刻录机用电机245X13机械结构毕业设计说明书

密级：科学技术学院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（2008 2012 年）题 目 刻录机用电机24.513的(机械结构)设计学 科 部： 理 工 学 科 专 业： 机械设计制造与其自动化 班 级：学 号：学生：指导 起讫日期： 2012.2.232012.5.10 28 / 32目 录摘要 IAbstractII第一章 前言 11.1 国外电机的发展概况与存在问题 11.2 刻录机用电机设计的目的与意义 21.3 设计的指导思想 2第二章 方案的选择 32.1 方案一 32.2 方案二 3第三章 硬件部分设计 53.1 无刷直流电机的硬件结构组成 53.2 转子与定子部分的设计 63.2.1 设计参数 63.2.2 转子部分的设计 63.2.3 定子部分的设计 73.3 材料的选择 83.3.1 定子部分各零件材料的选用 83.3.2 转子部分各零件材料的选用 93.4 主要工序 193.4.1 定子工序 193.4.2 转子工序 203.4.3 总工序 20第四章 软件部分的设计 214.1 无刷直流电机控制组成与原理 214.2IC驱动选择 224.3 位置检测装置 244.4 无刷直流电机的调速 25结论 26参考文献 27致 28刻录机用电机24.513的(机械结构)设计专业：机械设计制造与其自动化 _7011208098 学生：洪瑞 指导邱水才摘要：近几年来，由于无刷直流电机具有交流电机的结构简单、维护方便、运行可靠等一系列优点，在国民经济各领域应用日益普与。而且直流无刷电机保持了直流有刷电机的优越性，采用无接触式电子换向，不受机械换向控制，与传统的直流有刷电机相比，调速方便，易于控制，运行平稳，在刻录机中得到了广泛的应用。本次设计以无刷直流电机作为刻录机用电机进行设计，采用三相九极无刷直流电机，三相指的是定子绕组设计为三相，九极指的是矽钢片的磁极数为九。设计包括硬件和软件两个方面，硬件方面有：定子部分的设计、转子部分的设计、材料的选择。设计要求机壳外轮廓尺寸为24.5mm，定子上底板底端到转子上垫圈上端的距离为13mm。软件方面有：位置检测装置，采用霍尔式位置传感器，检测转子位置，从而实现电子换向。选用BD7904FS驱动芯片作为电机的IC驱动。关键词：BD7904FS 霍尔式传感器 电子换向 位置检测装置 三相九极无刷直流电机 Burners with motor 24.5 by 13 (mechanical structure) designAbstract:In recent years, due to the Brushless DC motor has simple structure of AC motor, convenient maintenance, reliable operation and so on a series of advantages, in all areas of the national economy has been used more and more popular. And Brushless DC motor to keep the DC motor has advantages of brush, using no contact electronic reversing, not affected by mechanical commutation control, and the traditional DC motor are compared brush, speed, easy to control, smooth operation, in the burners are widely used.This design with Brushless DC motor with motor design as burners, three-phase nine extremely brushless DC motor, three-phase refers to the stator winding design for three-phase, nine extremely refers to the number of the nine XiGangPian magnetic poles. Design to include two aspects of hardware and software, hardware: the design of the stator, rotor part of the design, material selection. The chassis design requirement of 24.5 mm size outline, stator on the bottom of the floor to the rotor system at the top of the distance to the gasket 13 mm. Software: position detection device, with a hall type position sensor, detection of rotor position, so as to realize the electronic commutation. Choose BD7904FS drive chip as the motor drive IC.Key words: BD7904FSHall Sensor Electronic Reversing PositionDetection Device Nine a Three-phase Brushless DCMotor第一章 前 言1.1国外电机的发展概况与存在的问题随着时代的不断发展各行各业都离不开电机，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。