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电动遮阳帘的新型窗帘用管状电动机的结构实例分析
    本次我们选择了一款新型窗帘用管状电动机DM45M-50/11进行结构拆解分析, 其结构带有手动装置, 此外在机械行程开关及制动器方面了进行一定的改进, 其外观及铭牌参数见图4、图5。

    由此可知, 该电机是一款典型的窗帘用管状电动机, 其基本参数:额定扭矩为50 N·m, 额定电压220/230 V, S2工作制:4 mim, 额定输入功率240 W, 额定电流1.07 A。

2.1 手动装置
    在电动窗帘的实际使用情况中, 电机损坏和断电的非正常工作状态是必须要考虑的问题, 因此现在的厂家通过不断的改进将手动装置也一并并入了整个管状电机当中。当然现在市面上还是分有无手动与有手动两种, 但手动装置的加入是人们生活的要求是必然的发展。

    手动装置主要有两种形式: (1) 脱开制动器, 使电机不在被锁死, 用手推动门窗上下开合; (2) 采用蜗轮蜗杆的传动机构, 通过轴和连接块直接带动筒体旋转。本次拆解的DM45M-50/11采用的便是第二种方式, 其设计原理及实物见图6、7。

    它采用了蜗轮蜗杆的传动机构, 通过轴和连接块与筒体直接连接, 当处于断电状态时, 电机锁死, 手动转动蜗杆, 使其轴转动, 并带动筒体转动, 筒体又带动电机被锁死后的轴转动, 从而手动开启或关闭。同时为了防止内部导线在转动时扭伤, 内部具体集电环类似的机构, 从而保护导线。该装置相比脱开制动器, 具有结构简单、体积小、可靠性高等特点。
图2 传动管径与载荷匹配对照
图2 传动管径与载荷匹配对照

图3 某款标准型管状电动机基本性能参数
图3 某款标准型管状电动机基本性能参数


图4 DM45M-50/11外观
图4 DM45M-50/11外观
图5 DM45M-50/11铭牌
图5 DM45M-50/11铭牌

图6 手动装置原理图
图6 手动装置原理图

图7 手动装置实物图
图7 手动装置实物图


2.2 行程控制装置
    行程控制装置的目的是为了是窗帘达到上行限位和下行限位的时候能够自动停机, 满足人们在日常生活中的需求。同样行程控制装置也分两种: (1) 电子感应行程开关; (2) 机械行程开关。

    本次拆解的管形电动机为机械行程开关, 同时现阶段由于电子感应行程开关成本较高, 控制也较为麻烦, 故在实际生产中大部分管状电动机均为机械行程开关, 它的成本更低, 也更易于与管形电机做成一体。而机械行程开关的原理见图8。

    从图8所知, 该装置主要由蜗轮蜗杆, 齿轮以及行程开关组成。由外界动作带动内齿圈转动, 内齿圈带动中间齿轮转动, 中间齿轮带动行程齿轮1、2在涡轮轴上做轴向移动, 直至顶开行程开关1、2使其电机停止运动, 外界动作也随之停止, 内齿轮也停止转动, 从而达到停机的效果。而蜗杆1、2为上下行程调节用蜗杆, 旋转蜗杆1, 2使行程齿轮1、2在涡轮轴上的轴向位置, 从而改变行程齿轮1、2到行程开关1、2的轴向长度, 这样电机的运转时间便被改变, 达到满足不同场合下, 不同行程的需求。

    这种双丝杆行程设计比原有的单丝杆行程更长, 且开关体积小, 能套进管状电机内部, 并不需要接外接行程开关。


图8 机械行程开关原理图

图8 机械行程开关原理图


图10 旁磁制动结构原理图

图10 旁磁制动结构原理图


2.3 电动机部分及其制动器
    内部电动机部分是整个装置的动力来源, 因此电动机的可靠性和安全性是最重要的, 本次拆解的管形电机使用的是电容运转单相电机, 转子为鼠笼式铝制转子, 定子绕组又分主绕组和副绕组。这也是大多数厂商普遍采用的电机, 是经过多方验证的。一般的管状电机都为短时工作制, 在额定荷载下工作, 工作时间一般≤4 min, 其热保护器埋置在其绕组端部, 当电机运行时长超过规定时间便会自动切断电源, 以此来保护电机绕组。其电机回路又设计成高饱和状态, 以此来获得更大的起动转矩。

    为了保证窗帘在断电瞬间停止运行并停留在该位置, 电机必须要一个制动器来消耗运动惯性, 同时也保证门窗不会下落。该电机的制动器设计在高转速处, 这样可以减少制动力矩, 使制动器的体积变小。制动器同样有两种方案: (1) 采用电磁制动方式; (2) 采用旁磁制动方式。本次拆解的电机采用的是旁磁制动方式, 具体结构如图12。

图9 机械行程开关实物图

图9 机械行程开关实物图

图11 旁磁制动结构实物图

图11 旁磁制动结构实物图


    旁磁制动器是制动磁极跟随转子转动产生磁力吸引衔铁, 压缩弹簧使衔铁与制动盘分离, 在电动机定子失电后, 制动磁极与衔铁之间的磁吸力消失, 衔铁在弹簧的作用下向外移动与制动盘接触, 实现制动。与电磁制动相比, 虽然原理相似, 但不需要再另加吸铁线圈给其通电, 而是充分利用电动机自身转子的电磁感应现象, 简化了结构。

    同时该制动磁极和鼠笼式转子又是同时铸出的, 就在转子铁心比定子铁心短的这块区域内, 制动弹簧安装在鼠笼式铝制转子与衔铁之间。这是一种新型的制动结构, 相比以前的制动磁极制造方式不同, 传统的鼠笼式转子铁心和制动磁极是由两种不同的材料制造, 铁心硅钢片、制动磁极用导磁性高的材料。而该机构的制动磁极是由转子铁心片叠加而成, 并叠成磁极需要的一定长度。

2.4 减速器
    由于电动机直接输出的转速较高, 而门窗开启闭合要求的转速都在20 r/mim中以内, 因此需要一个减速器将电机转速降到所需要的转速, 而本次所拆解的电机使用的是三级行星减速器, 行星减速器的体积小、减速比大、形状为圆形, 对于管形电动机非常适用。三级行星轮的具体结构如图13。

图12 行星齿轮结构图
图12 行星齿轮结构图
图13 三级行星减速器实物图

图13 三级行星减速器实物图

    如图13, 每一级的太阳轮为主动轮, 内齿圈固定, 从动的为行星架的装置。

    太阳轮带动行星轮转动, 行星轮在内齿轮上转动, 行星轮带动行星架转动, 从而将输入转速转变为行星轮的角速度, 再与内齿轮配合转变为沿内齿圈的线速度, 而行星架的角速度便是此线速度, 由此实现大幅度减速。

    设第一级太阳轮齿数为Z1, 第一级行星齿轮齿数为Z2, 第一级外齿轮的齿数为Z3, 则减速比i=Z1/Z3。其总减速比则为各级减速比的乘积, 其输入轴与输出轴的转向相反。

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