王霄鶴3100104003何必俊3100103342方是也3100103204無刷直流電機(jī)It’sshowtimeNow一項電機(jī)發(fā)展史上巨大的突破無數(shù)科學(xué)家一代又一代的努力讓我們進(jìn)一步地了解它無刷直流電機(jī)電機(jī)中的戰(zhàn)斗機(jī)概述無刷直流電機(jī)是永磁式同步電機(jī)的一種，英文簡稱BLDC。區(qū)別于有刷直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，以傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料，性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢，是當(dāng)今最為理想的調(diào)速電機(jī)。目錄組成與結(jié)構(gòu)工作原理與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢現(xiàn)狀與應(yīng)用發(fā)展與前景總結(jié)組成與結(jié)構(gòu)返回目錄組成與結(jié)構(gòu)

無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電動機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機(jī)十分相似。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號，以控制電動機(jī)的啟動、停止和制動；工作原理

無刷直流電機(jī)中，借助反映轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器的輸出信號，通過電子換相線去驅(qū)動路與電樞繞組聯(lián)接的相應(yīng)的功率開關(guān)元件，使電樞繞組依次饋電，從而在主定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，位置傳感器不斷的送出信號，改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向始終保持不變，這就是無刷直流電動機(jī)的無接觸式換流過程的實質(zhì)。工作原理

功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給無刷直流電機(jī)的各項繞組，以便使電機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。而各相繞組導(dǎo)通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置信號。但是，由位置傳感器所產(chǎn)生的信號一般不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制邏輯開關(guān)單元。返回目錄工作原理

無刷直流電機(jī)相比，就不難看出，其實無刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)一樣，本身都是一臺同步電機(jī)，只是有刷直流電機(jī)中加的是一個機(jī)械的逆變器一換向器和電刷，而無刷直流電機(jī)中采用電子換向裝置一電子逆變器代替機(jī)械換向器和電刷的作用。盡管二者構(gòu)造不同，但它們所起的作用卻是完全相同的，都是為了實現(xiàn)直流電機(jī)的換相。無刷的優(yōu)勢在哪里？和有刷直流電機(jī)相比，無刷直流電動機(jī)由于革除了電的滑動接觸機(jī)構(gòu)，因而消除了故障的主要根源，由于轉(zhuǎn)子上沒有繞組，因此就沒有電的損耗，又由于主磁場是恒定的，因此鐵損也是極小的，在方波電流驅(qū)動時，電樞磁勢的軸線是脈動的，會在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)產(chǎn)生一定的鐵損?？偟膩碚f，除了軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦損耗外，轉(zhuǎn)子的損耗很小，因而進(jìn)一步增加了工作的可靠性。與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢在伺服控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的快速起、停、加速、減速、要求電機(jī)有這樣兩個特點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量?。?）起動和最大轉(zhuǎn)矩大下面我們對每種電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行分析：與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的大小和轉(zhuǎn)子外徑有直接關(guān)系，對于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，是由帶齒、槽的鐵心構(gòu)成。槽中用來安放感應(yīng)繞組感生電流、產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這樣轉(zhuǎn)子外徑的進(jìn)一步減小有困難。與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢

