无铁直流电机值得再看一遍

由Simon Pata.

Simon Pata是Portescap，丹恩，潘恩西切尔特丹内斯特运动有限公司的产品线经理。

无铁马达可能不在你的十大选择名单上，但在做出最终决定之前，检查一下这些动力。你可能会对结果感到惊讶。

与传统的铁芯，刷型直流电动机相比，无铁类型没有铁损失，低摩擦和可接受的热耗散，这使得它们非常有效。低惯性转子的设计是快速加速和快速反应时间的关键。此外，它们的线性扭矩速度特性与简单的驱动电路相适合。在设计低功耗，电池供电设备时，应特别考虑，例如寻呼机，模型列车和手持工具。

无芯(或无铁)的名称指的是电机结构。这些电机，不像大多数其他类型的电机，没有铁芯电枢在转子。采用特殊的歪斜或蜂窝状方式缠绕转子线圈，以保证机械强度和转子绕组中所有线圈的磁通均匀分布。这导致了最大的扭矩和平稳的旋转。因为它没有铁芯来支持绕组，它们通常是由环氧树脂固定在一起的。有些设计使用塑料框架。根据转子的几何形状，无铁电机可以是圆柱形或圆盘形。定子通常由ALNiCo、钐钴或钕磁铁制成。

较小的无铁电机的换向器和刷子通常由贵金属制成，如银，金，铂或钯。它们具有低摩擦力并产生很少的电噪声。较大的电机通常具有铜石墨换向系统，可以处理高密度的换向电流。由于转子中没有铁，无氧电动机具有低绕组电感，从而具有比传统电动机的刷子和换向器之间的火花较低。电弧通常生产电腐蚀并缩短电机的使用寿命。

由于无铁转子的重量明显小于有芯直流电动机中可比转子的重量，因此无铁电机的加速和减速要快得多。低惯性电机也可以在硬停止的应用中呈现显著的优势;转子不太容易损坏。体积小、重量轻的电机对于航空和军事系统、手动工具和医疗设备等应用极其重要。

没有齿槽(扭矩脉动)是许多应用程序的另一个关键的好处。在传统的铁芯电机中，由于槽绕层压铁转子的磁阻不均匀，转子倾向于承担一定的位置。由于无铁电机没有铁心，转矩更均匀地分布在转子的任何位置。转子定位更准确，低速运动更平稳。

由于它没有涡流损耗，无氧电动机比可比较的芯电机更有效。在空载条件下，无铁电机的电流下降到几毫安（用于更大或更低的电压型号的Milliamp S）。这对于电池供电设备来说，电动机负载从无负载变化到标称负载条件的电池供电设备可能是一个很大的优势。

对于许多便携式电子设备，无铁电机产生的电磁干扰的低水平可能非常关键。电机换向系统是EMI的主要来源。减少无氧电机的绕组电感导致电触点在换向器段和刷子之间破坏时的电弧缩短。较低水平的火花产生较少的EMI。

不幸的是，无铁电机可以过热，当超过最大负荷超过仅仅很短的时间。由于电机没有金属铁芯作为转子绕组的散热片，它们会由于过载(包括失速)而迅速发热。固定线圈的粘合剂会松弛，转子可能会飞开。为了帮助冷却绕组，电机外壳通常包含对流空气冷却开口，但无铁芯电机不能像有铁芯电机一样承受过载。

设计指南
当电机是电压驱动时，下列方程包含充分利用无铁芯技术所必需的详细设计参数。

无铁转子电机可以用下面的简化图表示:

在转子（后EMF）中感应的电压与转子的角速度成比例：

地点:

电机制造商通常指定三个常数：反向EMF恒定，扭矩常数和速度恒定。如果使用适当的单位表示这三个常数，则它们的值相等。因此，替换等式中的后反电动势恒定的扭矩常数。

计算机械电源，电力和效率：
施加到电动机的电力等于由电动机产生的机械功率加上作为热量消散的功率。在给定的输入功率下，随着损耗减小，可以使用更多机械功率来驱动负载。

电机效率由机械功率与电力功率的比值来定义:

转矩-速度曲线图是各种电机特性相互依赖关系的可视化表示。它显示电机效率、速度、机械功率和电枢电流作为扭矩的函数。在不同的电源电压下绘制了三条速度曲线，显示了电源电压与速度之间的线性关系。可以提出以下意见:

电流与电机转矩成正比。
•速度与电源电压成正比。
•最高效率在高速时发生。
•当负载扭矩等于停顿扭矩的一半时，机械功率达到其最大值。

为了确保长使用寿命，最大电枢温度不能超过。例如，某一电机的最大额定线圈温度是100°c。下面的方程显示了如何确定转子温度。

虽然无芯电机已经被广泛使用了40年，但这项技术通过电机制造商的努力，结合新材料，完善磁和机械设计，正在稳步前进。在微型电机领域，无铁直流电机的精度、效率、运行平稳、重量轻、体积小是无可匹敌的。

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