关于无刷电机装配结构的探讨

关于无刷电机装配结构的探讨

叶文标，王长泉

浙江露通机电有限公司，浙江省绍兴市312000

摘要：无刷电机是一种高效、高性能、低噪音、长寿命的电机，其通过电子控制器控制电流的方向和大小，从而驱动转子旋转。无刷电机在现代工业生产和新能源汽车等领域的应用非常广泛，其作用和重要性在于提高设备的动力和控制精度，降低设备的噪音和振动，从而提高设备的稳定性和生产效率。然而，现有的无刷电机往往会在使用过程中存在安全风险和一些安装问题，因此现设计出一款有壳无刷电机，安装方便且可以避免受伤。

关键词：无刷电机；装配；结构设计；

前言

无刷电机的工作原理是通过电子控制器控制电流的方向和大小，从而产生旋转力矩，驱动转子旋转。相对于传统的有刷电机，它往往具有更高的效率和更长的使用寿命，且已经成为各种类型电机中的一种重要类型。无刷电机的技术创新主要包括电子控制器、永磁体材料、电机结构等方面。电子控制器是实现无刷电机转向和速度控制的核心部件，其性能和精度对电机的性能和效率有着很大的影响。高性能的永磁体材料能够提高电机的输出功率和效率，同时也降低了电机的成本。电机结构的设计和优化能够提高电机的效率和性能，同时也能够降低电机的噪音和振动。无刷电机和有刷电机是目前应用较广泛的两种电机类型，二者最大的区别在于是否采用了碳刷和集电环。

然而，现有的外转子无刷电机不带有外壳，中心轴的固定靠中部一个轴承和端面的一个轴承，电机的另一端由于转子需要旋转而无法安装应用。且目前的电机只能实现引线和输出轴在同一侧，无法实现引线和输出轴不在同一侧的应用要求。电机运转时转子容易触碰到操作人员的手，存在容易受伤的风险。因此，现在针对上述缺陷，设计出一种无刷电机装配结构，使外转子无刷电机增加一个外壳，定位安装可靠，安装方便，避免受伤。

1.国内外发展现状

无刷电机是一种高效、低噪音、长寿命的电机，近年来在国内外得到了广泛的应用和发展。无刷电机的发展历程可以追溯到20世纪60年代，最初应用于航空航天领域。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，无刷电机的应用范围越来越广泛。目前，国外无刷电机技术已经非常成熟，例如日本的三洋、东芝，美国的伯克利、泰瑞达等国际知名电机厂商都推出了多款高性能的无刷电机产品。相对于国外，国内的无刷电机研究和应用相对较晚，但在政策的支持和市场的需求下，国内的无刷电机产业正在快速发展。

2.无刷电机与有刷电机的比较及其优势

2.1工作原理

有刷电机的工作原理是利用电磁感应的原理，将电能转换成机械能。电机中的转子通过碳刷和集电环与电源相连，形成闭合回路，电流从电源进入电机后，经过定子线圈产生磁场，磁场产生的力使得转子旋转，从而实现了能量转换。而无刷电机则采用了另一种工作原理，即利用电子控制器来控制转子的转向和速度。无刷电机的转子是由永磁体制成，通过电子控制器对电机的转向和速度进行控制，从而实现了更加稳定和高效的运行。

2.2结构特点

有刷电机由转子、定子、碳刷和集电环等组成，其中碳刷和集电环是有刷电机的关键部件。碳刷和集电环之间的摩擦会导致能量损失和机械磨损，进而影响电机寿命和性能。而无刷电机则不需要碳刷和集电环，转子是由永磁体制成，能够减少机械摩擦和机械损耗，提高电机效率和寿命。此外，无刷电机还有一个电子控制器，能够实现对电机的精细控制和优化，进一步提高电机的性能和效率。

2.3性能优势

无刷电机相对于有刷电机来说，在能量转换效率、寿命、噪音和应用范围等方面具有许多优势和特点。首先，无刷电机的能量转换效率更高，由于无刷电机不需要碳刷和集电环，因此摩擦和机械能量损失较少，能够提高输出效率和能量转换效率。同时，无刷电机可以通过电子控制器实现对电机的精细控制和优化，进一步提高电机的效率和性能。其次，无刷电机的寿命更长，维护成本更低。由于无刷电机没有碳刷和集电环，因此不会出现因碳刷磨损而导致电机寿命缩短的问题。不会出现碳刷摩擦产生的火花和电磁干扰等问题也是无刷电机的优势，这样一来减少了电机的维护成本和维修费用。

