空心杯电机

拿最简单的有刷直流电机做比较首先，传统的直流有刷电机结构如下图所示



有刷电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。
随着电机转动，不同时刻给不同线圈或同一个线圈的不同的两极通电，使得线圈产生磁场的N-S极与最靠近的永磁铁定子的N-S极有一个适合的角度差，磁场异性相吸、同性相斥，产生力量，推动电机转动。
磁场中的介质磁导率越大，那么磁感应强度就越大，电磁力也越大。
为了增强磁场的强度和方向的控制，电机的转子一般都使用高磁导率的铁或硅钢，这可以减少磁场的损失并有效引导磁力线，从而提高电机的效率。
空心杯电机在结构上突破传统电机的转子结构形式，采用了无铁芯转子，也叫空心杯型转子，这种新颖的转子结构彻底消除了因为铁芯形成涡流而造成的电能损耗。


1. 无铁芯设计的结构：空心杯电机的定子和转子结构与传统电机不同。其转子通常采用一个空心的杯形结构，而不是传统电机中的铁芯。转子内为空心，不包含铁材料，反而通常使用轻质的金属或者其他导电材料。这使得转子的惯性更小，响应速度更快，尤其适用于需要快速启动、停止和调整的场景。
2. 减少涡流损失和磁滞损失：传统电机中的铁芯会引入涡流损失和磁滞损失。涡流是由变化的磁场在导电材料中引起的电流，这些电流会消耗能量，降低效率。磁滞损失则是因为铁芯材料的磁化过程存在一定的能量损失。而空心杯电机没有铁芯，避免了这些损失，提高了效率。

磁滞回线
如果一个从没有被磁化的磁铁，当增加H磁场强度时，它的磁感应强度B会沿着图中的虚线上升，当到达a点时，即使再增加H，B几乎没有很大的改变，这个时候铁磁材料达到了磁饱和。当H减小到0时，B将会从a点移动到b点，我们发现它并没有按原来的路线返回，而是滞后于H的变换，我们叫这种现象为磁滞。把在b点的剩余磁感应强度B叫做剩磁。当反向增加H到c点时，剩磁为0，我们把H在c点的值称为矫顽力。这个调整过程需要耗费能量。每次磁场变化时，材料的磁化方向都会经历一段能量损耗，形成热量。磁滞损失与材料的磁滞回线面积相关。磁滞回线越宽，磁滞损失就越大。

涡流损失是由于交变磁场在导电材料中感应出涡电流（也叫涡流）而导致的能量损失。
涡流是由于法拉第电磁感应定律（即变化的磁场会感应出电流）产生的。

涡流损失与磁场变化频率、材料的电导率和厚度有关。频率越高、材料的电导率越高，涡流损失越大。

涡流损失主要发生在铁芯和其他导电材料中。

为了减少涡流损失，通常采用硅钢片等材料来制作铁芯，并通过将铁芯分割成薄片来增加电流流动的路径，减少涡流。
3. 高频工作性能：
空心杯电机适用于高频率的工作，其特点是能快速切换方向，适合一些需要高频率运转的应用（比如机器人、精密仪器等）。没有铁芯的设计能减少由于铁芯饱和和损耗产生的问题，使电机能够在高频下仍然保持较高的效率。
4. 磁场的产生和控制：虽然没有铁芯，空心杯电机的定子仍然使用永磁体产生磁场，转子采用高导电性材料（如铜线圈），通过电流的变化在转子中产生磁力。空心结构虽然没有铁芯，但其自带的磁场引导方式能够有效地传递和利用磁力。
5. 轻便且高效：由于没有铁芯，空心杯电机的重量更轻，惯性更小，这使得它能够在需要快速响应和高效运动控制的应用中具有优势。减少了铁芯的质量后，电机启动和停止的时间大大缩短，适合精密控制的场合。
铁芯的作用是增强磁场的导通，集中磁力线，减少磁场的泄漏。如果没有铁芯，空心杯电机的磁场可能不如传统电机强大，这会导致电机的整体效率下降，特别是在负载较重或者需要较大转矩的应用中。
空心杯电机的转子通常采用精密绕线技术，线圈的布置和设计必须非常精确，对制造精度的要求更高，生产成本可能相对较高。