畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告-刻錄機用電機Ф24.5×13的(機械結(jié)構(gòu))設(shè)計

PAGEPAGE3畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目：刻錄機用電機Ф24.5×13的(機械結(jié)構(gòu))設(shè)計學(xué)科部：專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：填表日期：2011年12月17日一、選題的依據(jù)及意義本人的課題是刻錄機用電機Φ24.5×13的設(shè)計，電機分為無刷直流電機和有刷電機。無刷直流電機是同步電機的一種，它將同步電機加上電子式控制，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達到接近直流電機特性的方式。它無電刷、低干擾、噪音低、運轉(zhuǎn)順暢、壽命長、低維護成本。無刷電機能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時仍可以控制電機轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。有刷電機內(nèi)含電刷裝置的將電能轉(zhuǎn)換成機械能(電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成電能(發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機電機工作時，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉(zhuǎn)動的換向器和電刷來完成的。由于有刷電機的結(jié)構(gòu)原因，電刷和換向器的接觸電阻很大，造成電機整體電阻較大，容易發(fā)熱影響有刷電機的壽命。從而也導(dǎo)致電機功率下降，工作效率遠比無刷低。再有碳刷長期使用清理十分不方便。表1無刷電機與有刷電機比較電機類別無刷電機有刷電機適用范圍乳制品行業(yè)、釀造行業(yè)、肉制品加工行業(yè)、豆制品加工行業(yè)、飲料加工行業(yè)、糕點加工業(yè)、藥品業(yè)、電子精密廠、等一些更高要求的無塵車間等。只能適用于各式洗手間等對要求不是太高的區(qū)域，而像無塵車間和防爆車間就無法使用了。使用壽命可連續(xù)工作20000小時左右，常規(guī)的使用壽命7-10年。通常使用壽命在幾萬小時這個數(shù)量級，但是由于軸承的不同無刷電機使用壽命也有很大不同?？蛇B續(xù)工作5000小時左右，常規(guī)的使用壽命2-3年。通常有刷電機的連續(xù)工作壽命在幾百到1千多個小時，到達使用極限就需要更換碳刷，不然很容易造成軸承的磨損。使用效果通常是數(shù)字變頻控制，可控性強，從每分鐘幾轉(zhuǎn)，到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)都可以很容易實現(xiàn)。一般啟動以后工作轉(zhuǎn)速恒定，調(diào)速不是很容易，串激電機也能達到每分鐘20000。節(jié)能方面采用變頻技術(shù)控制的會比串激電機節(jié)能很多，無刷電機的耗電量只是碳刷的1/3。采用碳刷摩擦產(chǎn)生熱、耗能大。日后維修無碳刷、維修方便、省錢。碳刷電機磨損后，不僅更換碳刷，還更換轉(zhuǎn)齒等電機周邊的附件，成本要高出很多。最主要的是，整體的功能將會受到影響。噪音方面無碳刷噪音相對較低。碳刷磨損，噪音高。通過比較有刷電機與無刷電機，本人決定用無刷電機作為刻錄機用電機。近幾年來，無刷電機成為在模型領(lǐng)域里快速發(fā)展的一種動力。由于產(chǎn)量和價格的原因，過去幾年無刷電機多使用在中高檔航空模型中，現(xiàn)在由于機械加工技術(shù)的快速發(fā)展，無刷電機的生產(chǎn)成本下降許多，目前它正進入模型領(lǐng)域的各個層面，從電動遙控車到電動遙控船再到電動模型飛機，無處不在?，F(xiàn)在電機作為一種能量轉(zhuǎn)換的裝置，在國民經(jīng)濟中起著重要作用，無論是在工農(nóng)生產(chǎn)、交通運輸、國防宇航、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備，還是日常生活中的家用電器，都大量的使用著各種各樣的電機，如汽車、電視機、電風(fēng)扇、空調(diào)、刻錄機等等也離不開電機。而普通的只能旋轉(zhuǎn)的電機已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，我們必須不斷改進才能跟上產(chǎn)品的更新?lián)Q代。將此課題作為畢業(yè)設(shè)計，不僅能鞏固大學(xué)四年所學(xué)知識，而且能培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的獨立工作能力。最重要的是，能活躍我們的思維、提高我們的創(chuàng)新能力。若能在原有基礎(chǔ)上提出改進方案，將能給社會帶來更大的福利。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1、國內(nèi)現(xiàn)狀八十年代以前，國內(nèi)對無刷直流電動機的研究幾乎是空白。