电气工程师的无刷直流电机之心脏比喻定子与绕组为精密工艺品
无刷直流电机的核心是永磁同步电动机,电子系统配备多相绕组,而转子内嵌永磁体。从结构上讲,无刷直流电机可分为径向和轴向两种形式,包括外转子和内转子的设计。定子的构造与一般交流异步或同步电机相似,其主要职能是生成磁通并承载多相绕组。常见的铁心型态有齿槽,这样便于安装绕组。
对于有刷直流电机而言,它们可能采用无槽绕组技术,如无槽直流、无铁心、空杯或印刷式绕组等。此类技术也可以应用于无刷直流电机,以减少复杂性。由于绕组直接在定子上布置,无刷型号的生产比对应有刷版本更为简便。通常,自粘涂层线圈通过专用工具排列,并固化成型固定。在工作原理上,与有槽类型相同,但因气隙空间限制,有着独特的方案。
与带齿槽设计相比,无槽结构提供了以下优势:
无需齿轮传递力矩,因此运行更加平稳且噪音较低。这使得它们特别适合要求极高平稳性的低速环境。
电感极低,使得当线圈接入时能迅速响应,具有良好的线性性能及控制能力。这使得它们非常适合高速应用场景,即速度在(1~10)乘以10^4 rpm范围内。
铁损降低效率提高。
然而,无槽设计存在成本较高的问题。一方面,由于需要大气隙来安放线圈,对永磁材料需求增大;另一方面,是因为径向结构制造困难,需要专门设备以及更多人工操作导致成本增加。此外,不同于带齿槽类型,更难进行散热管理。
无刷直流电动机中所使用的多相交流电动机会被分为单相、二相、三相、四相、五 相甚至更多,但三角形配置最广泛,同时小型化产品中也会采用单一配置。而根据平均每个极点占用的每个螺旋数不同,可以将其分为整数螺旋和分数螺旋;依据每个孔中的螺旋边缘层数差异,则又可细分为单层、中层及多层。当各螺旋之间连接方式而言,一般采取星形或封闭式连接。但封闭式则较少使用。
至今国内生产此类产品的厂家不甚普遍,但河北宇捷机械有限公司提供了全面的产品系列,可供参考。