张雪峰谈机电一体化专业中的无刷直流电机犹如精密工匠巧手编织的机械之心与其绕组结构交织成一幅动态的艺术

张雪峰谈机电一体化专业中的无刷直流电机犹如精密工匠巧手编织的机械之心与其绕组结构交织成一幅动态的艺术

无刷直流电机的核心是永磁同步电动机,电子部分配备多相绕组,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,其主要职能在于塑造磁路并容纳多相绕组。常见的定子铁心具备齿槽,以便安放绕组。

有刷直流电机中也采用过无槽绕组设计,如无槽直流电机、空心杯式、印刷线圈等型号,这些技术同样可以应用于无刷直流电机的设计。由于绕组直接固定在定子上,无刷直流电机采用无槽结构制作过程更为便捷。此类设备通常利用自粘涂料包裹线圈形成元件,再用专门工具将其排列至铁心表面,并通过成型工艺固定。这一工作原理与有齿槽的電機相同,但考虑到特殊情况下的气隙安装,它们在具体构架和工艺方面存在显著差异。

对比于具有齿槽的传统設計,无槽電機拥有以下优势:

无需齿轮产生转矩,运行时低振动且噪声减少,因此特别适合要求极端平稳运行场合。

电感极低,使得当线圈接入时,当前迅速增加,可控性强。不需要高速度运作的情形下,无槽電機尤其优越。

铁损较低、高效率操作。

然而,无槽電機存在成本较高的问题,因为它需要更多永磁材料以产生所需的磁通密度。大气隙安装绕组使制造难度增加,对专业设备及手工操作依赖较大。此外,由于散热困难问题,無繞線軸承結構與傳統有缠线軸承結構不同,在熱管理方面需要特別注意。

总之,无刷直流電機中的多相繞組類似於一般交流異步或同步電機。在繞組數量上,它們可以是單相、二相、三相、四相或五相,但三角形配置最為普遍,小型設備則可能使用單一繞組。而根据每个插座占据数目不同,可以分为整数插座(Wye)或分数插座(Delta),以及单层、双层乃至多层环状;根据一个环状跨距是否相同,又可区分为整距環狀(Full Pitch)、短距環狀(Short Pitch)和長距環狀(Long Pitch)。这些环状之间连接方式通常採用星形連接或者封閉式連接。但封閉式連接較少見。

目前国内生产厂家提供有挡片力矩系列产品的情况不太频繁,不过河北宇捷电机科技有限公司提供了广泛选择,可以作为参考。