现在电机的类型越来越多，像有刷直流电机和无刷直流电机。由于无刷直流电机使用寿命长、运转无噪音、较高的转速围，渐渐的取代了传统的有刷直流电机。无刷直流电机最早是日本的大畑克己；中野正嗣；高木哲尚发明的，这一突破为人类提供了便利。随着永磁材料、微电子技术、自动控制技术以与电力电子技术的发展，无刷直流电机得到了长足的发展。无刷直流电机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电机外部特性的电子换相电机。目前，国现在已有无刷直流电机的系列产品，并形成了一定的生产规模。而且它在我国的用途也是非常广泛，可作为直流电机、伺服电机和力矩电机等使用，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。今年来出现的无刷直流电机，用晶体管开关的电路和位置传感器代替电刷和换向器。无刷直流电机的位置检测装置是无刷直流电机的重要部件，它负责检测转子的位置。位置检测装置一般采用位置传感器，位置传感器的种类有电磁式、光点式、霍尔式，其中霍尔式位置传感器逐渐替代其它位置传感器。不仅是在检测方面，而且在IC驱动方面也在不断的更新，如BA6858AFP、BD7904FS等都是十分先进的IC驱动，都是刻录机用电机上应用最多的IC。从无刷直流电机与其控制系统的设计和制造水平来看，我国与国际水平还有着比较大的差距。国应用最多的还是有刷直流电机，虽然它含有碳刷、噪音大，但是变速平稳、温升低、可靠性好、价格便宜，很多公司还是比较喜欢用它。无刷直流电机改善了有刷直流电机的噪音大，使用寿命短等缺点，成为电机行业发展的趋势。目前设计的好多无刷直流电机还存在着许多问题，有些无刷直流电机采用反电动势法进行转子的位置检测，在欠压启动时电机就会失步，导致电流急剧增大，过流保护动作，启动失败。如果增加欠压保护模块，就会增加成本。若采用位置传感器进行位置检测，那就可以避免失步了。随着科技的发展，位置传感器也出现了好多，如霍尔式位置传感器、光点式位置传感器、电磁式位置传感器等。使用最多的是霍尔式位置传感器和光点式位置传感器，电磁式位置传感器已经逐渐被淘汰。无刷直流电机对永磁体材料的选择也是很重要的，永磁体装在机壳里，如果机壳材料为铁制材料那么就很容易失去磁性。因而就无法被位置检测装置感应到，从而无法实现电子换向，便失去了无刷直流电机的意义，电机不能正常工作。由此看来，对于永磁体的材料和机壳材料要求较高。还有一个问题，就是无刷直流电机的IC驱动的选择，它的种类也是多种多样的，每个IC都有不同的用途，如果选用不当，势必造成电机的控制出现问题。1.2刻录机用电机设计的目的与意义通过设计了解了电机的类型、工作原理、结构组成以与应用围。电机包括无刷直流电机和有刷直流电机等，主要由定子、转子组成。本课题选用无刷直流电机作为刻录机用电机，用电子换向取代碳刷换向，用霍尔元件实现位置检测，使得定位更准确。与用有刷直流电机的刻录机相比不仅降低了维护成本而且提高了刻录机的性能，使得刻录机工作更稳定、更快，从而提高产品的总体水平。电机是一种能量转换装置，应用于各行各业，并且在国民经济中占有重要地位。无论是在工农生产、交通运输、国防宇航、医疗卫生、商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器，都大量的使用着各种各样的电机。目前，普通的只能旋转的电机已经不能满足生产要求，我们必须不断改进才能跟上产品的更新换代。现在是一个机电一体化快速发展的社会，我们不仅要学好机械知识更要把电学知识学好，做到机电不分家。将此课题作为毕业设计，不仅能巩固大学四年所学知识，而且能培养我们独立分析问题和解决问题的能力，最重要的是能活跃我们的思维、提高我们的创新能力。若能在原有基础上提出改进方案，将能给社会带来更大的福利。1.3指导思想刻录机用电机的设计要尽量的满足刻录机的使用要求，结构尺寸符合刻录机用电机大小。由于无刷直流电机结构简单既具有交流电机的特点，又具有有刷直流电机的特点，所以不仅维修方便、低干扰、使用寿命长、而且运行效率高、调速系统稳定，充分满足了刻录机的使用要求。从电机的零件材料方面考虑：现在竞争十分激烈，无论什么产品都对自己选用材料要非常高的，都希望使用性价比较高的材料，节约制造成本。刻录机用电机对零件材料的要求较高，根据每个零件的机械特性进行查找材料，通过比较确定最优材料。从控制方面考虑：无刷直流电机实现电子换向，要有准确的定位，要实现准确的定位就必须要有位置检测装置，位置检测装置多种多样，一般采用霍尔元件作为位置检测装置。IC驱动也是无刷直流电机的重要组成部分，适宜的IC能够使电机更稳定的工作。