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一、空心杯電機(jī)的定義

杯型電機(jī)屬于DC永磁的伺服和控制電機(jī)，也可歸為微特電機(jī)。它在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，采用了無(wú)芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)完全消除了由鐵芯中形成的渦流引起的功率損失。由于沒(méi)有鐵損，其效率高于普通微型DC電機(jī)。它的線圈就是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，容易控制。但是沒(méi)有鐵芯，轉(zhuǎn)子的線圈只能做得很細(xì)，否則會(huì)損失磁通，所以空心杯電機(jī)功率不大，大的空心杯電機(jī)只能做到幾百瓦。

二、空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)

杯形電機(jī)主要由后蓋、端子、電刷端蓋、電刷、換向器、杯形繞組(轉(zhuǎn)子)、轉(zhuǎn)軸、墊圈、滑動(dòng)軸承、機(jī)殼、磁鐵(定子)、法蘭、定位環(huán)等組成。詳見(jiàn)下圖。它由定子永磁體、外殼和法蘭組成。外殼提供恒定的磁場(chǎng)，因此電機(jī)沒(méi)有鐵損。沒(méi)有軟磁性牙齒。產(chǎn)生的扭矩均勻，即使在低速時(shí)也能使運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。在較高的速度下，電機(jī)可以減少振動(dòng)和噪音。帶繞組和換向器的轉(zhuǎn)子。繞組通過(guò)所謂的整流板連接到軸上。在線圈磁鐵和外殼之間的氣隙中移動(dòng)。換向系統(tǒng)使用一對(duì)貴金屬電刷來(lái)減少電刷火花。減少的電刷火花產(chǎn)生較少的電磁輻射。

三。空心杯電機(jī)的分類(lèi)

有兩種類(lèi)型的空心杯電機(jī)：有刷和無(wú)刷。有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)鐵芯，無(wú)刷空心杯電機(jī)定子無(wú)鐵芯。

杯形DC刷微電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動(dòng)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不旋轉(zhuǎn)。線圈電流方向的交替變化是通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的換向器和電刷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，碳刷會(huì)被摩擦，造成損耗，所以碳刷需要定期更換。電刷和線圈接頭的交替通斷會(huì)產(chǎn)生電火花，引起電磁擊穿，干擾電子設(shè)備。

無(wú)刷空心杯DC電機(jī)采用電子換向，線圈不動(dòng)，磁極旋轉(zhuǎn)。無(wú)刷空心杯DC電機(jī)使用一套電子設(shè)備，通過(guò)霍爾元件感應(yīng)永磁磁極的位置。根據(jù)這種感知，電子電路被用來(lái)及時(shí)切換線圈中電流的方向，以確保磁力在正確的方向上驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于是自控式的，不會(huì)像變頻調(diào)速下的同步電機(jī)重載起動(dòng)那樣在轉(zhuǎn)子上再加一個(gè)起動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步，從而消除了空心杯DC刷微電機(jī)的缺點(diǎn)。

四?？招谋姍C(jī)的主要特點(diǎn)

1.節(jié)能特點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換效率非常高，最高效率一般在70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)90%以上(鐵芯電機(jī)一般在70%以上)。

2.控制特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)制動(dòng)快，響應(yīng)極快，機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可達(dá)10毫秒以?xún)?nèi)(鐵芯電機(jī)一般超過(guò)100毫秒)；在推薦運(yùn)行區(qū)域的高速運(yùn)行狀態(tài)下，可以方便靈敏地調(diào)節(jié)速度。

3.拖動(dòng)特性：運(yùn)行穩(wěn)定性非?？煽?，轉(zhuǎn)速波動(dòng)非常小。作為微型電機(jī)，其轉(zhuǎn)速波動(dòng)可以輕松控制在2%以?xún)?nèi)。

動(dòng)詞（verb的縮寫(xiě)）空心杯電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

1.低啟動(dòng)扭矩

無(wú)磁滯損耗、無(wú)齒槽效應(yīng)和低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)時(shí)，軸承負(fù)荷通常是唯一的障礙。這樣，風(fēng)力渦輪機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速可以非常低。

2.轉(zhuǎn)子和定子之間沒(méi)有徑向力。

因?yàn)闆](méi)有靜止的硅鋼片，轉(zhuǎn)子和定子之間沒(méi)有徑向磁力。這在關(guān)鍵應(yīng)用中尤其重要。因?yàn)檗D(zhuǎn)子和定子之間的徑向力會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定。減小徑向力將提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

3.速度曲線平滑，噪音低。

無(wú)槽硅鋼片降低了轉(zhuǎn)矩和電壓的諧波。同時(shí)，因?yàn)闆](méi)有

高速運(yùn)行時(shí)，需要有一個(gè)小的電感值。低電感使得啟動(dòng)電壓低。通過(guò)增加極數(shù)和減少外殼厚度，較小的電感值有助于減輕電機(jī)的重量。同時(shí)，提高了功率密度。

5.快速響應(yīng)電刷線圈

由于感應(yīng)值低，帶銅線圈的有刷電機(jī)對(duì)電壓波動(dòng)響應(yīng)快。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)矩和電流的響應(yīng)速度相等。因此，轉(zhuǎn)子的加速度是常規(guī)電機(jī)的兩倍。

6.高峰值扭矩

峰值轉(zhuǎn)矩與連續(xù)轉(zhuǎn)矩的比率很大，因?yàn)楫?dāng)電流上升到峰值時(shí)轉(zhuǎn)矩常數(shù)是恒定的。電流和扭矩之間的線性關(guān)系使電機(jī)能夠產(chǎn)生更大的峰值扭矩。傳統(tǒng)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)達(dá)到飽和時(shí)，無(wú)論增加多少電流，電機(jī)的扭矩都不會(huì)增加。

7.正弦波感應(yīng)電壓

由于線圈位置精確，電機(jī)電壓諧波低；由于氣隙中銅線圈的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓波形平滑。正弦波驅(qū)動(dòng)和控制器可以使電機(jī)產(chǎn)生平滑的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)特性對(duì)于移動(dòng)緩慢的物體(如顯微鏡、光學(xué)掃描儀和機(jī)器人)和精確的位置控制特別有用，流暢的操作控制是關(guān)鍵。

8.散熱效果好。

空氣在銅線圈的內(nèi)外表面流動(dòng)，比開(kāi)槽轉(zhuǎn)子線圈好。傳統(tǒng)的漆包線嵌在硅鋼片的凹槽里，線圈表面氣流少，散熱差，溫升高。在輸出功率相同的情況下，銅線圈電機(jī)的溫升較小。

不及物動(dòng)詞空心杯電機(jī)的缺點(diǎn)

當(dāng)DC電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如果切斷繞組的一相或接通電源的另一相，繞組將產(chǎn)生兩個(gè)大小相等方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，正好相互抵消。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，所以電機(jī)不能啟動(dòng)。這就是空心杯電機(jī)的缺點(diǎn)。

杯形電機(jī)的這一缺點(diǎn)是一個(gè)危險(xiǎn)的故障。在使用時(shí)，我們需要檢查DC電機(jī)是否有故障，供電回路是否有斷路器和熔斷的保險(xiǎn)絲，然后檢查三相繞組的每一相是否被切斷。