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空心杯电机结构原理、优缺点、型号与使用寿命

    随着科学技术的不断发展,电动机技术也在不断地革新。尤其是如今工业领域对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求,空心杯电机也就应运而生了。空心杯电机采用的是无铁芯转子,这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗,大大地提高了电动机的伺服特性。既然空心杯电机功能如此强大,下面贤集网小编为您详细讲解空心杯电机结构原理、优缺点、型号与使用寿命的先关知识。
   一、空心杯电机结构原理



空心杯电动机采用的是无铁芯转子,也叫空心杯型转子,在结构上突破了传统电机的转子结构形式。空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机,也可以将其归类为微特电机。



1、空心杯电机结构



空心杯电机的结构组成为:后盖、接线端子、电刷端盖、电刷、换向器、杯形绕组(转子)、转轴、垫圈、滑动轴承、外壳、磁铁(定子)、法兰、定位环。



定子由永磁体、壳体、法兰组成。外壳提供了恒定的磁场,使电机无铁损耗。没有软磁性牙齿。所产生的转矩是均匀的,即使在低速下也能使运行平稳。在较高的速度下,电机能减少振动,减少噪音。有绕组和换向器的转子。绕组通过所谓的换向板连接到轴上。线圈在磁铁和外壳之间的气隙中运动。换向系统使用一对贵金属刷减少了电刷火花。减少的电刷火花产生较少的电磁排放。



2、空心杯电机原理



空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式,采用的是无铁芯转子,也叫空心杯型转子。



这种转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗,同时其重量和转动惯量大幅降低,从而减少了转子自身的机械能损耗。所以空心杯电机属于直流、永磁、伺服微特电机。



二、空心杯电机优缺点



空心杯电机优点:



1、功率密度高



功率密度是输出功率与重量或体积的比值,铜板线圈方式的马达体积小,性能好。与传统的线圈相比,铜板线圈方式的感应线圈要轻。



无需卷线和有槽硅钢片,消除了它们产生的涡流和磁滞损耗;铜板线圈方式的涡流损耗很小并且易控制,提高了马达的效率,确保了较高的输出转矩和输出功率。



2、效率高



马达的效率高在于:铜板线圈方式没有卷线和有槽硅钢片造成的涡流和磁滞损耗;另外,电阻较小,降低了铜损( I^2*R )。



3、无转矩滞后



铜板线圈方式无有槽硅钢片,无磁滞损耗,无齿槽效应减少了速度和转矩波动。



4、无齿槽效应



铜板线圈方式无有槽硅钢片,这就消除了槽与磁石相互作用的齿槽效应,线圈是没有铁心的结构,所有的钢铁部件要么一起转动(比如,无刷马达),要么全部静止不动(比如,有刷马达),齿槽效应和转矩滞后现象明显不存在。



5、启动转矩低



无磁滞损耗,无齿槽效应,启动转矩很低。在启动时,通常轴承负荷是唯一的阻碍。这种方式可以使风力发电机的启动风速很低。



6、转子与定子间无径向作用力



由于没有静止的硅钢片,所以不存在转子与定子间的径向磁力。在关键应用场合中,这一点尤其重要。因为转子与定子间的径向力会造成转子不稳定。减少径向力将改善转子的稳定性。



7、速度曲线平滑,噪音小



没有有槽的硅钢片,减小了转矩和电压的谐波。同时,由于马达内不存在 AC 场,所以也没有 AC 产生的噪音。仅有轴承和气流产生的噪音和非正弦波电流造成的振动。



8、高速无刷线圈



高速运转时,电感值小是必要的。电感值小使启动电压低。通过增加极数和减少机壳的厚度,电感值变小有助于降低马达的重量。同时,又提高了功率密度。



9、快速响应有刷线圈



铜板线圈方式的有刷马达,由于感应值低,电流对电压的波动响应快。转子的转动惯量小,转矩与电流的响应速度相当。因此,转子加速度是传统的马达的 2 倍。



10、峰值转矩高



峰值转矩与连续转矩的比值很大,是因为当电流上升到峰值的过程中,转矩常数是不变的。电流与转矩的线性关系使马达能产生较大的峰值转矩。传统的马达,当马达达到饱和后,不管再加多大的电流,马达的转矩不会再增加。



11、正弦波诱起电压



由于线圈的精确位置,马达的电压谐波较低;并且由于铜板线圈在气隙中的这种结构使产生的诱起电压波形平滑。正弦波驱动和控制器可以使马达产生平滑的转矩。这种特性在慢速运转的物件(例如,显微镜、光学扫描仪和机器人)和精确位置控制上特别有用,平稳运转控制是其关键。



12、散热效果好



铜板线圈内外表面都有空气流动,这比有槽转子线圈的散热好。传统的漆包线嵌在硅钢片的槽里,线圈表面气流很少,散热情况不良,温升较大。同等的输出功率,铜板线圈方式的马达温升较小。



空心杯电机缺点:



当直流电机处于静止状态时,如果绕组一相切断或电源切断一相接通电源,绕组的发生的磁场点2个大小相等,方向相反旋转磁场,它们和转子作用发生的扭矩大小相等,方向相反相互抵消,零起动转矩电机不能启动,这便是空心杯减速电机的缺点。



空心杯减速电机的缺点是一种危险很大的故障,首先我们需要检查下直流电机是否故障,检查电源电路是否有断路开关,是否有熔保险丝,然后检查三相绕组各相有无断流现象。



另外,重新启动电机,如果电机阻隔故障,不能启动,同时嗡嗡响的,这个时候及时切断电源。电源电缆断线的话,断了的时候更是查明,再下面的线索良好时熔保险丝,应该换同规格的熔场合启动器故障,应该认真的检查和修理发动机,如果一相巻线遮断,下面是重新考虑好或交换切断绕组。



三、空心杯电机型号



空心杯电机分为有刷和无刷两种,有刷空心杯电机转子无铁芯,无刷空心杯电机定子无铁芯。



常见工业级空心杯电机型号为:供应直径Φ10、Φ12、Φ15,Φ16,Φ17,Φ18,Φ20,Φ22,Φ24,Φ28,Φ30,Φ32空心杯电机。



四、空心杯电机使用寿命



空心杯电机的寿命一般在15年至20年,空心杯电机的寿命长短大体上取决于使用者的保养,使用环境的好坏及电机在使用中受到的电磁、热、振动等因素,具体的空心杯电机应具体的分析。



例如,像通用有刷小功率电机,其寿命就主要取决于换向器,轴承,电刷的长短,它们的寿命终结后,无法更换。



对直流电机,永磁直流电机等中小功率的电机,它们的寿民就取决于整流子和绕组的绝缘寿命,轴承的损坏和电刷磨光可以更换,甚至于永磁材料退磁后可进行再冲磁,这就延长了电机的寿命,比买新电机要便宜多了。


通常如好好的保养,合理的选择空心杯电机的容量和安装的形式等,都会使电机的使用寿命达到所设计的使用寿命,甚至远远超过设计寿命。


以上就是贤集网小编为您讲解关于空心杯电机结构原理、优缺点、型号与使用寿命的全部知识内容。多年来空心杯电动机凭借着突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性使得其在很多领域代表了电动机的发展方向。而且作为高效率的能量转换装置,空心杯电动机在很多应用场合都拥有了不可替代的地位。


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