一、空心杯電機的定義
杯型電機屬于DC永磁的伺服和控制電機，也可歸為微特電機。它在結(jié)構上突破了傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構，采用了無芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構完全消除了由鐵芯中形成的渦流引起的功率損失。由于沒有鐵損，其效率高于普通微型DC電機。它的線圈就是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動慣量小，容易控制。但是沒有鐵芯，轉(zhuǎn)子的線圈只能做得很細，否則會損失磁通，所以空心杯電機功率不大，大的空心杯電機只能做到幾百瓦。
二、空心杯電機結(jié)構
杯形電機主要由后蓋、端子、電刷端蓋、電刷、換向器、杯形繞組(轉(zhuǎn)子)、轉(zhuǎn)軸、墊圈、滑動軸承、機殼、磁鐵(定子)、法蘭、定位環(huán)等組成。詳見下圖。它由定子永磁體、外殼和法蘭組成。外殼提供恒定的磁場，因此電機沒有鐵損。沒有軟磁性牙齒。產(chǎn)生的扭矩均勻，即使在低速時也能使運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。在較高的速度下，電機可以減少振動和噪音。帶繞組和換向器的轉(zhuǎn)子。繞組通過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。換向系統(tǒng)使用一對貴金屬電刷來減少電刷火花。減少的電刷火花產(chǎn)生較少的電磁輻射。
三?？招谋姍C的分類
有兩種類型的空心杯電機：有刷和無刷。有刷空心杯電機轉(zhuǎn)子無鐵芯，無刷空心杯電機定子無鐵芯。
杯形DC刷微電機采用機械換向，磁極不動，線圈轉(zhuǎn)動。電機工作時，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旋轉(zhuǎn)電機的換向器和電刷來實現(xiàn)的。在轉(zhuǎn)動的過程中，碳刷會被摩擦，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產(chǎn)生電火花，引起電磁擊穿，干擾電子設備。
無刷空心杯DC電機采用電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷空心杯DC電機使用一套電子設備，通過霍爾元件感應永磁磁極的位置。根據(jù)這種感知，電子電路被用來及時切換線圈中電流的方向，以確保磁力在正確的方向上驅(qū)動電機。由于是自控式的，不會像變頻調(diào)速下的同步電機重載起動那樣在轉(zhuǎn)子上再加一個起動繞組，也不會在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步，從而消除了空心杯DC刷微電機的缺點。
四?？招谋姍C的主要特點
1.節(jié)能特點：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90%以上(鐵芯電機一般在70%以上)。
2.控制特點：啟動制動快，響應極快，機械時間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可達10毫秒以內(nèi)(鐵芯電機一般超過100毫秒)；在推薦運行區(qū)域的高速運行狀態(tài)下，可以方便靈敏地調(diào)節(jié)速度。
3.拖動特性：運行穩(wěn)定性非?？煽?，轉(zhuǎn)速波動非常小。作為微型電機，其轉(zhuǎn)速波動可以輕松控制在2%以內(nèi)。
動詞（verb的縮寫）空心杯電機的優(yōu)點
1.低啟動扭矩
無磁滯損耗、無齒槽效應和低起動轉(zhuǎn)矩。啟動時，軸承負荷通常是唯一的障礙。這樣，風力渦輪機的啟動風速可以非常低。
2.轉(zhuǎn)子和定子之間沒有徑向力。
因為沒有靜止的硅鋼片，轉(zhuǎn)子和定子之間沒有徑向磁力。這在關鍵應用中尤其重要。因為轉(zhuǎn)子和定子之間的徑向力會導致轉(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。
無槽硅鋼片降低了轉(zhuǎn)矩和電壓的諧波。同時，因為沒有
高速運行時，需要有一個小的電感值。低電感使得啟動電壓低。通過增加極數(shù)和減少外殼厚度，較小的電感值有助于減輕電機的重量。同時，提高了功率密度。
5.快速響應電刷線圈
由于感應值低，帶銅線圈的有刷電機對電壓波動響應快。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小，轉(zhuǎn)矩和電流的響應速度相等。因此，轉(zhuǎn)子的加速度是常規(guī)電機的兩倍。
6.高峰值扭矩
峰值轉(zhuǎn)矩與連續(xù)轉(zhuǎn)矩的比率很大，因為當電流上升到峰值時轉(zhuǎn)矩常數(shù)是恒定的。電流和扭矩之間的線性關系使電機能夠產(chǎn)生更大的峰值扭矩。傳統(tǒng)電機，當電機達到飽和時，無論增加多少電流，電機的扭矩都不會增加。
7.正弦波感應電壓
由于線圈位置精確，電機電壓諧波低；由于氣隙中銅線圈的結(jié)構，產(chǎn)生的感應電壓波形平滑。正弦波驅(qū)動和控制器可以使電機產(chǎn)生平滑的轉(zhuǎn)矩。這個特性對于移動緩慢的物體(如顯微鏡、光學掃描儀和機器人)和精確的位置控制特別有用，流暢的操作控制是關鍵。
8.散熱效果好。
空氣在銅線圈的內(nèi)外表面流動，比開槽轉(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，銅線圈電機的溫升較小。
不及物動詞空心杯電機的缺點
當DC電機處于靜止狀態(tài)時，如果切斷繞組的一相或接通電源的另一相，繞組將產(chǎn)生兩個大小相等方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，正好相互抵消。啟動轉(zhuǎn)矩為零，所以電機不能啟動。這就是空心杯電機的缺點。
杯形電機的這一缺點是一個危險的故障。在使用時，我們需要檢查DC電機是否有故障，供電回路是否有斷路器和熔斷的保險絲，然后檢查三相繞組的每一相是否被切斷。
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