北京永光高特微電機有限公司
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無“齒”電機

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  最初的無刷直流電機(BLDC)設計是有齒槽的結構,目前市場上大多數BLDC電機仍然采用這樣的設計結構。但是這種設計會產生齒槽效應扭矩,使平滑運動難以實現,尤其是在電機低速運轉下。為了消除這種影響,一種新的無齒槽效應的結構被提出,它很好地消除了定子的齒槽(產生齒槽扭矩效應的根本原因),隨之無齒槽效應的電機也產生了。

在一個有齒槽的電機設計中,定子是由有齒槽的鋼片疊合在一起,而銅繞組則插進這些槽內(定子的設計有時被稱為“齒”)。槽式電機的設計簡單,成本低廉,但它有一個主要的問題——齒槽效應扭矩。齒槽效應扭矩(也稱為“磁滯轉矩”)是轉子中永磁鐵的結果,它試圖與定子的槽位或齒槽進行對齊。齒槽效應扭矩的主要影響是,它使電機轉速不平穩,特別是在低速運動時。

我們在討論開槽線性電機時常用到“鐵心”這個術語。是因為實際組裝里,定子線圈被封裝在鋼中,這種組裝有時也被稱為“鐵心”。另外,“無齒槽線性馬達”通常也被稱為“空氣核心”發動機。

在一個無齒槽的電機里,沒有鐵芯支撐著繞組。相反,定子的分層結構是由堆疊在一起的鋼環構成的,而繞組則被封裝在環氧樹脂中,從而使結構的形狀和剛度得到了彎曲。這種“自支承”繞組被放置在定子薄片和轉子之間的空氣間隙中。

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設計的主要優點是,在疊層中消除了齒槽效應的轉矩,并使電機具有非常平滑運行的特性。扭矩的生產是可預測的,其可控性也很高,因為在沒有這些不可控的干擾的情況下(即齒槽效應扭矩),電機扭矩的產生與線圈的電流直接相關。

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扭矩(力)的波紋與開槽(上)和無槽(下)電機的電角度。

紫色=理論正弦力矩與角度

綠色=加力轉矩的破壞結果

紅色=齒槽定位轉矩

從所有三個相結合的過程中產生的扭矩

無齒槽的結構設計還有其他好處。首先,消除干擾的同時顯著降低噪音。其次由于沒有鐵芯,電感很低,電流可以很快進入定子線圈,使得無齒槽電機對需要高加速度和動態響應的應用很有幫助。

雖然無齒槽電機目前優勢顯然,但是有齒槽電機仍然有一些優勢。例如,一個有齒槽電機的空氣間隙比一個無齒槽設計的空氣隙要小(它必須適應自支撐的卷繞裝置)。這就意味著在有齒槽電機中,磁流量密度更高,扭矩生產更有效、更高效。

一種方法,在轉子中使用更大、更堅固的永磁鐵,可以讓無齒槽馬達的制造商克服較大氣隙的影響,可是這會導致成本的增加。同時,制造自支撐繞組結構的成本通常比傳統的有齒槽設計要高。因此,當平滑運行和齒輪消除因素在應用中并不重要時,傳統的有齒槽電機設計仍然是的首要選擇。



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