目前刻录机用电机存在的问题：采用有刷直流电机，以电刷换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以与寿命短等弱点，再加上制造成本高与维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用围。在设计中要解决这个问题，要采用无刷直流电机，实现电子换向代替电刷换向。第二章 方案的确定2.1方案一采用有刷直流电机，原理通过改变交变磁场来推动电机旋转，它是通过电刷和整流子实现机械换相的。有刷直流电机含有电刷装置将电能转换成机械能或将机械能转化为电能的旋转电机。有刷直流电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动与时、可在大围平滑调速、控制电路相对简单。但因为有碳刷使得电机磨损大、噪音大、从而维护成本就大大的提高了，降低了产品效率。2.2方案二采用无刷直流电机作为刻录机用电机，原理是通过改变交变磁场来推动电机旋转，用电子换向取代有刷直流电机的机械换向。它的特点是无碳刷、低干扰、噪音低、运转顺畅、低维护成本。由于输出转矩与电机体积之比更高，使之在需要着重考虑空间与重量因素的应用有用武之地。无刷直流电机选用BD7904FS驱动芯片作为IC驱动、永磁体材料选用钕铁硼材料、用霍尔式传感器作为位置检测装置。霍尔式位置传感器能够准确检测转子的位置，大大提高了电机的性能，顺应电机的发展方向。无刷直流电机的IC驱动能够提高转换速率，像BD7904FS、BA6858AFP等都可用于刻录机用无刷直流电机，我选择的是BD7904FS,它性价比高，在刻录机用无刷直流电机中应用最广泛。无刷直流电机要实现电子换向必须准确检测转子的位置，方法是多种多样的，如反相电动势法、霍尔式位置传感器等，由于反向电动势法只在高转速和恒定转速状态下有优势，一般在CD机芯的主轴电机领域检测位置都是用霍尔式位置传感器。所以，本人采用霍尔式位置传感器，作为刻录机用电机的位置检测装置。表1把有刷直流电机与无刷直流电机进行了一下比较。通过比较可知，无刷直流电机不仅噪音低，而且维护本低。各方面性能都优于有刷直流电机。无刷直流电机虽然成本比有刷直流电机要高一点，但是它电机未来的发展趋势。刻录机用电机不仅要使用寿命长而且要噪音低、维护方便、最重要的就是节能、使用效果好、成本低，所以无刷直流电机更适合作为刻录机用电机。无刷直流电机由电机本体、位置检测装置、IC驱动芯片组成。电机本体由定子、转子组成，其定子绕组一般制成多相，转子由永磁体按一定极对数组成。一般常用的是三相九极无刷直流电机，所以我设计的是三相九极无刷直流电机。位置检测装置有多种类型，如电磁式位置传感器、光点式位置传感器、霍尔式位置传感器等。位置传感器的作用就是检测电机的转子位置，把转子位置转换成电信号，去控制电子开关线路，使得定子绕组按一定的次序导通，从而实现电子换向。由于电磁式、光点式的位置传感器逐渐被淘汰，所以采用霍尔式位置传感器作为无刷直流电机的位置检测装置。IC驱动芯片是无刷直流电机控制部分的核心，类型有好多，如BD7904FS、BA6858AFP等。BD7904FS是驱动器IC，整合为3.3V和CD-ROM， DVD-ROM所有驱动程序和必要的监管系统纳入一个芯片上，低水头运行可以通过申请PWM和SLED驱动系统的主轴电机驱动器。主要应用于CD-ROM、DVD-ROM。由于性价比高于BA6858AFP，所以采用BD7904FS作为本人设计电机的IC驱动。表1无刷直流电机与有刷直流电机比较电机类别无刷直流电机有刷直流电机适用围乳制品行业、酿造行业、肉制品加工行业、豆制品加工行业、饮料加工行业、糕点加工业、药品业、电子精密厂、等一些更高要求的无尘车间等。只能适用于各式洗手间等对要求不是太高的区域，而像无尘车间和防爆车间就无法使用了。使用寿命通常使用寿命在几万小时这个数量级，但是由于轴承的不同无刷电机使用寿命也有很大不同。通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时，到达使用极限就需要更换碳刷，不然很容易造成轴承的磨损。使用效果通常是数字变频控制，可控性强，从每分钟几转，到每分钟几万转都可以很容易实现。一般启动以后工作转速恒定，调速不是很容易，串激电机也能达到每分钟20000。节能方面采用变频技术控制的会比串激电机节能很多，无刷电机的耗电量只是碳刷的1/3。采用碳刷摩擦产生热、耗能大。日后维修无碳刷、维修方便、省钱。碳刷电机磨损后，不仅更换碳刷，还更换转齿等电机周边的附件，成本要高出很多。最主要的是，整体的功能将会受到影响。噪音方面无碳刷噪音相对较低。碳刷磨损，噪音高。本人最终的设计是选用方案二作为刻录机用电机的设计，即采用三相九极无刷直流电机，以霍尔式位置传感器作为位置检测装置，以BD7904FS芯片作为IC驱动。第三章 硬件部分设计3.1无刷直流电机的硬件结构组成无刷直流电机硬件主要由定子和转子组成。转子由机壳、轴、飞盘、圆环、托盘、垫圈、永磁体，如图3-1所示，将转子整体形态与结构组列出来。圆环飞盘机壳轴托盘胶圈图3-1转子结构定子由矽钢片、定子线圈、铜套、扣环、刹车垫片、底板、含油轴承、霍尔元件、FFC、PCB板。如图3-2所示，将定子结构组成与整体形态列出。刹车垫片PCBB底板FFC霍尔元件含油轴承扣环铜 套矽钢片线 圈图3-2定子结构3.2转子与定子部分设计3.2.1设计参数1、机壳的最大尺寸为24.5mm2、定子上底板底端到转子上垫圈顶端的距离为13mm3、定子绕组为三相4、矽钢片磁极数为九3.2.2转子部分设计1、机壳，电机在刻录机上有安装尺寸，设计时要注意配合尺寸，机壳尺寸可设计为外径为24.5mm，由于机壳中心要安装轴，所以中间要有孔。