對于有刷的直流電動機(jī)，電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上，因此也無法進(jìn)一步減小外徑。同時由于換向器的存在，更進(jìn)一步限制了轉(zhuǎn)子外徑的減小。無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子主要是永久磁鐵構(gòu)成的磁極體組成，電樞繞組在定子上，因而轉(zhuǎn)子外徑可以相對較小?？梢宰龅酱蟮钠饎愚D(zhuǎn)矩和大的最大轉(zhuǎn)矩，更快地加速電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載。與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢對于電動機(jī)的設(shè)計和應(yīng)用，發(fā)熱問題必須作為一個基本原則考慮，發(fā)熱問題由兩方面因素確定：（1）電機(jī)的損耗（2）電機(jī)的散熱能力下面我們就此進(jìn)行對比分析。與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢和其它類型電機(jī)相比，無刷直流電動機(jī)的損耗小，這是因為：（1）永久磁鐵勵磁，沒有勵磁繞組，因此沒有勵磁繞組的電損耗；（2）勵磁磁場是恒定的，因此勵磁磁場不會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生鐵損；（3）沒有電刷和換向器，因此也不會象有刷直流電動機(jī)那樣，產(chǎn)生由于電刷和換向器之間的摩擦損耗和電損耗。與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢從散熱的角度看，由于電樞在定子上，直接和機(jī)殼相連，因此散熱條件好，熱傳導(dǎo)系數(shù)大。由于這樣的關(guān)系，在相同的條件下，在相同的出力要求下，無刷直流電動機(jī)可以設(shè)計的體積更小，重量更輕。返回目錄與其他電機(jī)相比的優(yōu)勢以上分析可以看出，在工業(yè)應(yīng)用中，無刷直流電動機(jī)在快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率、耐受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯優(yōu)勢。近幾年，隨著稀土永磁材料和電力電子器件性能價格比的不斷提高，無刷直流電動機(jī)作為中小功率高性能調(diào)速電機(jī)和伺服電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)狀與應(yīng)用無刷直流電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，如汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航空航天等等。總的來說，無刷直流電機(jī)可以分為以下三種主要用途：1.持續(xù)負(fù)載應(yīng)用2.可變負(fù)載應(yīng)用3.定位應(yīng)用現(xiàn)狀與應(yīng)用持續(xù)負(fù)載應(yīng)用：主要是需要一定轉(zhuǎn)速但是對轉(zhuǎn)速精度要求不高的領(lǐng)域，比如風(fēng)扇、抽水機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等一類的應(yīng)用，這類應(yīng)用成本較低且多為開環(huán)控制?，F(xiàn)狀與應(yīng)用可變負(fù)載應(yīng)用：主要是轉(zhuǎn)速需要在某個范圍內(nèi)變化的應(yīng)用，對電機(jī)轉(zhuǎn)速特性和動態(tài)響應(yīng)時間特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干機(jī)和壓縮機(jī)就是很好的例子，汽車工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā)動機(jī)控制等，這類應(yīng)用的系統(tǒng)成本相對更高些。返回目錄現(xiàn)狀與應(yīng)用定位應(yīng)用：大多數(shù)工業(yè)控制和自動控制方面的應(yīng)用屬于這個類別，這類應(yīng)用中往往會完成能量的輸送，所以對轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩有特別的要求，對控制器的要求也較高。測速時可能會用上光電和一些同步設(shè)備。過程控制、機(jī)械控制和運(yùn)輸控制等很多都屬于這類應(yīng)用。發(fā)展與前景正弦波電流驅(qū)動高速微處理器和DSP器件的出現(xiàn)，使得運(yùn)行速度、處理能力提高很大，而且還有專用的控制芯片出現(xiàn)。隨著這些器件的普及和應(yīng)用的擴(kuò)大，器件成本大幅度下降。因此性能明顯優(yōu)秀的正弦波電流驅(qū)動的電動機(jī)會比方波驅(qū)動的電動機(jī)更受歡迎。

低成本的DSP電機(jī)控制器的應(yīng)用已經(jīng)說明無刷式非傳感器控制DC電機(jī)的應(yīng)用前景，一個新型高性能器件已經(jīng)隨著工業(yè)驅(qū)動設(shè)備的要求而推向了市場。發(fā)展與前景返回目錄科學(xué)的腳步在不斷向前……發(fā)展與前景國內(nèi)的家電行業(yè)，近年來不時推出裝備直流無刷電機(jī)的電器產(chǎn)品，鼎力宣傳其優(yōu)良性和節(jié)能效果，就是國內(nèi)直流無刷電機(jī)需求升溫的標(biāo)志。當(dāng)前，國內(nèi)研發(fā)和出產(chǎn)的直流無刷電機(jī)的種類和數(shù)目不是很多，首先是用于軍事國防設(shè)備。近年來在空調(diào)器、冰箱、洗衣機(jī)、電動自行車、微型風(fēng)機(jī)等產(chǎn)品上使用的，普通是輸出功率不大的微型與特種直流無刷電機(jī)。在機(jī)械、紡織、印染、冶金、輕工等行業(yè)所需的與小型交流異步電機(jī)功率品級對應(yīng)的直流無刷電機(jī)仍需要加以研究和發(fā)展。結(jié)語……返回目錄面對目前信息網(wǎng)絡(luò)社會和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的