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什么是空心杯電機

耐高溫空心杯電機，低溫空心杯電機，

      空心杯電機是微特電機的一種，屬于直流永磁的伺服控制電機，其在結構上突破傳統電機的定轉子結構形式，采用了無鐵芯定/轉子，這種新穎的定轉子結構徹底消除了因鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。 

     同時空心杯電機重量和轉動慣量大幅降低，從而減少定/轉子自身的機械能損耗。由于定轉子結構變化而使電機的運轉特性得到極大改善，不但具有突出的節能特點，更為重要的是具備了鐵芯電機所無法達到的控制和拖動特性。空心杯電機具有突出的節能特性、靈敏方便的控制特性和穩定的運行特性，技術優勢明顯。作為高效率的能量轉換裝置，在很多領域代表了電動機的發展方向。

### 空心杯無刷直流電機參數匯總 1. **轉速**：最大轉速 50000rpm 2. **尺寸**：直徑范圍 Φ10~Φ40 3. **工作溫度**：-65℃ ~ 175℃，可耐受134℃高溫蒸汽滅菌 4. **力學性能**：抗沖擊 12000g 5. **耐輻照**：抗輻照 $10^6$Gy 6. **產品特點**：高效率、高功率密度、強環境適應性 7. **適用領域**：航空、航天、醫療、石油、核電

高溫空心杯電機，無刷伺服電機，

2. 空心杯電機優勢

      空心杯電機相較傳統伺服電機取消了鐵芯的結構，從本質上解決了鐵芯結構固有的種種問題。鐵芯電機的損耗分為四類，分別是：定子繞組銅耗、定子鐵耗、轉子空氣摩擦損耗和轉子的渦流損耗。定子鐵耗（包含磁滯損耗、經典渦流損耗和異常渦流損耗）和轉子渦流損耗可以通過取消定子或轉子的鐵芯結構來達到規避的效果。定子繞組銅耗的大小受到電機工作頻率、繞組導體尺寸和在槽中排列位置等多因素影響，所以也被鐵芯結構的取消所影響。轉子空氣摩擦損耗同電機轉速的三次方成比例，故而在高速電機中轉子的風磨耗占據較大比例，若轉子替換為無鐵芯的結構，即杯狀的自支撐線圈，體積小重量輕，在高轉速情況下也能達到更小的風磨耗。鐵芯電機由結構帶來的損耗較大，尤其是在高轉速的工況下表現顯著，空心杯電機的設計結構決定了其特性可以規避鐵芯電機的各類問題。

      對比空心杯電機和傳統鐵芯電機，可以發現，利用其新穎的結構特性，空心杯電機優勢眾多：不存在磁滯，電磁額外干擾小，能夠達到極高的電機轉速。由于轉子結構中不存在鐵芯，沒有齒槽效應，使得相應的鐵損較小。能量轉換效率極高，能量利用率在75%~90%。小慣量電機轉子可以達到較快的加速度，有著優異的動態響應性能，具有較好的啟動和制動性能，較快的響應速度，機械時間常數較小，部分產品可以達到10ms以內。在高速運轉狀態下，轉速調節靈敏，有著較為可靠的運行穩定性。空心杯電機的能量密度比其他電機大得多，與同等功率的鐵芯電機相比，重量可減輕一半。

3. 空心杯電機分類

（1）有刷空心杯電機和無刷空心杯電機

空心杯電機可按照換向方式分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機。有刷、無刷空心杯電機結構的區別為定轉子工作方式以及是否有換向器。

有刷空心杯、無刷電機的結構有所區別：

①有刷空心杯電機：

      主要零件包括帶有換向器的空心杯線圈、永磁體、換向刷和換向刷支架，其中換向器使用機械電刷，永磁體為定子，空心杯線圈為轉子；

②無刷空心杯電機：

      主要零件包括空心杯線圈、永磁體轉子和霍爾傳感器PCB。其中，換向器采用霍爾傳感器探測轉子磁場信號，將機械換向變成電子信號換向，進一步簡化空心杯電機物理結構。無刷空心杯電機的轉子為永磁體，定子為空心杯線圈。