1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國金屬加工設(shè)備展覽會上，SIEMENS和BOSCH兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，引起了國內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意。圖1刻錄機無刷電機圖1為刻錄機無刷電機圖片，從圖中看出目前國內(nèi)已有無刷直流電動機的系列產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。但是對于高性能實用無刷直流電動機控制系統(tǒng)，國內(nèi)目前已經(jīng)形成系列產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家較少。從無刷直流電動機及其控制系統(tǒng)的設(shè)計和制造水平來看，我國與國際水平還有著比較大的差距。在控制理論及控制方法上雖然已經(jīng)有了相關(guān)的報道，但與國外先進水平也存在一定的差距。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種大功率點在器件的廣泛采用，人們發(fā)明可以不用電刷和換向器裝置的直流電動機，無刷直流電動機在我國的用途非常廣泛，可作為直流電動機、伺服電動機和力矩電動機等使用，尤其適用于高級電子設(shè)備、機器人、航空航天技術(shù)、數(shù)控裝置、醫(yī)療化工等高新技術(shù)領(lǐng)域。今年來出現(xiàn)的無刷直流電動機，用晶體管開關(guān)的電路和位置傳感器代替電刷和換向器。2、國外現(xiàn)狀無刷電機最早是日本的大畑克己;中野正嗣;高木哲尚發(fā)明的。這一突破為人類提供了便利。美國MTT公司在“1986～1991年美國無刷直流電機的市場和技術(shù)展望”一文中說,盡管無刷電機成本比交流或有刷電機高,但前途無量。美國目前無刷電機的用量為五百六十萬臺,占全部電子控制電機的7％。預(yù)計不久，無刷電機的用量將達2650萬臺,價值630萬美元。電機的年增長率為37％,美元的年增長率為29％。隨著電機本體及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，“無刷直流電動機”的概念已由最初“特指”具有特定電子換向的直流電動機發(fā)展到“泛指”一切具備有刷直流電動機外部特性且沒有電刷的永磁直流電動機。隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，國外還發(fā)現(xiàn)了許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件，如GRT、MOSFET、IGBT等。用高性能永磁材料，如鐵、鈷、硼等作為無刷電機的材料，大大提高了電機性能。圖2拆分無刷電機圖圖2是一個拆開的無刷電機圖，它采用了目前比較流行的無刷電機結(jié)構(gòu)。主要由定子、轉(zhuǎn)子、主軸和外殼三部分組成。轉(zhuǎn)子是一個永磁體環(huán)，主軸在裝配過程中與轉(zhuǎn)子固定在一起，定子由底座、軟性線路板、霍爾傳感器、幾組線圈和鐵心組成。以前不采用霍爾元件、IC驅(qū)動，但這樣一來使無刷電機不準(zhǔn)確。而用了霍爾元件和IC驅(qū)動增添的檢測反饋裝置，大大提高了準(zhǔn)確度。國外在這方面要比我們先進的多。3、發(fā)展趨勢21世紀(jì)無刷電機應(yīng)是高效率低能耗、高出力省材料、高性能可靠性高、小尺寸輕重量等，由于永磁性材料、電力電子技術(shù)、集成電路和計算機的迅速發(fā)展，使用無刷電機具有上述特點。無刷電機的檢測反饋裝置也在不斷更新，霍爾元件逐漸替代其它檢測裝置。不僅是在檢測方面，而且在IC驅(qū)動方面也在不斷的更新，如BA6858AFP、BD7904FS等都是十分先進的IC驅(qū)動。如圖3這些都是高效率低能耗的無刷電機。這些形形色色的無刷電機正是順應(yīng)時代的發(fā)展。它們已經(jīng)作為數(shù)據(jù)存儲高端應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品，比如刻錄機、高速CDROM/DVDROM甚至硬盤驅(qū)動器。圖3形形色色無刷電機三、本課題研究內(nèi)容無刷電機具有響應(yīng)快速、較大的啟動轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，目前是應(yīng)用最廣泛的電機。本課題的研究內(nèi)容如下：1、國內(nèi)外無刷電機技術(shù)現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢分析。目前形形色色的無刷電機已經(jīng)出現(xiàn)，水平與國外有一定距離，無刷電機正想低能耗、高效率、小尺寸方向發(fā)展。2、無刷電機工作原理分析。通過改變交變磁場來推動電機旋轉(zhuǎn)。3、無刷電機的結(jié)構(gòu)組成及材料分析。無刷電機由定子、轉(zhuǎn)子、主軸及機殼等組成。材料選擇：定子材料選高導(dǎo)磁性材料。