新年将至,一则又一则“散热风扇停转”的离奇事件,触动着许多爱好者们的神经。
“开机风扇不动,手拨一下就正常”
“风扇一抖一抖的,像拖拉机一样要手动起转”
“风扇怎么都不会转,但是用手拨一下又好了”
这些前所未见的情况背后,究竟发生了什么问题?——要想探究其中的真相,我们或许得从“单相无刷电机”的工作原理说起。
“电磁转矩”与“启动死点”
“电磁转矩”,是电机得以驱动扇叶的核心。拆开一把单相无刷风扇,我们不难观察到其中的结构:
拆解图片来自@上升子风扇的叶轮中嵌有永磁铁,而通电后的定子线圈将产生磁场。根据扇叶上磁极的位置,不断切换线圈的电流方向、改变极性,“电磁转矩”便至此产生。
不难看出,电磁转矩会随着扇叶的转动而不断变化。正如我们在中学课本中所学到的那样——当线圈平面与磁感线垂直时,磁场作用力相互抵消——这便是“电磁转矩”的0点。
“电磁转矩零点”示意图“电磁转矩变化”示意图然而,倘若扇叶停留在这些地方,下次通电时岂不是不会转了?
——没错,这便是困扰单相无刷电机的“启动死点”问题。
这是单相无刷电机与生俱来的缺陷,每次启动都充满挑战。如何解决这一难点?这便需要引出驱动电机的另一大力量:齿槽转矩。
“齿槽转矩”的双刃剑
“齿槽转矩”源自于定子齿与转子磁铁的相互作用。当我们轻轻拨动扇叶时,所感受到的“停顿”便是齿槽转矩的缘故。
“齿槽转矩”示意当扇叶停留在电磁转矩的零点时,“齿槽转矩”便成了唯一可以仰仗的力量。通过优化电机设计,使得“电磁转矩”为0时,“齿槽转矩”却不为0,此时扇叶便将产生启动扭矩、自行转过零点,进而克服“死点”问题!
当然,“齿槽转矩“也并非有利无弊——当扇叶顺利起转后,“齿槽转矩”又成了困扰爱好者们的麻烦:它将增大电机的转矩波动,沦为电机振动和噪音的“罪魁祸首”。
以工业风扇为例,“温柔台风”GT-Hi的齿槽转矩便格外明显。
对于单相无刷电机而言,如何在“齿槽转矩”与“启动扭矩”之间取舍,往往是贯穿其设计的重中之重。
优化齿槽转矩的设计方案从此之中,我们也能理解三相电机的一大优越之处:它的三相磁路不会同时经过零点,自然不存在“电磁转矩”完全为0的情况,因而也无需于“齿槽转矩”与“启动扭矩”之间妥协。电机的振动得以更轻,噪音表现也将改善。
三相电机原理示意图雅浚H14PE的三相六槽电机离奇停转故障?
了解单相无刷电机的工作方式后,回看那摸不着头脑的“离奇停转事件”,或许也不难推测答案。
这些通电后“纹丝不动”的“故障风扇”,往往在轻微拨动后便可正常旋转——显然,问题在于电机的齿槽转矩不足,特定情况下起转无力。唯有“借助外力”徒手拨动、越过“死点”,方能使其顺利旋转。
这并不是电机烧毁或轴承损坏的缺陷,很可能与定子铁芯的制造有关。
这一情况大多出现在特定批次、特定型号的产品上,也从侧面印证了品控的原因。
铁芯并不会因使用而磨损,问题不太可能因使用而加剧——对于并未出现此类情况的用户,大可不必提心吊胆。
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