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新闻资讯

直流无刷电机(BLDC:Brushless Direct Current Motor)

发布时间:2023-04-25 09:58:00
作者:川铭精工
阅读:3076

电机有各式各样的种类,而无刷直流电机是当今最理想的调速电机。它集直流电机与交流电机的优点于一身,既有直流电机良好的调整性能,又有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。因而备受市场欢迎,广泛应用于汽车、家电、工业设备等领域中。


无刷电机(1).jpg


一、直流无刷电机的结构跟工作原理

无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor)由同步电动机和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。BLDCM控制系统结构包括电机本体、驱动电路与控制电路三个主要部分。


直流无刷电动机(Brushless Direct Current Motor)主要由带有线圈绕组的定子、用永磁材料制造的转子和位置传感器组成。位置传感器,根据需要,也可以不配置。


1、定子

微信图片_20230424095028.jpg

定子

通常,大多数BLDC电机由三个定子绕组组成,这三个定子绕组以星形或“Y”形连接(无中性点)。另外,基于线圈互连,定子绕组进一步分为梯形和正弦电动机。

微信图片_20230424095401.jpg


BLDC电机反电动势

在梯形电动机中,驱动电流和反电动势均呈梯形形状(在正弦电动机的情况下为正弦形)。通常,在汽车和机器人技术(混合动力汽车和机器人手臂)中使用额定48 V(或以下)的电动机。

2、转子


  • BLDC电动机的转子部分由永磁体(通常是稀土合金磁体,例如钕(Nd),钐钴(SmCo)和钕铁硼(NdFeB)组成。


  • 根据应用,极数可以在2到8个之间变化,北极(N)和南极(S)交替放置。下图显示了磁极的三种不同布置。


  • (a)磁体放置在转子的外周上。


  • (b)称为电磁嵌入式转子,其中矩形永磁体嵌入转子的铁心中。


  • (c)将磁体插入转子的铁芯中。


微信图片_20230424100809.jpg

  • BLDC电机转子

3、位置传感器(霍尔传感器)


由于BLDC电机中没有电刷,因此换向是电子控制的。为了使电机旋转,必须顺序地给定子绕组通电,并且必须知道转子的位置(即转子的北极和南极)才能精确地给一组特定的定子绕组通电。
通常使用霍尔传感器(根据霍尔效应原理工作)的位置传感器来检测转子的位置并将其转换为电信号。大多数BLDC电机使用三个霍尔传感器,这些传感器嵌入到定子中以检测转子的位置。


在BLDC电机中,永磁体(转子)是运动的,而载流导体(定子)是固定的。

微信图片_20230424102656.gif

BLDC电机运转示意图


当定子线圈从电源获得电源时,它就变成电磁体并开始在气隙中产生均匀的磁场。尽管电源是直流电,但开关仍会产生具有梯形形状的交流电压波形。由于电磁定子和永磁转子之间的相互作用力,转子继续旋转。



通过将绕组切换为高和低信号,相应的绕组被激励为北极和南极。带有南极和北极的永磁转子与定子极对齐,从而导致电机旋转。


微信图片_20230424103009.gif

无刷直流电机有三种配置:单相,两相和三相。其中,三相BLDC是最常见的一种。


二、无刷电机的优点与不足:

优点:▷高输出功率▷小尺寸和重量▷散热性好、效率高▷运行速度范围宽▷低电噪声▷高可靠性和低维护要求▷高动态响应▷电磁干扰少
不足:▶控制该电机所需的电子控制器很昂贵▶需要复杂的驱动电路▶需要额外的位置传感器(FOC不用)

三、直流无刷电机的应用范围

无刷直流电机广泛用于各种应用需求,例如工业控制(在纺织、冶金、印刷、自动化生产流水线、数控机床等工业生产方面,无刷直流电机都发挥重要的作用。),汽车(雨刷器、电动车门、汽车空调、电动车窗等部位都有电机的身影。),航空,自动化系统(在生活中常见的打印机、传真机、复印机、硬盘驱动器、软盘驱动器、电影摄影机等,在它们的主轴和附属运动的带动控制中,都有无刷直流电机的身影。)
医疗保健设备(对无刷直流电机的使用已经较为普遍,可以用来驱动人工心脏中的小型血泵;在国内,手术用高速器具的高速离心机、热像仪和测温仪的红外激光调制器都使用了无刷直流电机。)等领域中的各种负载,恒定负载和定位应用。


四、直流无刷电机与直流有刷电机的区别


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直流无刷电机与直流有刷电机对比

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