中间孔可设计为3mm，允许公差为-0.016mm到-0.026mm。机壳与轴过盈配合，配合公差为X7/h4。2、永磁体，永磁体装入机壳，磁性要求较高，作用是能够让霍尔元件检测到转子的位置，一旦失去磁性霍尔元件将无法工作。由于要配合机壳外圆尺寸可设计为23mm，允许公差为-0.04mm，由于永磁体要保证一定的厚度径尺寸可设计为20.8mm。然后将永磁体外表面与机壳的表面用胶水648+促进剂7649胶合在一起，拔脱力为5Kg Min。3、轴，轴是无刷直流电机中定子与转子的连接部件，在电机中起着十分重要的作用。机壳和轴都是过盈配合，配合公差为X7/h4，可设计为轴的直径为3mm，允许公差为-0.03mm，轴的长度为14.5mm，允许公差为0.05。轴的圆面一端安装在机壳中心，球面一端顶住定子的垫片，对轴的耐磨性、硬度和表面粗糙度要求较高。表面粗糙度满足加工要求的情况下，尽可能选择粗糙度大的，以便节约成本。查阅公差书可得，轴截面的表面粗糙度选为0.2,，球面的表面粗糙度也选为0.2，硬度为HV450以下。球面半径可设计为3.2mm。4、飞盘组，飞盘组由飞盘和圆环组成，飞盘装在机壳上，与轴卡紧，可设计外径为15mm，与轴配合，中心孔为3mm，上表面凹陷深度为1.4mm，直径为10.2mm。圆环装在飞盘正面，依靠圆环上的孔进行定位，因此圆环径尺寸可设计为5mm，允许公差为0.05mm，外圆与飞盘正面凹陷处配合，可设计为10.2mm，允许公差为0到-0.05mm，圆环厚度为0.5mm，由于小圆环上的三个孔分别对应飞盘上的三个最高的突出圆柱嵌套进去，圆环上表面与飞盘上表面的距离为0.1mm。圆环外径与飞盘正面边缘熔接，熔接后拔脱力为2Kg Min。5、托盘，托盘用来拖住飞盘组，然后一起安装在机壳上，中心孔套飞盘背部突起处，表面与飞盘接触然后胶合。托盘外径要比机壳尺寸大，可设计为30mm，径为4.5mm，表面有螺纹孔用来定位夹紧。6、胶圈，胶圈黏胶在托盘表面，防止托盘磨损和增加托盘与刻录机中光盘的摩擦力，更好的带动光盘和托盘一起旋转，可设计尺寸为，外径为29mm，允许公差为0.2mm，径为22mm，允许公差0.02mm，厚度为0.5mm，当然也可以为0.6mm或0.7mm，但由于制作成本所以选择0.5mm。装配尺寸如图3-3所示，同轴度A以轴为基准，轴圆面一端装在机壳中心孔永磁体装入机壳，用胶水胶合在一起，拔脱力为5Kg Min，保证永磁体突出面与中心轴的球面端距离为5.2mm，轴的球面端与托盘的最右端距离为14.2mm，胶圈黏胶在托盘上与飞盘组最右端的距离为2.5mm。图3-3转子装配剖视图3.2.3定子部分设计1、刹车垫片，放入铜套用来顶住转子部分的轴，胶合在铜套底部，防止铜套底部与轴磨损，可设计尺寸为5.2mm，允许公差为-0.1mm，刹车垫片的厚度可为0.5mm，若太厚则增加成本。若太薄容易磨损掉，影响电机正常工作。查阅资料可得，表面粗糙度为1.6。2、扣环，放入铜套尺寸要大于刹车垫片，环卡住转子轴，防止轴在旋转时，左右晃动。因此，环尺寸可设计为2.9mm，允许公差为0.1mm与轴过渡配合。厚度一般不宜太厚，可为0.2mm。3、含油轴承，放在铜套，外径要比铜套径小，可设计为6.5mm，由于转子的轴要通过含油轴承，顶到刹车垫片上，径可设计为3mm。4、底板，与铜套铆接，托住铜套与矽钢片等部件，起支撑作用。形状可以多种多样，为了美观，本人选用圆形底板，外径可设计为23.9mm，允许公差为-0.1mm。由于要套在同套上所以径尺寸可设计为8.5mm。厚度可设计为1mm。若太厚则增加成本，若太薄容易变形。5、PCB板和霍尔元件，PCB板与铜套配合，装在底板上，连接无刷直流电机本体与控制部分。霍尔元件安装在PCB板上对应的引脚处，检测电机中转子的位置，实现电子换向。6、铜套，铜套连接底板和矽钢片组，是定子部分的重要部件，铜套上要装PCB板、矽钢片组、底板，因此高度可设计为12.4mm，过高则影响制作成本，过低则无法装配其它部件。上端与矽钢片组配合，高度设计为6.4mm，上端外径可设计为8.2mm，允许公差为-0.03mm到-0.04mm。由于里面要装有含油轴承，径可设计为6.5mm，允许公差0.002mm到0.01mm。中间突出部位，是为了顶住底板和矽钢片组，直径应大于底板和矽钢片径，可设计为10mm。装配尺寸如图3-4所示，底板安装在铜套上，最左端表面到轴承最左端表面的距离为3mm，PCB板与底板接触，用螺钉铆接。矽钢片组装在同套上，最右端到底板最左端的距离为9.4mm。图3-4定子装配剖视图 图3-5总装图将定子与转子组装在一起，组成无刷直流电动机总装图，如图3-5所示，装配要保证定子垫圈上表面与底板底面的距离为13mm，允许公差为0.1mm，机壳尺寸为24.5mm，允许公差为0到-0.2mm。3.3材料的选择3.3.1定子部分各零件的材料选用1、矽钢片，如图3-6所示可选材料有SPCE (深冲用冷轧碳素钢薄板)、SPCC (表示冲压用冷轧碳素钢薄板)、SPCD(一般用冷轧碳钢薄板)。（1）SPCE：表示深冲用冷轧碳素钢薄板，适合用于深冲拉伸用途。（2）SPCD：表示冲压用冷轧碳素钢薄板，相当于中国08AL(13237)优质碳素结构钢。（3）SPCC：一般用冷轧碳钢薄板与钢带。