| 无刷伺服电机技术信息 |
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| 1、什么是空心杯电机，它的特点和优势是什么？ |
| 所谓空心杯，起初是指有刷电机的转子不含铁芯，漆包线直接绕成杯状。它明显减轻了转子自重，从而提升了电机的动态性能和效率——这和汽车车身减重所带来的好处很类似。
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空心杯技术还消除了电机转动时，铁芯绕磁铁所产生的周期性阻滞力（齿槽转矩），让转动平滑顺畅。但空心杯技术最大的意义，还是实现了电机的伺服控制实用化。因为空心杯电机具有如下特性：
转速和所加载的电压呈线性关系；转矩和所消耗的电流呈线性关系。
这就很容易通过控制电压来实现调速、调节限流来控制转矩，从而让通用型伺服控制器成为可能。正因如此，空心杯技术才被公认为微型电机划时代的发明创新。时至今日，“空心杯”依然是高端微型直流电机的代名词。
空心杯概念扩展到后续问世的无刷电机。业界将采用空心线圈制成的电机，均称之为空心杯电机。
恒动电机全面采用了空心杯技术。 |
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| 2、无刷同比有刷电机，二者差别和优势在哪里？无刷电机有什么短板？ |
| 有刷电机最大的短板在于寿命。电刷和换向器需要始终保持良好接触，转动中的摩擦和磨损因而不可避免。尽管在不断优化电刷和换向器的材料和工艺，但无法从根本上解决这个问题。
这种接触式的电刷和换向器所组成的换向系统，还存在着如下一些缺点：
噪音大：摩擦所产生的噪音与生俱来；
刚度低：金属电刷结构精巧，碳刷质硬而脆，抗振动冲击能力因而有限；
换向火花：电刷滚过换向器相邻两片触点时会产生电火花，这会加速换向系统的氧化磨损，也让电机无法在易燃易爆环境下工作；
转速受限：电刷的“制动”效果显而易见。即使不考虑磨损，电刷的“起飞”（类似机械硬盘的磁头）也限制了电机转速：金属电刷上限一般低于20,000rpm，碳刷的通常低于10,000rpm，而它们的额定转速会更低；
无刷电机因为是非接触式换向系统，所以电刷和换向器的摩擦和磨损不复存在，有刷电机的上述缺点均从根本上得以消除。无刷电机的优点就包括：
寿命长：无刷电机寿命取决于轴承，通常可达上万小时。考虑到转速差异，实际工作寿命一般可达有刷电机的10倍甚至更高；
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低噪音：唯一噪声源是轴承，滚动轴承优良的润滑，让电机噪声非常低；
无换向火花：普通无刷电机自带防爆属性，可在矿井等特殊场合工作；
高转速：转速最高可达100,000rpm以上。
坚固耐用：抗冲击振动能力强，容易满足 真空、辐照等特殊环境下的应用。
当然，无刷电机也不是完美无缺，同比有刷电机，它也存在如下一些不足：
使用复杂：有刷电机仅需接入电源即可转动，无刷电机必须通过驱动器方能工作。不过在伺服控制时，有刷电机同样需要驱动器，且目前多数驱动器都同时兼容有刷和无刷电机；
成本较高：整体造价会高于有刷电机，但随着无刷电机的普及，二者成本差异在不断缩小；
低速控制较差：仅凭数字霍尔传感器，单对磁极无刷电机的转速，难以精准稳定地控制在100rpm以内；
无预感损坏：有刷电机的电刷磨损导致损坏是渐进式、可预判的，而无刷电机的霍尔损坏可能是毫无预兆下的突然损坏。
静电敏感：霍尔是静电敏感器件。此外，接线错误也容易导致其损坏。 |
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| 3、无刷伺服电机技术和工艺的发展方向有哪些？ |
| 与有刷电机的突破几近停滞不同，无刷电机的推陈出新方兴未艾。
撇开外转子、扁平结构这类分支不谈，就高转速的细长型空心杯无刷伺服电机来说，当前流行和比较前沿的工艺和技术包括：
多对磁极：理论上，把一台无刷电机的转子由一对磁极改为N对，电机的物理转速会降至1/N、转矩则增至N倍且转矩波动也降至1/N。这相当于加装了一台N:1的减速箱。就空心杯无刷电机来说，两对极，也就是四磁极非常合适。但同比一对极电机，转矩提升实际大概只能到30~50%；
拼接线圈：比传统的叠绕方式可实现更高的功率密度，虽然存在发热厉害的缺陷，但电机的工作温度上限通常都可达100oC，所以高温并不是重要制约因素。同时，也出现了将温度传感器（NTC）置于电机内部的做法，实时探测电机温度，避免出现过热情况；
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辐射环磁铁：多对极起初都是多块磁铁拼接而成，拼缝的漏磁会影响到电机性能。比较新兴的技术是将圆柱状磁铁径向辐射多极磁化，在一块完整的磁铁上实现多对极；
换向器件多样化：除了传统的数字霍尔传感器之外，三相线性霍尔，正余弦线性霍尔、增量或绝对式编码器甚至无传感伺服驱动百花齐放。其中绝对式编码器的换向信号最为稳定和优质，而无传感伺服驱动最具成本优势且系统最简化，但尚未见到实用案例；
3D打印线圈：空心杯线圈制造最前沿的技术，目前仅有德国一家科创企业做出了成品。线圈绕制从斜绕到菱形再到六边形绕组，不断优化，能胜任复杂绕线方式的绕线机成本高昂。而3D打印技术一旦成熟应用在空心杯线圈的制造上，这些问题将迎刃而解。 |
