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换向器:换向片数量是影响空心杯电机性能的重要因素。空心杯电机换向片的数量通常 较传统有刷直流电机更多,往往由 9、
11 或 13 片(奇数片)换向片组成,安装在转子上 并与定子上的电刷接触。通过改变电流的路径,换向片控制转子线圈的电
流流向和转子 磁场方向,实现高效的转矩输出和精确的速度控制。转矩脉动对空心杯电机的性能和运 行质量造成较大影响,
导致机械振动和噪音增加,降低系统的精度和稳定性,通过增加 换向片的数量可以改善空心杯电机的换向精度和平稳性,从而
降低转矩脉动的产生。
(三)空心杯电机性能表现卓越,引领高端应用领域创新
空心杯电机效率高、转速快。由于空心杯电机消除了铁芯产生的磁阻力矩和涡流效应造 成的损耗,因而可以得到很
高的能量转化效率,进一步提高能源利用效率、减少能源损 耗。空心杯电机的最高效率都在 65%~85%之间,最高
的可达 90%,而有刷直流电机的最 高效率一般都在 50%左右。高转速的电机能够提供更大的功率输出并减少机械
振动和 噪 音,空心杯 电机最高转速在 10000rpm 左右,而有刷直 流电机的连续力矩会 随着转速的上 升快速下降,
最高转速都在 5000rpm 以下。
空心杯电机响应快、寿命长。相比于有刷直流电机 100 毫秒以上的机械时间常数,空心 杯电机的转子惯量很小,响应时间极
快,其机械时间常数一般在 28 毫秒以内,部分产品 甚至小于 10 毫秒,具有理想的控制性能,能够实现对转速的高精度控制
操作。空心杯电 机的换向片数量多,使得换向时的电流波动和电机电感量更小,大幅减少换向过程中对 换向系统的电腐蚀,
从而拥有更长的寿命。根据《空心杯电机定制化管理的应用研究》中的数据,有刷直流电机的寿命一般仅有几百个小时,而空
心杯电机的预期寿命通常在 1000 至 3000 小时之间,能够提供更长久的可靠运行。
空心杯电机体积小、运行稳。空心杯电机具有较大的功率体积比,一般达 30mW/cm3, 与同等功率的铁芯电机相比,重量和体
积减少了 1/3~1/2;空心杯电机没有齿槽效应,过 载能力比有刷直流电机更高,同时更小的转矩脉动让其运行稳定、可靠,转
速波动小且 容易控制,一般可控制在 2%以内,可应用于高动态性能伺服系统中。
得益于空心杯电机优异性能,下游应用领域广泛。空心杯电机小巧的体积和轻盈的重量 使其具有良好的集成性,可以广泛应用
于空间有限的设备和系统,如微型机器人、智能 穿戴设备和医疗器械等。同时,空心杯电机具有高效能、快速响应和精度高的
特点,使 其成为无人机、机器人臂、自动化设备、精密定位系统和光学仪器等需要高功率密度和 高速运动领域的最佳方案。
随着空心杯电机在众多下游应用领域中的不断突破,逐渐成 为众多高端设备和系统的理想选择。
二、小而精的优势赛道,灵巧手赋予全新增量
(一)中国主导全球市场,海外厂商占据主要份额
空心杯电机行业蓬勃发展,22 年全球市场超 7 亿美元。空心杯电机以其独特的设计和出 色的性能,在各个行业和应用领域中
得到了广泛的认可和应用,市场规模快速增长。根 据 GII 引用 QY Research 的统计数据,全球空心杯电机市场规模由 2022 年
的 7.48 亿美元 将增长至 2028 年的 11.86 亿美元,期间 CAGR 为 7.98%。从产品结构来看,有刷空心杯 电机价值量占比较
高,2021 年市场比例达到 67.33%,预计到 2028 年市场空间将超过 6.85 亿美元。随着智能化和自动化技术的不断发展,智
能设备的兴起,医疗器械和航空航天 领域的需求增加,空心杯电机有望继续迎来更大的市场机遇。