矽钢片冲压而成，因此对钢板的冲压性能要好，SPCE深冲性能高于SPCC和SPCD而且比较薄，具有良好的耐久性、耐热性，更适合矽钢片的用材，所以选择SPCE作为矽钢片冲制材料。图3-6矽钢片图 图3-7线圈2、定子线圈，如图3-7所示可选材料有PET（聚对苯二甲酸类塑料）俗称涤纶树脂、PEI（聚醚酰亚胺）、PBT（聚对苯二甲酸酊二醇酯）。（1）聚醚酰亚胺为琥珀色透明固体，具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高低温与耐磨性能。在高温下稳定性特别高，应用于电子、电机和航空等部门，并且聚醚酰亚胺是优良的涂层和成膜材料，能形成适用于电子工业的涂层和薄膜，并可用于制造孔径 0.1m、具有高渗透性的微孔隔膜。还可用作耐高温胶粘剂和高强度纤维等。（2）涤纶树脂是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性,电绝缘性能好。涤纶树脂广泛的应用于制造连接器、线圈绕线管、集成电路外壳、电容器外壳、变压器外壳、电视机配件、调谐器、开关、计时器外壳、自动熔断器、电动机托架和继电器等方面。（3）聚对苯二甲酸酊二醇酯为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性。应用于家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等），电器元件（开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等），汽车工业（散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件）等漆包线缠绕在矽钢片上，电绝缘性和机械性能要求较高。由于涤纶树脂相比于聚醚酰亚胺和聚对苯二甲酸酊二醇酯，具有最大的韧性，电绝缘性最好，所以采用涤纶树脂作为漆包线选用材料。定子绕组为三相绕组，顺时针绕线，星型接法。3、铜套，如图3-8所示可选材料有C3604BD（环保易切削的黄铜棒）、ZCuSn10Pb1铸造铜合金(10-1锡青铜，连续) 、ZCuSn10Pb5铸造铜合金(10-5锡青铜，金属型)（1）环保易切削的黄铜具有极好的切削、钻孔性能，强度高，塑性好，耐腐蚀性强。延展性、挤压加工性、熔接性、耐蚀性、耐候性、热传导性、电导性均佳，特别适用于焊接。适用于自动车床、数控车床加工有生态环保和卫生安全要求的产品，如电子、电讯、电气接插件、联接件，五金、照相、家电、饮用水工程的零部件。（2）ZCuSn10Pb1铸造铜合金（锡青铜，连续型）硬度高，耐磨性极好，不易产生咬死现象，有较好的铸造性能和切削加工性能，在大气和淡水中有良好的耐蚀性，但成本过高所以不采用。可用于高负荷（20Mpa以下）和高滑动速度（8m/s）下工作的耐磨零件，如连杆、衬套、轴瓦、齿轮、蜗轮等。（3）ZCuSn10Pb5铸造铜合金(锡青铜，金属型)耐腐蚀，特别对稀硫酸、盐酸和脂肪酸。结构材料，耐蚀、耐酸的配件以与破碎机衬套、轴瓦。由于制作铜套要具有好的耐磨性，所以不选用。由于铜套的硬度和耐磨性要求较高，所以铜套选用材料要耐磨而且硬度高。通过比较铸造铜合金和环保易切削铜，得知环保易切削黄铜更适合作为铜套材料。图3-8铜套 图3-9含油轴承4、 含油轴承，如图3-9所示可选材料有铜基、铁基、铜铁基含油轴承，外壁有凹槽为了方便注油，使得电机起到润滑作用。以金属粉末为主要原料,用粉末冶金法制作的烧结体,其本来就是多孔质的,而且具有在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状与分布等技术上的优点。（1）铜基含油轴承是烧结滑动轴承的一大类，它具有很高的减摩性能和高的抗腐蚀性能，铜基含油轴承得到了极其广泛的应用。（2）铁基含油轴承为多孔铁，铁-石墨，铁-铜-石墨，铁-铜-硫，自润滑性能好，具有减震隔音作用。（3）铜铁基含油轴承为铁基和铜基的综合，也具有很高的减摩性能和高的抗腐蚀性能，但价格昂贵。表2 铜基、铁基、铜铁基含油轴承比较物理机械性能单位铁基铜铁基铜基密度g/cm35.76.25.76.26.67.2表面多孔性温度升高，润滑油从滑动面渗出噪音（距离50mm）db20磨损量u18压溃强度Kg f/mm2253515硬度HB50100601102050摩擦系数0.250.252000通过表2比较可得选择铜基含油轴承。5、扣环，如图3-10所示可选材料有MYLAR（迈拉）、PTFE(聚四氟乙烯)、UPE（超高分子聚乙烯）。（1） 迈拉为坚韧聚酯类高分子物，具有良好的耐热性， 表面平整性， 透明度和机械柔韧性。（2） 超高分子聚乙烯有极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性。缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，胶粘性差，流动性差，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。（3） 聚四氟乙烯一种含聚四氟乙烯高分子化学材料，它广泛应用于包装，电子电气，化工能源，耐腐蚀材料，流动性差、粘度高、导热性能差。只能采用模压、挤出工艺制作简单的制品，成型较困难，复杂制品必须由后期机床加工，这就限制了产品的生产效率，加工过程中，材料浪费过大。扣环为塑料件铜套里，作用是卡住转子中的轴，防止轴旋转飞出，使得轴在高速旋转时稳定性更好。