂中微电机检测存在的问题

电机厂每天生产的电机数量少则几万，多则几十万不等，微电机质量检测对于很多电机厂都是一件头疼的事情，传统的微电机检测是通过万用表或示波器的波形图来判断电机是否合格，测试麻烦，效率低。只有具有多年检测经验的专业人员才能从细微的波形变化中看出电机的问题，随着产量的增大就会带来检测工作量的增加，那么工人的成本也会随之增加。同时因节假日导致工人的短缺现象也不可忽视。由此可见，不便之处是显而易见的。

（二）课题的主要工作和要达到的目的

通过对微电机检测的了解，我们知道对于一个微电机厂而言，产品的合格率是一个工厂赖以生存的生命线。本文的目的就是既要调高微电机检测的效率，更要提高微电机检测的准确率，从而提高产品合格率。如果微电机检测实现智能化将会大大提高检测效率和准确率，降低人工成本，具有较高的实用性和可观的市场前景。

本论文的主要工作：

1.微型直流电机的工作原理

2.微型直流电机不良原因的分析

3.设计整机电路框图

4.模块化介绍电路，实现单片机ATmeage48对整个电路的控制

二、微型直流电机原理及不良原因

（一）微型直流电机的工作原理

微型直流电机是指输出或输入为直流电能的旋转电机。在电动玩具、电动工具、汽车电器等领域应用广泛。直流电机主要由定子和转子两大基本结构部件组成，定子用来固定磁极和作为电机的机械支撑。转子用来感应电动垫而实现能量转换，内置换向器和电刷结构实现交流电变成直流电的换向。直流电机的定子由主磁极、电刷装置、机座等组成；转子由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。电枢铁芯是主磁路的组成部分，为了减少电枢旋转时铁芯中磁通方向不断变化，而产生的涡流和磁滞损耗，电枢铁芯通常用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，叠片间有一层绝缘漆；电枢绕组有绝缘导体绕成线圈嵌放在电枢铁芯槽内，每一线圈有两个端头，按一定规律连接相应的换向片上，全部线圈组成一个闭合的电枢绕组；换向器由许多彼此绝缘的换向片组合而成。它的作用是将电枢绕组中的交流电动势用机械换向的方法转变为电刷间的直流电动势。

（二）微型直流电机不良原因的分析

电机的不良原因很多，下面主要介绍以下几种情况：

1.断线：掉线头和内部断线

2.电流高：机壳轴承、端盖孔径偏小或不同心；铜线轻微沾锡；三极圈数不一样；机壳内有丝、小粒等异物；换向器插偏；间隙小；磁石高低

3.漏电：漆包线对铁芯漏电和换向器对铁芯漏电

4.卡死：机壳内有磁渣、卡簧、轴承垫片等异物；卡簧变形、磁铁未打到位、高低不一；铁轴受伤、变形等；磁石凸起；机壳轴承、反孔变形；磁石同性或没磁性

5.短路：电刷针插变形短路；换向器铜片短路油少；机芯外挂线；铜线沾锡；换向器焊锡处多头；风沙片错位；匝间短路；磁铁没磁性

根据前面介绍电机的不良原因，我们不难发现，无论电机是什么不良原因，都会使空载电流或堵转电流发生变化。如卡磁、机壳轴承与端盖不同心、机壳内小粒异物都会使电机电流偏高，磁铁没磁性、铜线沾锡、电刷针变形短路都会使电机短路，空载电流无穷大。至于为什么要测堵转电流，是因为电机转子在断线或虚焊时，电机空载电流和合格电机电流没有区别，但是其负载能力会大大降低，所以检测堵转电流相当于加了一个无穷大的负载。电机在虚焊或是断线时，其堵转电流会偏小。即当电机被堵住，内部转子，3个绕组首尾相接呈三角形，连接方式如图1。

当电机堵转时，电刷针接触换向器中任意两点（ab或ac或bc），电路等效如图2所示。

1.如果转子完好，电阻值为R//2R，等于2/3R，I=U/（2/3R）=1.5U/R；

2.如果R1断线，电阻为2R，I=U/（2R）=0.5U/R；

3.如果R2或R3断线，电阻值为R，I=U/R。

由此我们不难得出结论，电机转子有断线现象，会使其堵转电流偏小。

（三）方案的确定

由上述分析，确定测试系统的实现方法。选择一个大功率电源给电机供电，待空载电流稳定后，采集其空载电流，然后堵住电机，采集堵转电流，将两次采集的信号经运算放大后进行处理、比较、判断。

方案一：控制器选用AT89s51，信号的采集部分选用AD0809，显示部分由数码管显示。

方案二：控制器选用AT89s51，信号的采集部分选用AD0809，显示部分由LCD显示。

考虑到LED只能显示数字，不能显示文字单，无法实现智能检测后的全部测试信息。AT89S51单片机功能强大，但是片内没有AD转换，这就需要AD模块电路，选择AD0809为AD转换器，8位的AD转换精度有点偏低，若要求高精度的测试，不容易实现。

方案三：选择Atmeage48作为核心控制器，其自带AD性能，减少实际电路中AD转换部分电路的设计。显示部分选用LCD，可以实现文字和数字信息的显示，实现微处理器控制及人机交互。

三、系统原理及总体设计

（一）系统原理