無芯電機(jī)值得嗎？

第一臺空心杯電機(jī)是在 1930 年代設(shè)計(jì)的，但他們花了幾十年的時(shí)間才在商業(yè)市場上找到自己的位置。如今，從實(shí)驗(yàn)室設(shè)備到商用飛機(jī)，空心杯電機(jī)已成為廣泛應(yīng)用中的重要組成部分。Dave Walsha 探討了空心杯電機(jī)可以提高性能的應(yīng)用 

典型的有刷直流電機(jī)包括一個(gè)外部定子，通常由永磁體或電磁繞組制成，內(nèi)部轉(zhuǎn)子由銅線纏繞的疊層鐵電樞制成。相比之下，無芯直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子中沒有疊片鐵芯。取而代之的是，轉(zhuǎn)子繞組以傾斜或蜂窩結(jié)構(gòu)纏繞，以形成自支撐的空心圓柱體或“籃子”。 

功率更高，重量更輕

無芯電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是高功率重量比。去除沉重的鐵芯使空心杯電機(jī)能夠非常高效地運(yùn)行，使其成為電機(jī)必須在有限空間內(nèi)提供最大扭矩的應(yīng)用的理想選擇。 

例如，小型大功率電機(jī)用于航空工業(yè)的許多應(yīng)用中，包括飛機(jī)機(jī)艙門上的鎖定機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)壓力的閥門以及操作鎖定銷保持起落架伸展。航空公司希望盡可能減輕重量以減少燃料消耗，飛機(jī)制造商可以通過選擇無芯電機(jī)來實(shí)現(xiàn)這些重量減輕，同時(shí)保持這些關(guān)鍵應(yīng)用所需的高水平可靠性和精度。 

傳統(tǒng)的直流電機(jī)可能會遇到稱為齒槽效應(yīng)的問題，這會使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生“急動”。它是由于永磁體和轉(zhuǎn)子中的鐵疊片的磁相互作用而發(fā)生的。由于轉(zhuǎn)子中沒有鐵，因此無鐵芯電機(jī)可以消除此問題，從而產(chǎn)生更均勻的旋轉(zhuǎn)。沒有鐵電樞也使得轉(zhuǎn)子慣性非常低，這使得空心杯電機(jī)能夠非常快速地加速——這在需要快速和可重復(fù)工作的設(shè)備中尤其有利，例如實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。 

無鐵芯無刷電機(jī)

傳統(tǒng)的直流電機(jī)使用通常由石墨或貴金屬制成的電刷進(jìn)行機(jī)械換向，這些電刷緊靠電機(jī)的換向器。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通電的換向器上的繞組段發(fā)生變化。這使轉(zhuǎn)子的磁場與體內(nèi)的磁鐵保持一致，從而產(chǎn)生一致的扭矩。 

然而，在無刷電機(jī)中，永磁體用于轉(zhuǎn)子，而圍繞它的定子是銅繞組。為了在定子中產(chǎn)生變化的磁場，系統(tǒng)需要使用單獨(dú)的控制器進(jìn)行電子換向。這會切換電機(jī)相位中的電流，為繞組的適當(dāng)部分供電，從而產(chǎn)生扭矩和旋轉(zhuǎn)。 

無鐵芯無刷電機(jī)提供與無芯有刷直流電機(jī)相同的基本優(yōu)勢。然而，無鐵芯無刷電機(jī)的使用壽命通常更長——根據(jù)配置的不同，可以延長十倍。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，與換向器的摩擦?xí)p傳統(tǒng)電機(jī)內(nèi)部的電刷，而無刷電機(jī)除了軸承外沒有任何磨損部件。 

未來的趨勢

盡管有各種好處，但空心杯電機(jī)的使用率仍然低于有芯電機(jī)，部分原因是其成本較高。但是，一旦考慮到無芯電機(jī)可以為應(yīng)用帶來的全部好處，考慮到許多行業(yè)對小型化的持續(xù)推動，未來幾年的平衡很可能會發(fā)生變化。 

下一代產(chǎn)品通常有望在更小的產(chǎn)品中提供更高的性能。這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中尤為明顯，預(yù)計(jì)這些設(shè)備將隨著功能的增加而變得越來越自動化，同時(shí)保持較小的尺寸。無芯電機(jī)使設(shè)計(jì)工程師能夠在給定體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大性能。

EMS 是英國唯一的FAULHABER有刷無鐵芯電機(jī)和無刷無鐵芯電機(jī)供應(yīng)商。FAULHABER SR 系列的有刷無芯電機(jī)具有體積小的特點(diǎn)，因此非常適合在保持高性能的同時(shí)減小設(shè)備尺寸。在必須延長電機(jī)使用壽命的情況下，F(xiàn)AULHABER BHx 系列無刷無鐵芯電機(jī)可在緊湊的空間內(nèi)提供強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和高功率。 

無論是有刷還是無刷，空心杯電機(jī)都具有一系列優(yōu)勢，從減輕重量和提高功率到消除齒槽效應(yīng)。對于希望在更小的空間內(nèi)提供更高性能的設(shè)計(jì)工程師來說，空心杯電機(jī)是一項(xiàng)值得投資的項(xiàng)目。