对于机械性要求高，通过比较，从加工性能方面考虑迈拉更适合作为扣环材料。图3-10扣环 图3-11底板6、底板，如图3-11所示可选材料有SPCE（深冲用冷轧碳素钢薄板）、SPCC（冲压用冷轧碳素钢薄板）、SPCD（一般用冷轧碳钢薄板）（1）深冲用冷轧碳素钢薄板：适合用于深冲拉伸用途。（2）冲压用冷轧碳素钢薄板：相当于中国优质碳素结构钢。（3）一般用冷轧碳钢薄板：耐热性，耐久性与深冲用冷轧碳素钢薄板和冲压用冷轧碳素钢薄板相比较差。底板由钢盘冲压而成对于钢板冲压性能要求较高，深冲用冷轧碳素钢薄板的深冲性能高于冲压用冷轧碳素钢薄板和一般用冷轧碳钢薄板。它具有良好的耐久性、耐热性，更适合底板的用材，所以选择深冲用冷轧碳素钢薄板作为底板材料。 7、PCB板，如图3-12所示材料有PC（聚碳酸酯）、FR一1(阻燃覆铜箔酚醛纸层压板)、FR一4（环氧树脂加上填充剂以与玻璃纤维所做出的复合材料）（1）聚碳酸酯是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性与耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点，和金属相比硬度不足，这导致它的外观较容易刮花，但其强度和韧性很好，无论是重压还是一般的摔打。它不耐强酸，不耐强碱，不耐紫外线，耐弱酸，耐中性油，不适合作为PCB板材料。 （2）酚醛纸基覆铜板最常用的产品型号为FR-l (阻燃型)，FR是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，因此目前一般电路板所用的FR-4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能的环氧树脂加上填充剂(Filler)以与玻璃纤维所做出的复合材料,基板按板所采用的树脂胶黏剂不同进行分类，常见的纸基CCI。有：酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂等各种类型。（3）环氧树脂加上填充剂以与玻璃纤维所做出的复合材料，是以环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。它的粘结片和芯薄型覆铜板，是制作多层印制电路板的重要基材。环氧玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性能比纸基板高。它的电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小。在加工工艺上，要比其他树脂的玻纤布基板具有很大的优越性。这类产品主要用于双面PCB ，用量很大。环氧玻纤布基板，应用最广泛的产品型号为FR-4 ，近年来由于电子产品安装技术和PCB 技术发展需要，又出现高的FR-4 产品。通过比较由于FR-4机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性能比纸基板高,所以我选择FR-4作为PCB板材料。图3-12PCB板 图3-13FFC8、FFC，如图3-13所示材料有PET（聚对苯二甲酸类塑料）俗称涤纶树脂、PEI（聚醚酰亚胺）、PBT（聚对苯二甲酸酊二醇酯）。（1）聚醚酰亚胺为琥珀色透明固体，具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐辐照性能、耐高低温与耐磨性能，并可透过微波。聚醚酰亚胺还有良好的阻燃性、抗化学反应以与电绝缘特性。它还具有很低的收缩率与良好的等方向机械特性。（2）涤纶树脂是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。（3）聚对苯二甲酸酊二醇酯为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性。应用于家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等），电器元件（开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等），汽车工业（散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件）等。FFC是引脚接在PCB板引脚上柔性扁平电缆，是一种用涤纶树脂绝缘材料和极薄的镀锡扁平铜线，通过高科技自动化设备生产线压合而成的新型数据线缆，具有柔软、随意弯曲折叠、厚度薄、体积小、连接简单、拆卸方便、易解决电磁屏蔽等优点。柔性扁平电缆可以任意选择导线数目与间距，使联线更方便，大大减少电子产品的体积，减少生产成本，提高生产效率，最适合于移动部件与主板之间、PCB板对PCB板之间、小型化电器设备中作数据传输线缆之用。无刷直流电机用的FFC要求具有良好的机械性、电的绝缘性以与耐热性，通过比较涤纶树脂更适合FFC材料。图3-14霍尔元件 图3-15刹车垫片9、霍尔元件，如图3-14所示可选材料有Si（硅）、In As（锑化铟）、In Sb（砷化铟）。（1）晶体硅可用来制作半导体材料，硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心。（2）锑化铟晶体具有较高的电子迁移率和迁移率比值(eh=70)，低的磁阻效应和小的电阻温度系数，是制造霍耳器件和磁阻器件的理想材料。