（2）無刷空心杯電機在轉速、重量、功率體積比等方面性能更好 

      相比于有刷空心杯電機，無刷空心杯電機性能更好，具備轉速上限更高、重量更小、功率體積比更大的優點，但是價格偏高。

4.核心零件 

      空心杯電機的主要零件包括空心杯線圈、外殼、軸承、下殼、上殼、永磁體等。其中，空心杯電機的關鍵零件為空心杯線圈，該零部件沒有其他支撐結構，完全由導線繞制而成。空心杯線圈形狀設計、排布整齊性、繞制槽滿率等因素為決定空心杯電機性能的關鍵要素。

二．核心壁壘 

      空心杯電機的整體裝配過程同普通電機類似，其核心技術壁壘在于定子/轉子的自支撐繞組技術上。 

      實現自支撐繞組的關鍵點，是在于繞組工藝的設計 

      空心杯電機的繞組類型眾多，有盤式繞組、直繞組、斜繞組、同心式繞組、疊繞組等： 

（1）直繞型

      直繞型的元件有效導體部分與電樞軸線平行，屬于集中繞組。這種繞制方式槽滿率較高，繞線杯中部壁薄，且由于漆包線排布不整齊、有堆疊，導致整個空心杯線圈排布較亂，端部留有走線余量所以端部尺寸較高。

（2）斜繞型

      斜繞型也被稱為蜂房式繞組，為了能夠連續繞制，需要使元件有效邊和電樞軸線成一定傾斜角度。此種繞制方法使得端部尺寸較小，由于斜繞型需要一定的排線角，漆包線相互交疊，槽滿率較低。Faulhaber采用的就是斜繞型線圈，自動化設備一次性繞制成型，合格率高，繞組杯的平整度、一致性也很好。 

（3）同心式繞組（菱形繞組）

      同心式繞組也被稱為菱形繞組或馬鞍形繞組，是采用先繞制成多個單一菱形線圈再排線的方法，線圈一般采用自粘性方導線，便于繞制和固定，之后依據產品設計尺寸要求，進行單個線圈的整形處理，再將成型后的線圈采用專用工裝定位進行環形固定，最終形成杯狀。此方法便于控制整形后的空心杯尺寸，提高槽滿率，同時生產效率高，適合批量生產。同心式繞組空心杯電機的功率密度較大，瑞士Maxon電機就采用了馬鞍形繞制方法，其電機產品性能優異。我司產品也采用了該繞線方式。

三. 空心杯電機應用領域 

1. 廣泛用于航空航天、醫療、自動化等高精尖行業 空心杯電機可在以下場景中使用：

   ①需要快速響應的隨動系統，如的飛行方向快速調節，高倍率光驅的隨動控制，快速自動調焦，高靈敏的記錄和檢測設備，工業機器人，仿生義肢等，空心杯電動機能很好地滿足其技術要求。

   ②對驅動元件要求平穩持久拖動的產品，如各類便攜式的儀器儀表，個人隨身裝備，野外作業的儀器設備等，同樣一組電源，使用空心杯電機較傳統直流電機供電時間可以延長一倍以上。

   ③各種飛行器，包括航空、航天、航模等，利用空心杯電動機重量輕，體積小，能耗低的優點，可以很大程度地減輕飛行器的重量。

   ④光學儀器、醫療設備等，細分應用有牙科設備、微型泵、紅外鏡頭、移液模塊、電動夾爪、機器人手、點膠閥、手術工具等 ### 空心杯無刷直流電機參數匯總 1. **轉速**：最大轉速 50000rpm 2. **尺寸**：直徑范圍 Φ10~Φ40 3. **工作溫度**：-65℃ ~ 175℃，可耐受134℃高溫蒸汽滅菌 4. **力學性能**：抗沖擊 12000g 5. **耐輻照**：抗輻照 $10^6$Gy 6. **產品特點**：高效率、高功率密度、強環境適應性 7. **適用領域**：航空、航天、醫療、石油、核電

   
   

1. 空心杯電機應用場景由高精尖領域逐步拓展至民用領域

         目前空心杯電機主要應用于航空航天、醫療、工業自動化等高精尖行業，并逐步發展到電動工具等民用領域。空心杯電機具備高靈敏度、運行穩定、控制性強等特點，契合高精尖領域對電驅的嚴苛要求，因此主要應用于航空航天、醫療設備、工業自動化和機器人等高精尖領域。同時，空心杯電機也逐步應用在民用領域上，例如辦公自動化、電動工具等。