这一组件始终备受关注并非偶然。第一代绕组技术的发明,以及新型及优化绕组技术的不断发展,早已成为FAULHABER基因中的一部分。首款绕组的斜绕布线方式,也成为该企业徽标的图案。因此,绕组技术不仅是一个设计细节,更是FAULHABER驱动技术的核心和特色。
回顾:FAULHABER绕组的起源
20世纪50年代,Fritz Faulhaber博士正在他的精密机械车间里一丝不苟地做着一个项目。他当时正在为知名客户Voigtländer开发一款创新相机。Faulhaber博士萌生了用电机驱动胶片传输的念头——他决定将这一想法付诸实践,并寻找解决方案。
主要问题在于,大多数直流电机的绕组缠绕在转子的T形齿上,这类电机因此被称为“T型电枢电机”。这些齿会使转子相对于永磁体形成特定优先位置,进而产生所谓的齿槽转矩。在供电电压不足的情况下,电机可能根本无法启动,或在运行过程中停止转动。即使电压足以驱动运动,齿槽转矩仍会造成旋转不稳,使角速度无法保持恒定。
Faulhaber博士最终认识到,铁芯必须舍弃。他决定制造一种自承式篮形绕组(又称钟形电枢绕组),消除干扰性的绕组端部和占用空间的线圈支撑结构。1958年,他取得重大突破,并提交了名为“采用自承式斜绕组无铁芯线圈的电机”专利申请。该专利于1965年获得批准,一种新型电机绕组随之风靡市场。

优质绕组,成功在望
该自承式斜转子绕组惯性极低,可实现极快的响应速度和高动态响应能力。无齿槽转矩、无铁损以及精准可控,显著提升了效率,也使这项发明臻于完善。成功之路由此开启。
绕组技术的持续发展带来许多新的可能性,并推动驱动系统在微型化方向上实现进一步突破。此方面的一个突出例子是一款超精密电机所采用的微型绕组:该电机的外径仅1.9 mm,而其绕组尺寸仅为1.4 mm。所用铜线的直径也树立了行业新标准:如今可以高精度制造比头发丝还细的极细铜线,即便尺寸微小,仍能实现高性能且可靠的绕组。

在首款钟形电枢线圈研制成功后的后续数年里,线性绕组、插针式绕组、分段绕组及开槽铜绕组相继被纳入该技术体系。这种多样性本身并不是目的:在那些可用安装空间不断缩小,但同时对更高性能、更高动态响应和更高效率的需求却日益增长的应用场景中,驱动解决方案的需求也日益增加。因此,绕组技术作为优化设计与精准创新开发的关键着力点,获得了更高程度的重视。
采用外置转子技术的BXT扁平无刷电机便是这方面的一个例子。该电机的高性能内部构造基于定子和转子的精确电磁设计。转子配备14块高性能NdFeB单体磁铁,定子上设有12个齿槽,成熟方案与创新绕组技术在此实现了有机结合。绕组中极高的铜填充系数确保了最大功率密度;同时,通过优化布线,将空间需求降至最低限度。
对于BP4无刷电机而言,绕组同样是决定电机性能的关键。该分段绕组采用重叠、嵌套且独立绕制的分段结构,使得线圈中能够容纳大量的铜。结果是在低损耗下实现了高绕组对称性,从而获得相应的高效率。
绕组在稳定性和可靠性方面所发挥的核心作用,在BX4电机上得到了充分体现。该电机中的绕组采用包胶注塑工艺实现永久定型,并确保在严苛工况下仍具备最高的稳定性。
FAULHABER数十年沉淀的技术专长和不断优化的绕组技术体系已在市场上获得认可,并构成FAULHABER驱动技术的基础,使其得以引领并塑造当今与未来的行业趋势。FAULHABER最近推出的全新SXR/GXR电机系列便是一个很好的例证,该系列采用六角绕组,并具备优化的工艺和卓越的性能。

内部性能秘诀
绕组技术团队负责人Armin Mannsdörfer和电气设计团队负责人Roland Keller博士均在FAULHABER工作多年,曾负责众多项目,并参与优化了许多电机的铜制核心部件。两位专家独家解读了SXR/GXR直流电机绕组的研发过程,阐述了所构思的具体特性,以及创新绕组如何影响该电机系列的性能和多功能性。
Armin Mannsdörfer

绕组几何形状对转矩、转速特性、热管理等参数有何影响?
自承式绕组可实现无齿槽效应、高效运行。尽管受结构设计影响,绕组散热难度较大,但通过加固处理,该绕组在重载、高速工况下仍可良好耐受工作温度。
六角绕组在研发和产业化过程中需要攻克哪些难题?
绕组设计类型多样,且绕组壁厚较大,对加工工艺提出了严苛要求。为此,相关新技术已完成研发并投入应用,相关专利亦已申请注册。该绕组的创新之处在于其设计实现了高铜填充系数和相对较大的壁厚。此外,加工工艺的设计还需兼容多种电机尺寸和电压类型。尽管为此开发的技术比以往常用技术更为复杂,但该技术可实现高性能绕组的多规格量产,同时保证绕组性能指标的高精度。
Dr. Roland Keller

从技术角度来看,SXR和GXR电机的新型六角绕组有何特殊之处?
内部平直结构可提高转矩常数。若尺寸设计合理,可优化特性曲线斜率,进而为用户提升效率。同时,效率提升也会提高电机的允许连续转矩。
客户在哪些应用场景中能从这一新型绕组技术中获得尤为显著的益处?
SXR/GXR电机的特性曲线斜率优于市面其他电机,可提供更高转矩,在实际应用中,使用SXR/GXR电机可有效节省安装空间并/或减轻整机重量。即使可达到的连续转矩未充分利用,用户仍可从中获益。若两台电机摩擦力相同,特性曲线斜率更优的电机效率更高。这一点尤为业内专家所看重。