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| 4、无刷伺服电机的参数有哪些？参数之间的相互关系是什么？ |
| 恒动参数表上列出的29项参数可按下图分类：
通用参数是指同一系列中，所有电机共同适用的参数，例如电机重量、轴承类型和外壳材质等等。
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额定参数是电机在最高效率点——称之为额定工作点的转速、转矩和电流。关于额定工作点的说明请参阅问题6。
基本参数又细分为测定参数和导出参数：
测定参数：电机生产过程中，不可通过计算得出，需要实测或定义的参数；
导出参数：可由基本参数通过公式计算获得的参数。
关于各参数的定义和它们之间的相互关系，以及和电机性能的对应关系等，请查看恒动的说明文档。 |
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| 5、伺服电机的功率是否是最关键的参数？ |
| 先说结论：功率不是关键参数。因为它不能准确描述电机工作点，不能仅凭功率参数来判断一款伺服电机是否胜任工况。
对于具体需求，电机的输出功率P=n*M*k。其中n为电机转速、M为电机转矩，k为系数常量。如果n和M的单位分别是rpm和mNm，则k=π/30,000，可近似取值为1/10,000。
电机工况由n和M共同决定，仅有功率P，并不能确定电机的n和M是否合适。
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另外，电机至少有最大功率和额定功率两个参数。尽管最大功率在业界内有不同的定义，但都不是可以长时间持续的功率值。而额定功率虽然可以持续输出，但它对应着固定的n和M，而伺服电机的工作点分布在一个区间内，n和M都有广阔的取值范围。
所以，电机选型至少需要确定两个指标：所需转速n和转矩M。功率满足时电机不一定合适、功率不满足则电机一定不合适。 |
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| 6、如何看懂电机工作区间图？它对电机选型的意义何在？ |
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电机工作区间图分布在一个直角坐标系中，横轴为电机的输出转矩，四根纵轴分别为电机的效率、输出功率、工作电流和转速。整个坐标区间就是该款电机所能够工作的全部范围。
不同颜色的区域代表着在不同工况下可以工作的区间。由此可见一款电机是否胜任工作，和不同工况：持续、周期和瞬时等密切相关。各关键参数（点）也都能在坐标系中找到：
在最高效率点上，相同横坐标对应的转速、转矩、功率、电流，即为各自的额定值。转速和电流曲线的纵截距分别是空载转速和空载电流，转速曲线的横截距对应堵转转矩，相同横坐标上的电流曲线对应堵转电流。
以持续工作为例，如果工作点落在粉色区间内则表示电机可以胜任。当工作点位于黑色斜线上方时，电机需要高于标称电压的供电（此时电机可安全工作），如果在斜线下方，则工作电压低于标称电压。
工作点与坐标轴围成的矩形面积对应着功率。从图中可清楚看到，电机的最大功率和额定功率差别很大。
工作区间图更详细的说明，请下载相关技术信息、查看《电机参数表》章节。
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| 7、电机是否需要额外的散热措施？ |
| 如果电机以参数表给定的额定值为上限，且工作在不高于温度22oC的非密闭空间且无其它热源的环境中，那么无需额外散热措施，虽然其表面温度可能达到80oC以上。
良好的散热可降低热阻RT，它与热功耗PT之间满足关系：RT=ΔT/PT。可见热阻降低对应着所允许的热功耗增大，电机也就能输出更大的功率。
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将电机安装在金属法兰上，例如加装了金属减速箱实现传导散热，热阻通常可降低50%，而如果有强制风冷措施增强了对流散热，热阻更是可降低75%以上。
热阻可分为电机绕组对外壳的RT1和外壳对环境空气的RT2。其中RT1通常约为RT2的1/3。恒动的样本上将二者的加权平均值合并为RT。
必要时，应在电机旁放置谨防高温烫伤的标志牌。 |
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| 8、如何选择无刷电机的电源？ |
| 首先需要明确的是，无刷电机必须通过驱动电路来驱动，电机本身不直接连接电源，它的ABC三相接到驱动器对应端口。无刷电机的霍尔传感器或编码器等需要接入直流电源，电压通常为5V。
驱动器接入的电机电源，电压UM低于电机额定电压UR时，电机无法达到额定功率。而UM高于UR时，闭环控制下，驱动器会根据输出需求，自动调节输出的PWM信号占空比，确保电机不会过压超速。所以，UM应在驱动器可接受的范围内且不低于UR——闭环控制时适用。
