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发表于 2012-11-30 18:52:57
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空心杯电机简介
空心杯电机(Coreless Motor),也叫无铁芯电机,顾名思义,无铁芯就是其最大的特征了。空心杯电机也分有刷和无刷两种。其主要特点是无铁芯,转子电感小,响应性好,效率高,体积小,易获取大扭矩,特别是随着辐射磁环的发展???,空心杯会有更广阔的前景。
空心杯电机的历史可以追溯到二十世纪三十年代中期,但是其被商业化的生产和广泛使用则是在二十世纪六十年代早期。
空心杯电机的主要优点包括,很低的惯量,很低的机械时间常数,高的效率。因为核没有铁芯,其低的质量允许其比其他类型的直流电机更快的加速和减速。
移除铁芯的其他优点还包括,没有磁场作用在迭片上。传统电机的交互作用表现为转矩纹波或者接头附加的抗转矩导致电机效率降低。空心杯电机取消了接头,其运行更平滑,即使在低速时也是如此。
铁芯的去除极大的减小了转子电感和由此产生的电弧。传统电机的换向器电弧主要是在换向时电枢电感释放其存储的能量引起的。过多的电弧引起电气噪声并减少了电刷的寿命。
空心杯电机按照转子形状可以分为圆柱形和盘形。圆柱形转子可以进一步分为containing inside fields和outside fields????.盘形的有pancake, printed or three-coil rotors????.
圆柱形 outside-field电机有最小的机械时间常数。定子是一个圆柱形的永磁铁,被一个低碳钢的外壳包围。转子是一个中空的圆柱形铜线绕组,位于定子的中心。这种电机的机械时间常数为1ms是很平常的。
转子是一个典型的歪斜的或者蜂窝式(也叫Faulhaber winding)的绕组结构,以确保所有的核都帮助产生转矩和平滑运行。磁力线由永磁铁定子通过气隙放射性的向外延伸。软铁的外壳是磁通量的返回路径,它使气隙极小,以产生很高的磁通密度。
圆柱形inside-field电机的设计类似,但是永磁铁定子在空心转子的内部。电机也有很低的转动惯量,但是机械时间常数典型的比outside-field电机高一些,因为电子磁铁相对小一点。
空心杯电机的换向器和电刷典型的很小,主要因为它们由贵金属制造,金,银,白金,或者钯。此外,较小的换向器有低的圆周速度,寿命更长,适合更小的电机。
Outside-field电机通常被选择因为其高的加速。因此,转子线圈必须一个大的负载转矩,并且耗散高的峰值电流产生的高热量。为了处理这个转矩,制造商使用玻璃环氧对转子进行加固。因为转子没有一个铁芯来充当散热片,外壳开了口来加强空气冷却。
空心杯电机设计方面的新进展包括使用钐-钴定子磁铁替换磁钢。另外,使用铝线转子代替铜线转子能使机械时间常数减小两倍。
这些改进的电机的典型的加速度是150000rad/s2,但是速率到1兆rad/s2也是可能的。这极大的超越了铁芯转子伺服电机的30000到50000 rad/s2的速率。
Coreless or ironless DC motors
如果转子的软磁材料被制作为圆柱形,则仅在电磁铁线圈上施加扭矩。空心杯电机正是利用了这一点。它们是一种特殊的有刷或者无刷直流电机。为了快速加速而优化,这些电机有一个没有铁芯的转子。转子可以采用一种绕组填充的圆柱形式,或者由漆包线和焊接材料构成一种自支撑结构。转子可以安装于定子磁铁内部。一个软磁性的固定圆柱体在转子内部,提供了一个定子磁通量的返回路径。另一种安装方式是转子绕组围绕着定子的磁铁。在这种设计中,转子安装在一个软铁圆柱体的内部,该圆柱体充当了电机的外壳,同样提供了一个磁通量的返回路径。
因为与传统的有铁芯的转子相比,空心杯电机的转子要轻得多,转子可以更快的加速,通常机械时间常数小于1ms。如果绕组使用铝的话,这点会更明显。但是由于没有金属块在转子内部充当散热片,即使很小的空心杯电机也经常被强制风冷。对于空心杯电机设计来说,过热可能是个问题。
这些类型中有一种盘形转子类型。
振动电机在许多手机中应用,它们有些是小的圆柱形永磁铁类型,但是也有盘形的,它们由一个薄的多极的盘形场磁铁,并且由一个故意不平衡制造的塑料转子结构,带有两个粘结的空心线圈。金属刷和一个平板换向器为转子线圈换向。
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