锑化铟的发射波长3.34m，在锑化铟衬底上能生长晶格匹配的多元外延材料，可制造24m波段的光纤通信用的激光器和探测器。（3）砷化铟由铟和砷构成的一V族化合物半导体材料。常温呈银灰色固体，具有闪锌矿型的晶体结构。霍尔元件安装在PCB板上，检测转子位置，使其准确定位。人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。上述三种材料都可作为霍尔元件材料，但锑化铟制造霍耳器件和磁阻器件的理想材料。所以选择锑化铟作为霍尔元件材料。10、刹车垫片，如图3-15所示可选材料有PEEK（聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)、UPE（超高分子聚乙烯）。（1）聚醚醚酮是理想的电绝缘体，是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有诸多显著优势。它具有优秀的阻燃性、极低的发烟串和有毒气体释放率，以与极好的耐辐射性。还具有耐冲击、耐磨、耐潜变、耐疲劳特性、机械强度高。（2）聚四氟乙烯是一种含聚四氟乙烯高分子化学材料，它广泛应用于包装，电子电气，化工能源，耐腐蚀材料，流动性差、粘度高、导热性能差。只能采用模压、挤出工艺制作简单的制品，成型较困难，复杂制品必须由后期机床加工，这就限制了产品的生产效率，加工过程中，材料浪费过大。聚四氟乙烯具有“冷流性，当PTFE用作密封垫时，为密封严密而把螺栓拧得很紧，以致超过特定的压缩应力时，会使垫圈产生“冷流”(蠕变)而被压扁。分解产物有极少量剧毒的全氟异丁烯。所以一般不作为电机材料。（3）超高分子聚乙烯有极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般聚醚醚酮，缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，胶粘性差，流动性差,耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。应用围与聚酰胺、聚四乙烯相近，耐磨性超过碳钢，做齿轮、轴承、轴瓦。无论从绝缘性还是耐热性能上考虑聚醚醚酮都优于超高分子聚乙烯和聚四氟乙烯，而且制作成本低，所以选择聚醚醚酮。3.3.2 转子部分各零件材料1、机壳，如图3-16所示可选材料有SECC （电解亚铅镀锌钢板）、镀铝锌、一般镀锌钢板。（1）电解亚铅镀锌钢板：是一种冲压材料，就是在冷轧板表面镀上了锌层 主要用在家用电机、汽车、配电器、油储罐、马达盖、钢制家具底板等。具有良好耐久耐热性，更适合作为马达机壳。（2）镀铝锌是采用连续熔融镀层工艺把55%的铝和43.4%的锌与1.6%的硅镀覆到钢板表面。有良好的耐久性、耐热性但工艺复杂，成本高，应用在要求很高的镀锌板行业。（3） 一般镀锌钢板是指表面镀有一层锌的钢板，是一种经常采用的经济而有效的防腐方法。但耐热耐久性低于镀锌铝钢板、使用寿命较低、在高温下容易变色。由于机壳冲压而成，对钢板的耐热耐久性要求较高，使用寿命要求很高。通过比较选择电解亚铅镀锌钢板作为机壳材料。2、飞盘，如图3-17所示可选材料有PET塑料（聚对苯二甲酸类塑料）、PBT（聚对苯二甲酸酊二醇酯）、PP塑料（聚丙烯）（1）聚丙烯为结晶型高聚物，常用塑料中聚丙烯最轻。通用塑料中，聚丙烯的耐热性最好。另外，聚丙烯产品质轻、韧性好、耐化学性好。聚丙烯也有缺点，就是尺寸精度低、刚性不足、耐候性差，它具有后收缩现象，脱模后，易老化、变脆、易变形。（2）聚对苯二甲酸酊二醇酯是乳白色半透明到不透明结晶型热塑性聚酯。具有耐热性、耐疲劳性、低摩擦系数、耐候性等特点。缺点是冲击强度低、成型收缩率大，容易使制品发生翘曲。（3）聚对苯二甲酸类塑料是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽，具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性与电绝缘性，而且还具有很高的成膜性成形性。它耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性，受温度影响小，无毒、耐气候性。由于生产聚对苯二甲酸类塑料所用乙二醇比生产聚对苯二甲酸酊二醇酯所用丁二醇的价格几乎便宜一半，所以PET树脂和增强PET是工程塑料中价格是最低的，具有很高的性价比。综合上述比较选择PET材料做为飞盘材料。 图3-16机壳 图3-17飞盘3、胶圈，如图3-18所示可选材料有Silicone（有机硅塑料）、一般橡胶塑料、PET塑料（聚对苯二甲酸类塑料）。（1）有机硅塑料：无味、耐高低温、耐水性好、高频绝缘性好，耐辐射、耐臭氧性好 适于制作电工、电子组件与线圈的灌封与固定、 医疗器械产品，被称为工业的味精。（2）一般橡胶塑料：绝缘性较差、有气味、耐高温性差。（3）聚对苯二甲酸类塑料吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。一般不作为垫圈材料。用于各种线圈骨架、变压器、电视机、零部件和外壳、汽车灯座、灯罩、白热灯座、继电器、硒整流器等。由于胶圈胶合在机壳上防止机壳磨损，所以耐磨性要好。对比三种材料，有机硅塑料绝缘性耐磨性都优于其它两种，最后选择Silicone （有机硅塑料）作为胶圈材料。