轉(zhuǎn)向無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)術(shù)的原因

推出時(shí)，無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)盡管具有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍被視為有刷換向電機(jī)的昂貴替代品，并且通常僅指定用于以長(zhǎng)壽命為主要要求的低功率應(yīng)用。如果沒(méi)有會(huì)磨損并導(dǎo)致電機(jī)故障的機(jī)械電刷換向器機(jī)構(gòu)，則可以依靠無(wú)刷電機(jī)隨著時(shí)間的推移提供性能。至于其他優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為無(wú)刷電機(jī)提供高速和快速加速，產(chǎn)生的可聽(tīng)噪音和電磁干擾較少，并且需要低維護(hù)。另一方面，有刷換向電機(jī)將提供平穩(wěn)運(yùn)行和更高的經(jīng)濟(jì)性。無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)組件。在過(guò)去的十年中，無(wú)刷電機(jī)獲得了更廣泛的吸引力和更廣泛的行業(yè)接受度，以前由有刷換向產(chǎn)品主導(dǎo)的應(yīng)用范圍更廣，部分原因是電子元件的成本和尺寸大幅降低，以及電機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)步和制造。與此同時(shí)，制造商進(jìn)一步尋求通過(guò)改進(jìn)無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)智慧，以結(jié)合有刷換向和無(wú)刷類型的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。這些創(chuàng)新取得了多大進(jìn)展的一個(gè)值得注意的例子涉及無(wú)刷電機(jī)的固定部件或定子的無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)（而不是有槽）結(jié)構(gòu)無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)定子設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提供平穩(wěn)運(yùn)行的性能并消除齒槽效應(yīng)，這是一種不需要的特性，尤其是在運(yùn)行速度較慢的應(yīng)用中（低于 500 rpm）。事實(shí)上，沒(méi)有齒槽效應(yīng)是選擇無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī)常被引用的原因。

無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)

有槽電機(jī)和無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)的比較。

大多數(shù)無(wú)刷電機(jī)（有槽或無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)）使用電子換向（通常是霍爾效應(yīng)傳感器和磁鐵）代替電刷（圖 2）。電機(jī)轉(zhuǎn)子由帶有永磁體的鋼軸或固定在軸圓周上的磁環(huán)組成。磁鐵負(fù)責(zé)產(chǎn)生扭矩。隨著磁體材料的磁通密度增加，轉(zhuǎn)子組件可用的扭矩量增加。在傳統(tǒng)的開(kāi)槽無(wú)刷電機(jī)中，定子具有一組開(kāi)槽鋼疊片（0.004" 至 0.025" 厚），這些疊片融合在一起形成堅(jiān)固、均勻的堆疊并形成一系列齒。然后將產(chǎn)生電磁場(chǎng)的繞制銅線圈插入每個(gè)槽中。疊片和繞制銅線圈一起構(gòu)成定子組件。完成磁路的返回路徑由定子中銅繞組外側(cè)的層壓材料和電機(jī)外殼組成。這些無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)特別強(qiáng)大，因?yàn)槔p繞銅線的齒使鐵更靠近磁鐵，因此更有效地完成磁路。隨著鐵和磁鐵之間的氣隙減小，電機(jī)可用的扭矩增加。無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)齒槽效應(yīng)。然而，眾所周知，開(kāi)槽定子會(huì)導(dǎo)致齒槽效應(yīng)，這歸因于其結(jié)構(gòu)中的齒。當(dāng)轉(zhuǎn)子上的永磁體尋求與定子的槽優(yōu)選對(duì)齊時(shí)，就會(huì)發(fā)生齒槽效應(yīng)。通過(guò)槽纏繞銅線往往會(huì)增加這種效果。當(dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)牙齒時(shí)，它們對(duì)牙齒末端的鐵的吸引力大于它們之間的氣隙。這種不均勻的磁力會(huì)導(dǎo)致齒槽效應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、效率損失、電機(jī)振動(dòng)和噪音，并妨礙電機(jī)在低速下平穩(wěn)運(yùn)行（圖 3）。無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)定子為有槽無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)的齒槽問(wèn)題提供了解決方案。

無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)有槽無(wú)刷電機(jī)中通過(guò)層壓鋼疊層中的槽纏繞銅線不同，無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)線纏繞成圓柱形并封裝在高溫環(huán)氧樹(shù)脂中以保持其相對(duì)于定子疊片和外殼的方向集會(huì)。這種替代定子齒的配置完全消除了齒槽效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)了理想的安靜運(yùn)行和平穩(wěn)性能。無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)還降低了與渦流相關(guān)的阻尼損失。這些電流在無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)中較弱，因?yàn)榀B片鐵和磁鐵之間的距離大于有槽電機(jī)。無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)通常設(shè)計(jì)為正弦扭矩輸出，其產(chǎn)生的失真可忽略不計(jì)，而不是梯形電壓輸出。正弦輸出減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，尤其是與正弦驅(qū)動(dòng)器一起使用時(shí)。由于無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)沒(méi)有定子齒與永磁體相互作用，因此電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)扭矩。此外，低磁飽和允許電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)以其額定功率的幾倍運(yùn)行，而在更高的功率水平下不會(huì)出現(xiàn)明顯的扭矩滾降。與有槽電機(jī)相比，無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)還可以顯著降低電感以提高電流帶寬。無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)中的齒自然會(huì)產(chǎn)生更大的電感；齒周圍的銅線線圈與無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)中的鐵芯相互作用，這種相互作用往往會(huì)將電流送回自身，導(dǎo)致更大的阻尼（或拖拽）并對(duì)無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)的響應(yīng)和加速度產(chǎn)生負(fù)面影響。

在提供動(dòng)力方面，傳統(tǒng)的有槽電機(jī)過(guò)去比無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椋ㄈ缜八觯┯捎阼F和磁鐵的接近以及減小的氣隙。然而，這種優(yōu)勢(shì)實(shí)際上已經(jīng)消失，這在很大程度上是由于使用了高能、稀土磁體（如釤鈷和釹鐵硼）。通過(guò)結(jié)合這些磁鐵，無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷電機(jī)的制造商已經(jīng)能夠定期補(bǔ)償更大的氣隙距離。與有槽產(chǎn)品相比，這些更強(qiáng)大的磁鐵可以有效地為無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)產(chǎn)品提供相同（或更好）的扭矩性能。消除齒和使用更強(qiáng)的磁鐵都有助于大限度地提高電磁場(chǎng)的強(qiáng)度，以獲得功率輸出。稀土磁鐵，無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)和有槽設(shè)計(jì)之間的另一個(gè)重要區(qū)別是轉(zhuǎn)子直徑。對(duì)于相同的電機(jī)外徑，無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑大于有槽結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子直徑，并且會(huì)產(chǎn)生更高的慣性，并容納更多的磁體材料以獲得更大的扭矩。對(duì)于具有高慣性負(fù)載的應(yīng)用，更可能指定無(wú)感直流無(wú)刷電機(jī)產(chǎn)品。

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