無芯電機值得嗎？

第一臺空心杯電機是在 1930 年代設計的，但他們花了幾十年的時間才在商業市場上找到自己的位置。如今，從實驗室設備到商用飛機，空心杯電機已成為廣泛應用中的重要組成部分。Dave Walsha 探討了空心杯電機可以提高性能的應用 

典型的有刷直流電機包括一個外部定子，通常由永磁體或電磁繞組制成，內部轉子由銅線纏繞的疊層鐵電樞制成。相比之下，無芯直流電機的轉子中沒有疊片鐵芯。取而代之的是，轉子繞組以傾斜或蜂窩結構纏繞，以形成自支撐的空心圓柱體或“籃子”。 

功率更高，重量更輕

無芯電機的主要優點是高功率重量比。去除沉重的鐵芯使空心杯電機能夠非常高效地運行，使其成為電機必須在有限空間內提供最大扭矩的應用的理想選擇。 

例如，小型大功率電機用于航空工業的許多應用中，包括飛機機艙門上的鎖定機構、調節飛機空調系統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燃料消耗，飛機制造商可以通過選擇無芯電機來實現這些重量減輕，同時保持這些關鍵應用所需的高水平可靠性和精度。 

傳統的直流電機可能會遇到稱為齒槽效應的問題，這會使電機的旋轉產生“急動”。它是由于永磁體和轉子中的鐵疊片的磁相互作用而發生的。由于轉子中沒有鐵，因此無鐵芯電機可以消除此問題，從而產生更均勻的旋轉。沒有鐵電樞也使得轉子慣性非常低，這使得空心杯電機能夠非常快速地加速——這在需要快速和可重復工作的設備中尤其有利，例如實驗室設備。 

無鐵芯無刷電機

傳統的直流電機使用通常由石墨或貴金屬制成的電刷進行機械換向，這些電刷緊靠電機的換向器。隨著轉子轉動，通電的換向器上的繞組段發生變化。這使轉子的磁場與體內的磁鐵保持一致，從而產生一致的扭矩。 

然而，在無刷電機中，永磁體用于轉子，而圍繞它的定子是銅繞組。為了在定子中產生變化的磁場，系統需要使用單獨的控制器進行電子換向。這會切換電機相位中的電流，為繞組的適當部分供電，從而產生扭矩和旋轉。 

無鐵芯無刷電機提供與無芯有刷直流電機相同的基本優勢。然而，無鐵芯無刷電機的使用壽命通常更長——根據配置的不同，可以延長十倍。這是因為隨著時間的推移，與換向器的摩擦會磨損傳統電機內部的電刷，而無刷電機除了軸承外沒有任何磨損部件。 

未來的趨勢

盡管有各種好處，但空心杯電機的使用率仍然低于有芯電機，部分原因是其成本較高。但是，一旦考慮到無芯電機可以為應用帶來的全部好處，考慮到許多行業對小型化的持續推動，未來幾年的平衡很可能會發生變化。 

下一代產品通常有望在更小的產品中提供更高的性能。這一點在實驗室設備中尤為明顯，預計這些設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。無芯電機使設計工程師能夠在給定體積內實現最大性能。

EMS 是英國唯一的FAULHABER有刷無鐵芯電機和無刷無鐵芯電機供應商。FAULHABER SR 系列的有刷無芯電機具有體積小的特點，因此非常適合在保持高性能的同時減小設備尺寸。在必須延長電機使用壽命的情況下，FAULHABER BHx 系列無刷無鐵芯電機可在緊湊的空間內提供強大的設計和高功率。 

無論是有刷還是無刷，空心杯電機都具有一系列優勢，從減輕重量和提高功率到消除齒槽效應。對于希望在更小的空間內提供更高性能的設計工程師來說，空心杯電機是一項值得投資的項目。