4、托盘，如图3-19所示可选材料有PEEK（聚醚醚酮）、PTFE（聚四氟乙烯）、UPE（超高分子聚乙烯）。（1）聚醚醚酮是理想的电绝缘体，是一种性能优异的特种工程塑料，与其他特种工程塑料相比具有诸多显著优势。它具有优秀的阻燃性、极低的发烟串和有毒气体释放率低，以与极好的耐辐射性，耐冲击、耐磨、耐潜变、耐疲劳特性等机械强度高。在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。 （2）聚四氟乙烯是一种含聚四氟乙烯高分子化学材料，它广泛应用于包装，电子电气,化工能源,耐腐蚀材料，流动性差、粘度高、导热性能差。只能采用模压、挤出工艺制作简单的制品，成型较困难，复杂制品必须由后期机床加工，这就限制了产品的生产效率，加工过程中，材料浪费过大。聚四氟乙烯具有“冷流性，当PTFE用作密封垫时，为密封严密而把螺栓拧得很紧，以致超过特定的压缩应力时，会使垫圈产生“冷流”而被压扁。分解产物有极少量剧毒的全氟异丁烯。一般不作为电机材料。（3）超高分子聚乙烯有极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE材料，但是耐热性低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，胶粘性差，流动性差,耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。托盘为塑料件，装在定子部分拖住飞盘，耐磨性、绝缘性要求较高。由于聚醚醚酮是理想的电绝缘体，机械强度比超高分子聚乙烯要好，而且不会产生有毒气体，更适合作为托盘材料。图3-18胶圈 图3-19托盘5、圆环，如图3-21所示可选材料有SPCE（深冲用冷轧碳素钢薄板）、SPCC（冲压用冷轧碳素钢薄板） 、SPCD（一般用冷轧碳钢薄板）（1）SPCE：表示深冲用冷轧碳素钢薄板与钢带，适合用于深冲拉伸用途。（2）SPCD：表示冲压用冷轧碳素钢薄板与钢带，相当于中国优质碳素结构钢。（3）SPCC：一般用冷轧碳钢薄板与钢带。圆环由钢板冲压而成，所以韧性要好，SPCE深冲性能高于SPCC和SPCD而且比较薄、具有良好的耐久性、耐热性，更适合圆环的用材，所以选择SPCE作为圆环材料。图3-20永磁体 图3-21圆环6、永磁体，如图3-20所示材料有Nd-Fe-B(钕铁硼）、Al Ni Co（铝镍钴）、橡胶磁（Rubber Magnet)（1）Nd-Fe-B(钕铁硼）：钕铁硼一种磁铁,其优异的磁性能而被称为“磁王”。含有大量的稀土元素钕、铁与硼，其特性硬而脆 广泛应用于电子、电力机械、医疗器械、包装、五金机械、航天航空等领域，较常见的有永磁电机、磁选机、计算机磁盘驱动器、磁共振成像设备仪表等。（2）铝镍钴：铝镍钴:剩磁高、温度系数低。缺点是矫顽力非常低，退磁曲线非线性，因此铝镍钴磁铁容易被磁化， 同样也容易退磁。（3）橡胶磁：具有柔韧性、弹性、可绕曲性，经过挤出、延压、注射、模具成型等工艺可生产成卷状、片状、条状、块状、圆环与各种复杂形状。它表面还可以覆PVC片、铜版纸、双面胶，涂UV油，或者彩印模切成各种形状。主要应用于威特电机、玩具、广告等行业。虽然磁性好但易变型，所以不选用。无刷直流电机对永磁体的磁性要求较高，如果永磁体失去磁性，定子中的霍尔元件就无法检测的转子的位置，不能实现准确定位。钕铁硼虽然价格昂贵但磁性极高，而且不容易退磁，所以选择钕铁硼作为永磁体材料。图3-22轴7、轴，如图3-22所示可选材料有锻钢、碳素钢、SUS420J2（马氏体类型不锈钢）。（1）马氏体类型不锈钢属于合金钢，机械加工性能好，经热处理(淬火回火)后,具有优良的耐腐蚀性能抛光性能较高的强度和耐磨性,适宜制造承受高负荷,高耐磨与在腐蚀介质作用下的塑料模具。（2）锻钢部组织均匀，强度较好，一般制作重要的大尺寸的轴。（3）碳素钢价格低廉，工艺性能优良。应用于一般工程结构和普通机械零件。选择轴时要考虑到轴的强度、刚度与耐磨性要求，以与轴的热处理方法、机加工工艺性、材料来源和经济性。直流无刷电机对轴是连接定子与转子部分，所以对于精度、同轴度和耐磨性的要求较高。由于不锈钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，虽然价格比碳素钢昂贵，但由于考虑到轴作为电机的重要部件，所以选择SUS420J2（马氏体类型不锈钢）3.4主要工序3.4.1定子工序 1、矽钢片清洗，对矽钢片进行清洗，以免堆叠时出现凹凸不平，影响质量。 2、绕线圈，对矽钢片进行绕线。 3、整理线圈，将线圈缠绕整齐，不要多出线 4、裁掉多余的线，防止线圈干扰电机正常工作。 5、将线圈与矽钢片初步焊接 6、检测阻抗 7、绝缘检查 8、在铜套装入刹车垫片和扣环 9、铜套轴承组入 10、底板清洗 11、喷印 12、铜套和底板铆合 13、霍尔元件焊接在PCB板上 14、点胶 15、PCB板帖附 16、绕线组组入17、终焊18、FFC焊接19、CCD检测20、胶带帖附21、定子检测3.4.2转子工序1、清洗机壳并与轴心铆合2、充磁，对永磁体进行充磁，让霍尔元件能够检测到转子的位置3、机壳点胶，把永磁体与机壳胶合在一起。 4、入磁5、飞盘与垫片熔接6、点胶7、飞盘组与托盘熔接8、点胶9、托盘组入10、转子整形11、转子检测3.4.2总工序 1、定子注油2、止油垫片组入3、总装4、准直仪检测5、高度检测6、最终检测7、包装