無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理及主要結(jié)構(gòu)

無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 無(wú)刷電機(jī)是指無(wú)電刷和換向器(或集電環(huán))的電機(jī)，又稱(chēng)無(wú)換向器電機(jī)。早在十九紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動(dòng)機(jī)有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。上世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無(wú)刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無(wú)刷電機(jī)稱(chēng)為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無(wú)刷電機(jī)的缺陷。

無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理

無(wú)刷直流電機(jī)具有獨(dú)特的反電動(dòng)勢(shì)波形，使其行為類(lèi)似于有刷直流 (BDC) 電機(jī)。洛倫茲力定律指出，當(dāng)載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中時(shí)，它就會(huì)受到力的作用。作為反作用力的結(jié)果，磁鐵將受到相等且相反的力。在無(wú)刷直流電機(jī)中，載流導(dǎo)體是靜止的，而永磁體在運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)定子線(xiàn)圈從源頭獲得電源時(shí)，它變成電磁體并開(kāi)始在氣隙中產(chǎn)生均勻場(chǎng)。雖然電源是直流，但開(kāi)關(guān)使產(chǎn)生梯形交流電壓波形。由于電磁定子和永磁轉(zhuǎn)子之間的相互作用力，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。隨著繞組切換為高、低信號(hào)，相應(yīng)的繞組作為北極和南極通電。具有北極和南極的永磁轉(zhuǎn)子與定子極對(duì)齊，從而導(dǎo)致電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

無(wú)刷直流電機(jī)不能直接依靠直流電壓源運(yùn)行。它有一個(gè)帶永磁體的轉(zhuǎn)子，一個(gè)帶繞組和電子換向的定子。通常，三個(gè)霍爾傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)霍爾傳感器輸入執(zhí)行換向。電機(jī)由矩形或梯形電壓沖程以及給定的轉(zhuǎn)子位置驅(qū)動(dòng)。必須在相之間正確施加電壓沖程，以便定子磁通和轉(zhuǎn)子磁通之間的角度保持接近 90°，以產(chǎn)生最大扭矩。

無(wú)刷直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與有刷電機(jī)正好相反，無(wú)刷電機(jī)中，換相的工作交由控制器中的控制電路(一般為霍爾傳感器+控制器，更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器)來(lái)完成。BLDC電機(jī)中的“BL”意為“無(wú)刷”，就是DC電機(jī)(有刷電機(jī))中的“電刷”沒(méi)有了，以電子換向器取代了機(jī)械換向器。

無(wú)刷電機(jī)中，通過(guò)霍爾傳感器，感知永磁體磁極的位置，再根據(jù)這種感知，使用電子線(xiàn)路，適時(shí)切換線(xiàn)圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 通過(guò)刷電機(jī)的控制器，還可以實(shí)現(xiàn)一些有刷電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，比如調(diào)整電源切換角，制動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖住電機(jī)，利用剎車(chē)信號(hào)，停止給電機(jī)供電。現(xiàn)在電瓶車(chē)的電子報(bào)警鎖，就充分利用了這些功能。

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