2.4应用领域

无刷电机的性能和特点使其在很多领域有着广泛的应用，例如家电、工业自动化、航空航天、汽车制造、机器人等领域都可以使用无刷电机。在家电领域，无刷电机已经广泛应用于空调、洗衣机、冰箱等家电产品中，能够提高产品的性能和效率，同时减少产品的噪音和能耗。在工业自动化领域，无刷电机可以用于机床、自动化流水线、工业机器人等设备中，能够提高设备的稳定性和生产效率。在航空航天领域，无刷电机被广泛应用于飞机电动液压系统、飞控系统、舵机等部件中，能够提高航空器的性能和安全性。

3.装置结构设计

这种无刷电机装配结构，包括外壳，外壳内设置转子、定子和中心轴，中心轴的一端通过第一轴承和铝支架安装定位，另一端通过设置在外壳内端部的第二轴承定位，得外壳与铝支架安装固定。中心轴的中部设置第三轴承定位。中心轴的输出端和电机的引出线分别位于外壳的两端。通过增加外壳后，将电机变成了一个传统的内转子电机结构，防止操作人员的手触碰转子受伤，提升安全性，使外转子无刷电机实现两个端面均可安装应用。在电机的两端分别通过轴承进行固定，提升整体结构的稳固性，在电机中部能根据需要选择添加又一个轴承结构加强连接。能实现引出线（三相引线和信号线）与输出轴不在同一端的场合要求。

如图1、图2、图3所示的无刷电机装配结构，包括外壳，外壳内设置转子、定子和中心轴，中心轴的一端通过第一轴承和铝支架安装定位，另一端通过设置在外壳内端部的第二轴承定位，得外壳与铝支架安装固定。中心轴的中部设置第三轴承定位。中心轴的输出端和电机的引出线分别位于外壳的两端。通过增加外壳后，将电机变成了一个传统的内转子电机结构，防止操作人员的手触碰转子受伤，提升安全性，使外转子无刷电机实现两个端面均可安装应用。在电机的两端分别通过轴承进行固定，提升整体结构的稳固性，在电机中部能根据需要选择添加又一个轴承结构加强连接。能实现引出线（三相引线和信号线）与输出轴不在同一端的场合要求。

4.无刷电机的工作原理

当电流通过传统的有刷电机时，电流需要通过电刷传递到转子上的电极，这会导致摩擦和热量，从而降低电机的效率和使用寿命。而无刷电机通过使用电子控制器来控制电流，从而避免了电刷传递电流的过程，提高了电机的效率和使用寿命。无刷电机的工作原理可以简单地概括为电子控制器控制电流的方向和大小，从而使转子上的永磁体与定子上的电磁体之间产生旋转力矩。具体来说，无刷电机的转子上固定了若干个永磁体，定子上则固定了若干个电磁体，当电流通过定子上的电磁体时，电磁体会产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，从而产生旋转力矩，驱动转子旋转。为了使电机能够正常运转，电子控制器需要不断地检测电机的运转状态，控制电流的大小和方向，从而实现电机的转速和转向控制。无刷电机的电子控制器通常采用PWM（脉宽调制）技术，通过控制电流的开关状态来实现电流的大小和方向控制。此外，无刷电机的电子控制器还需要实现电机的保护功能，例如过流保护、过热保护等，以保证电机的安全和可靠性。

5.存在的挑战及难点

虽然无刷电机在性能、效率、可靠性等方面已经有了较大的进步和提升，但在未来的发展中，仍然存在一些挑战和难点。首先，无刷电机的成本仍然比传统电机高，这限制了其在一些应用领域的普及和推广。未来需要降低无刷电机的成本，以更好地满足市场需求。其次，虽然无刷电机的功率密度已经得到了很大的提升，但其仍然无法满足某些高性能应用领域的需求。未来需要通过采用新材料、新结构和新技术等手段，实现更高效、更紧凑的电机结构，提高无刷电机的功率密度。况且无刷电机在高温环境下容易发生故障，极易影响电机的性能和寿命。未来需要研发更耐高温的电机材料和结构，以适应高温环境下的应用需求。

结语

无刷电机这种高效、高性能、低噪音、长寿命的电机，其在现代工业生产和新能源汽车等领域的应用越来越广泛。未来无刷电机的发展趋势将会更加注重高效、智能、环保、多元化等方面的提升和改进，以适应不断变化的市场需求和技术进步的要求。

参考文献

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