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电源功率则主要由电机确定。一大误区就是依照电机参数表上的最大输出功率，因为这和输入的电工功率之间有两个效率因数：一是驱动器的效率，通常高于90%。更重要的是电机效率，它虽然也可能高达80%以上，但这仅限额定工作点。除此之外的任何工作点，效率都更低。
最大的电工功率消耗在电机堵转时，等于堵转电流×电源电压。堵转会很快烧毁电机，所以驱动器须设置合理的限流值。合适的电源功率因此为：额定电压×驱动器限流值/驱动器效率＋驱动器本身功耗＋霍尔传感器等外设的功耗。
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| 9、无刷伺服电机损坏的常见原因有哪些？如何避免？ |
| 正常使用中的无刷电机寿命很长，直到轴承磨损到了限度。但电机可能因意外而遭至损坏，常见的损坏情况和主要原因包括：
用手转动电机轴正常，但驱动时卡住：缺相或霍尔（编码器）信号异常，例如线序接错或断路、器件损坏等。缺一相或三个霍尔损坏其一，偶尔可以启动但转动不平稳，低速下尤甚。霍尔损坏主要原因是接错线和静电导致。须在通电前检查接线，存储和使用中做好静电防护。
电机空载正常，但带载能力明显下降：磁铁退磁。主要原因是转子长时间过热。
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霍尔传感器或编码器等换向器件损坏：它通常会导致电机无法转动且启动后一直过流。三相霍尔中的某一个损坏时，高目标转速下有一定几率成功启动，但转动平稳性变差。
电机轴卡住或阻力不规则变大：绕组变形引起“扫膛”（指定子和转子之间的间隙被破坏而出现持续或特定位置点的接触）的可能性很大。变形最主要的原因是电机过热引发的线圈膨胀。
电机转动起来有异响：除了“扫膛”之外部分是因为轴承损坏引起，损坏原因包括出轴径向、轴向受力过大，尤其安装负载时。
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| 10、针对特殊要求，恒动如何提供定制化解决方案？能力范围是什么？ |
| 客户对伺服系统精细化、差异化的需求与日俱增，电机的定制化首当其冲。恒动支持对电机机械尺寸和电性参数的全方位调整，包括选配、改制和全新定制三个不同范畴：
选配：不涉及到绕组和主体尺寸的调整，包括前后出轴长度、轴端形状和霍尔传感器类型，以及引线材质和长度、端子型号的改动，指定铭牌内容。
改制：保持电机直径不变，调整电机长度、调整绕组线径或匝数以适配特殊的驱动电压或转速转矩要求，改变磁钢牌号、改变出轴直径或材质、改变轴承型号。
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定制：按照客户指定或要求，全新设计电机外径与长度以实现特定参数，选用特殊材质的外壳和特定表面处理方式。或实现防水、超高转速等特殊需求。
适配指定的第三方部件，比如编码器、减速箱、抱闸和丝杠等等，可能涉及选配或改制。
选配通常不会对价格和交期产生明显影响。改制和定制会涉及到一次性费用并可能会有产品售价的调整。根据协议，改制和定制可能在至少一定期限内，不出售给第三方。
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| 11、恒动电机是否有自己独到的优势和技术特点？ |
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恒动保持锐意进取，同步业内最新工艺和技术并落实运用。同时，恒动还凭借自身的技术和应用经验积淀，形成了自己独到的优势和技术特点：
铁氟龙镀银引线：业内独此一家使用如此高标准引线，将导线线损降至极致。
镂空式霍尔电路板与线性霍尔传感器：巧妙地将霍尔传感器嵌入PCB，有效缩短电机长度。线性霍尔结合专用驱动器，在无需编码器、不改变电机长度的情况下，获得高分辨率的位置编码信号。
辐射环多极磁铁：从根本上消除了拼接磁铁的接缝问题，也无需加固封装磁铁以避免高速下离心甩出。
焊接式一体化减速箱：将电机和减速箱之间的连接强度最大化，大幅度降低运转时的震动，同时还有效缩短了组件的整体长度。
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| 12、空心杯无刷电机的应用局限是什么？哪些应用应优先考虑其它类型的电机？ |
| 无刷电机尽管有诸多优势，但也不是无所不能，它的主要短板包括：
轴向尺寸较大：空心杯无刷电机的外观基本上都是细长型，在长度受限的空间内可能不便安装。尽管也有轴向磁通的空心杯无刷电机，但它的能效低，功率也很小，输出扭矩通常不足10mNm。
输出转矩小：空心杯无刷电机的特性就是高转速就低转矩。通过加装减速箱来实现大转矩，在效率、成本、尺寸等方面都会做出牺牲，还会产生空回间隙。
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扁平结构的盘式电机、力矩电机解决了这两个缺点。它们大多为无刷电机，但不是空心杯结构。
结构复杂造价高：尽管通过不断地优化实现了成本，但同比其它种类电机，成本还是相对较高。在低成本的应用领域，尽管性能更好且更节能，但仍然是步进电机市占率要高得多。
此外，音圈电机和压电陶瓷电机等，也有无刷电机所不及的优势特点。
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