轉(zhuǎn)子材料：考慮到成本選擇永磁磁鋼。永磁體材料采用釹鐵硼。4、無刷電機控制結(jié)構(gòu)及電路分析。通過專用的驅(qū)動芯片去實現(xiàn)電子換相。用霍爾傳感器實現(xiàn)電子換相的位置檢測。5、無刷電機結(jié)構(gòu)設(shè)計計算分析。四、本課題研究方案方案一、采用有刷直流電機，原理通過改變交變磁場來推動電機旋轉(zhuǎn)，它通過電刷和整流子實現(xiàn)機械換相的。有刷電機內(nèi)含有電刷裝置將電能轉(zhuǎn)換成機械能或?qū)C械能轉(zhuǎn)化為電能的旋轉(zhuǎn)電機有刷電機是所有電機的基礎(chǔ)，它具有啟動快、制動及時、可在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制電路相對簡單。但因有碳刷使得電機磨損大、噪音大、從而維護成本就大大的提高了，降低了產(chǎn)品效率。方案二、采用無刷直流電機，通過改變交變場來推動電機旋轉(zhuǎn)。它無碳刷、低干擾、噪音低、運轉(zhuǎn)順暢、成本低。它以BD7904FS作為IC驅(qū)動、永磁體材料采用釹鐵硼材料、用霍爾傳感器作為相位檢測裝置。不但轉(zhuǎn)換速度快，而且能夠準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子的相位，大大提高了電機的性能，順應(yīng)電機的發(fā)展方向。無刷電機IC驅(qū)動提高轉(zhuǎn)換速率，像BD7904FS、BA6858AFP等都可用于刻錄機用無刷電機，我選擇的是BD7904FS,它性價比高，在刻錄機用無刷電機中應(yīng)用最廣泛。無刷電機要實現(xiàn)電子換向必須準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子的相位。方法是多種多樣的，如反相電動勢、霍爾傳感器等，我采用霍爾傳感器，由于反向電動勢法只在高轉(zhuǎn)速和恒定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下有優(yōu)勢，一般在CD機芯的主軸電機領(lǐng)域檢測相位都是用霍爾傳感器。通過兩個方案的比較得到結(jié)論方案二比較適合刻錄機用電機。我主要從三個方面進行我的設(shè)計1、硬件部分（機殼本體、定子、轉(zhuǎn)子、）2、軟件部分（電子換向電路、位置檢測電路）3、相關(guān)計算。五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進度1、研究目標(biāo)：了解無刷電機的結(jié)構(gòu)及工作原理。了解無刷電機的控制原理。了解無刷電機的用途。繪制三張A0的圖、繪制結(jié)構(gòu)圖一張、繪制控制總圖一張、零件圖若干、工作原理圖、畢業(yè)設(shè)計說明書、畢業(yè)論文、實習(xí)報告、外文文獻原文、外文文獻譯文、任務(wù)書等。2、主要特色：無刷電機采用霍爾元件作為檢測相位，它的優(yōu)點是對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、壽命長、輸出電壓變化大等優(yōu)點而且在測量、計算機、信息技術(shù)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。還有的像反相電動勢法。由于反相電動勢只在高轉(zhuǎn)速和恒定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下有優(yōu)勢，所以不適合刻錄機用無刷電機。在CD機芯的電機領(lǐng)域檢測相位使用的幾乎都是傳感器法。IC驅(qū)動采用BD7904FS，BD7904FS是CD機、DVD系統(tǒng)上的所有驅(qū)動和3.3V調(diào)節(jié)組成的單晶片。用有雪橇和主軸電機驅(qū)動的PWM驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)低壓頭操作。廣泛應(yīng)用在DVD驅(qū)動器光盤驅(qū)動器等。它的特點：三臺驅(qū)動，一臺為PWM驅(qū)動和三個階段電機驅(qū)動。所有電機和制動器的CD、DVD驅(qū)動器，每一個驅(qū)動器的開關(guān)，制動方式開關(guān)的主軸和待機模式切換被兩個控制終端控制。內(nèi)置triangular-wave電機SSOP-A54強頭輻射。采用熱關(guān)機功能電路，三個階段合成輸出成品。另外適合刻錄機電機的IC驅(qū)動還有BA6858AFP是一塊三相主軸電機驅(qū)動集成電路，可將DVD視盤機主軸伺服控制電壓處理成三相驅(qū)動電壓以驅(qū)動三相主軸電機。考慮成本和適用性，BD7904FS更適合。3、工作進度如表2所示表2工作進度序號各階段工作內(nèi)容時間1收集資料，準(zhǔn)備開題報告兩周2提出設(shè)計方案，進行比較一周3刻錄機用無刷電機的設(shè)計及其計算兩周4計算機繪圖兩周5編寫設(shè)計說明書兩周6修改及外文翻譯一周7復(fù)核，打印裝訂，準(zhǔn)備答辯一周六、參考文獻：[1]何希才.傳感器及其應(yīng)用電路[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.[2]劉錦波.電機與拖動[M].清華大學(xué)