第一批空心杯電機(jī)設(shè)計于1930年代，但它們花了數(shù)十年時間才在商業(yè)市場上找到自己的位置。如今，空心杯電機(jī)已成為從實驗室設(shè)備到商用飛機(jī)等廣泛應(yīng)用中的重要組成部分。典型的有刷直流電機(jī)包括一個外定子（通常由永磁體或電磁繞組制成）和一個內(nèi)轉(zhuǎn)子（由纏繞有銅線的疊片鐵電樞制成）。

相反，無芯直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子中沒有疊片鐵芯。相反，轉(zhuǎn)子繞組以傾斜或蜂窩結(jié)構(gòu)纏繞，形成一個自支撐的空心圓柱體。

更高的功率，更輕的重量

空心杯電機(jī)的主要優(yōu)點是高功率重量比，移除沉重的鐵芯后，空心杯電機(jī)能夠非常高效地運行，并使其成為電機(jī)必須在有限空間內(nèi)提供最大扭矩的應(yīng)用的理想選擇。例如，小型大功率電機(jī)在航空業(yè)的許多應(yīng)用中都有使用，包括飛機(jī)機(jī)艙門的鎖定機(jī)構(gòu)、飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)壓力的閥門以及操作鎖定銷保持起落架伸展。航空公司希望盡可能減輕重量以減少油耗，而飛機(jī)制造商可以通過選擇空心杯電機(jī)來減輕重量，同時保持這些關(guān)鍵應(yīng)用所需的高水平可靠性和精度。

傳統(tǒng)的直流電機(jī)可能會遇到稱為齒槽效應(yīng)的問題，這會使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)“抖動”。它的發(fā)生是由于轉(zhuǎn)子中永磁體和鐵片的磁相互作用。無芯電機(jī)消除了這個問題，轉(zhuǎn)子中不存在鐵，從而產(chǎn)生更均勻的旋轉(zhuǎn)。沒有鐵電樞也使得轉(zhuǎn)子慣性非常低，這使得空心杯電機(jī)能夠非?？斓丶铀?，這在需要快速和可重復(fù)工作的設(shè)備中尤其有利，例如實驗室設(shè)備。

無鐵芯無刷電機(jī)

傳統(tǒng)的直流電機(jī)使用電刷進(jìn)行機(jī)械換向，電刷通常由石墨或貴金屬制成，靠在電機(jī)的換向器上。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通電的換向器上的繞組段發(fā)生變化，這使轉(zhuǎn)子的磁場與主體中的磁鐵保持一致，從而產(chǎn)生一致的扭矩。

在無刷電機(jī)中，永磁體用于轉(zhuǎn)子，而圍繞它的定子是銅繞組，為了在定子中產(chǎn)生變化的磁場，系統(tǒng)需要使用單獨的控制器進(jìn)行電子換向。這會切換電機(jī)相位中的電流，為繞組的適當(dāng)部分提供能量，從而產(chǎn)生扭矩和旋轉(zhuǎn)。

無鐵芯無刷電機(jī)具有與無芯有刷直流電機(jī)相同的基本優(yōu)勢，然而，無鐵芯無刷電機(jī)的使用壽命通常更長—根據(jù)其配置，使用壽命可達(dá)十倍以上。這是因為隨著時間的推移，與換向器的摩擦?xí)p傳統(tǒng)電機(jī)內(nèi)部的電刷，而無刷電機(jī)除了軸承外沒有磨損部件。

未來的趨勢

盡管具有各種優(yōu)點，但空心杯電機(jī)的使用仍不如有芯電機(jī)，部分原因是人們認(rèn)為它們的成本較高。然而，一旦您考慮了空芯杯電機(jī)可以為應(yīng)用帶來的總收益，考慮到許多行業(yè)對小型化的不斷推動，這種平衡在未來幾年很可能會發(fā)生變化。下一代產(chǎn)品通常有望在更小的產(chǎn)品中提供更高的性能，這一點在實驗室設(shè)備中尤為明顯，預(yù)計這些設(shè)備將隨著功能的增加而變得越來越自動化，同時保持較小的尺寸，空心杯電機(jī)使設(shè)計工程師能夠在給定體積的情況下實現(xiàn)最大性能。

結(jié)論

有刷空心杯電機(jī)和無刷無鐵芯電機(jī)的特點是體積小，因此非常適合在保持高性能的同時減小設(shè)備尺寸。在必須延長電機(jī)壽命的地方，無刷無鐵芯電機(jī)提供堅固的設(shè)計，在緊湊的空間內(nèi)提供高功率。無論是有刷電機(jī)還是無刷電機(jī)，空心杯電機(jī)都具有從減輕重量、提高功率到消除齒槽效應(yīng)等一系列優(yōu)勢。對于希望在更小空間內(nèi)提供更高性能的設(shè)計工程師來說，空心杯電機(jī)是一項值得的投資。