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電機有各式各樣的種類,而無刷直流電機是當今最理想的調速電機。它集直流電機與交流電機的優點于一身,既有直流電機良好的調整性能,又有交流電機結構簡單、無換向火花、運行可靠和易于維護等優點。因而備受市場歡迎,廣泛應用于汽車、家電、工業設備等領域中。
一、直流無刷電機的結構跟工作原理
無刷直流電機(Brushless Direct Current Motor)由同步電動機和驅動器組成,是一種典型的機電一體化產品。BLDCM控制系統結構包括電機本體、驅動電路與控制電路三個主要部分。
直流無刷電動機(Brushless Direct Current Motor)主要由帶有線圈繞組的定子、用永磁材料制造的轉子和位置傳感器組成。位置傳感器,根據需要,也可以不配置。
1、定子
▲定子
通常,大多數BLDC電機由三個定子繞組組成,這三個定子繞組以星形或“Y”形連接(無中性點)。另外,基于線圈互連,定子繞組進一步分為梯形和正弦電動機。
▲BLDC電機反電動勢
在梯形電動機中,驅動電流和反電動勢均呈梯形形狀(在正弦電動機的情況下為正弦形)。通常,在汽車和機器人技術(混合動力汽車和機器人手臂)中使用額定48 V(或以下)的電動機。
2、轉子
BLDC電動機的轉子部分由永磁體(通常是稀土合金磁體,例如釹(Nd),釤鈷(SmCo)和釹鐵硼(NdFeB)組成。
根據應用,極數可以在2到8個之間變化,北極(N)和南極(S)交替放置。下圖顯示了磁極的三種不同布置。
(a)磁體放置在轉子的外周上。
(b)稱為電磁嵌入式轉子,其中矩形永磁體嵌入轉子的鐵心中。
(c)將磁體插入轉子的鐵芯中。
▲BLDC電機轉子
3、位置傳感器(霍爾傳感器)
由于BLDC電機中沒有電刷,因此換向是電子控制的。為了使電機旋轉,必須順序地給定子繞組通電,并且必須知道轉子的位置(即轉子的北極和南極)才能精確地給一組特定的定子繞組通電。
通常使用霍爾傳感器(根據霍爾效應原理工作)的位置傳感器來檢測轉子的位置并將其轉換為電信號。大多數BLDC電機使用三個霍爾傳感器,這些傳感器嵌入到定子中以檢測轉子的位置。
在BLDC電機中,永磁體(轉子)是運動的,而載流導體(定子)是固定的。
▲BLDC電機運轉示意圖
當定子線圈從電源獲得電源時,它就變成電磁體并開始在氣隙中產生均勻的磁場。盡管電源是直流電,但開關仍會產生具有梯形形狀的交流電壓波形。由于電磁定子和永磁轉子之間的相互作用力,轉子繼續旋轉。
通過將繞組切換為高和低信號,相應的繞組被激勵為北極和南極。帶有南極和北極的永磁轉子與定子極對齊,從而導致電機旋轉。
無刷直流電機有三種配置:單相,兩相和三相。其中,三相BLDC是最常見的一種。
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