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何謂BLDC電機(jī)?適用于哪些方面?

h1654155971.8456 ? 來(lái)源:YXQ ? 2019-08-14 10:56 ? 次閱讀

1何謂BLDC電機(jī)

供給電力(電壓、電流)后,能夠進(jìn)行機(jī)械般的運(yùn)動(dòng)的就是電機(jī)。

電機(jī)有各式各樣的種類,而“BLDC電機(jī)”具有很高的效率以及良好的操作性,可以廣泛用于各種用途上,并期待它所帶來(lái)的低耗電量。

2電機(jī)是獲得能量設(shè)備的一種

當(dāng)工程師想利用電氣、電子的機(jī)器在現(xiàn)實(shí)世界中做些什么時(shí),他們會(huì)思考怎樣才能將電信號(hào)變?yōu)椤傲Α保?/p>

將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力的就是傳動(dòng)器,即電機(jī)??梢詫㈦姍C(jī)視作“將電氣轉(zhuǎn)換為機(jī)械的力的元件”。

最基本的電機(jī)是“DC電機(jī)(有刷電機(jī))”。 在磁場(chǎng)中放置線圈,通過(guò)流動(dòng)的電流,線圈會(huì)被一側(cè)的磁極排斥,同時(shí)被另一側(cè)磁極所吸引,在這種作用下不斷旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中令通向線圈中的電流反向流動(dòng),使其持續(xù)旋轉(zhuǎn)。

電機(jī)中有個(gè)叫"換向器"的部分是靠"電刷"供電的,"電刷"的位置在"轉(zhuǎn)向器"上方,隨著旋轉(zhuǎn)不斷移動(dòng)。

通過(guò)改變電刷的位置,可使電流方向發(fā)生變化。換向器和電刷是DC電機(jī)的旋轉(zhuǎn)所不可或缺的結(jié)構(gòu)(圖一)。

圖一:DC電機(jī)(有刷電機(jī))的運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖。

換向器切換線圈中電流的流向,反轉(zhuǎn)磁極的方向,使其始終向右旋轉(zhuǎn)。電刷向與軸一同旋轉(zhuǎn)的換向器供電。

3活躍于多個(gè)領(lǐng)域的電機(jī)

我們按電源種類和轉(zhuǎn)動(dòng)原理對(duì)電機(jī)進(jìn)行了分類(圖2)。讓我們來(lái)簡(jiǎn)單看看各類電機(jī)的特點(diǎn)和用途吧。

圖2:電機(jī)的主要類型

構(gòu)造簡(jiǎn)單而又容易操控的DC電機(jī)(有刷電機(jī))通常被用在家電產(chǎn)品的“光盤托盤的開(kāi)閉”等用途上?;蛴迷谄嚨摹半妱?dòng)后視鏡的開(kāi)閉、方向控制”等用途上。

雖然它既廉價(jià)又能用在多個(gè)領(lǐng)域上,但它也有缺陷。由于換向器會(huì)和電刷接觸,它的壽命很短,必須定期更換電刷或保修。

步進(jìn)電機(jī)會(huì)隨著向其發(fā)出的電脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)。它的運(yùn)動(dòng)量取決于向其發(fā)出的電脈沖數(shù),因此適用于位置調(diào)整。在家庭中通常被用于“傳真機(jī)和打印機(jī)的送紙”等。

由于傳真機(jī)的送紙步驟取決于規(guī)格(刻紋、細(xì)致度),因此隨著電脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)非常便于使用。很容易解決信號(hào)一旦停止機(jī)器就會(huì)暫時(shí)停止的問(wèn)題。

旋轉(zhuǎn)數(shù)隨電源頻率變化的同步電機(jī)被用于“微波爐的旋轉(zhuǎn)桌”等用途上。電機(jī)組里有齒輪減速器,可以得到適合加熱食品的旋轉(zhuǎn)數(shù)。

感應(yīng)電機(jī)也受電源頻率的影響,但頻率和旋轉(zhuǎn)數(shù)不一致。以前這類AC電機(jī)被用在風(fēng)扇或洗衣機(jī)上。

由此可見(jiàn),各式各樣的電機(jī)活躍于多個(gè)領(lǐng)域。其中,BLDC電機(jī)(無(wú)刷電機(jī))具有怎樣的特點(diǎn)才會(huì)用途如此之廣呢?

4BLDC電機(jī)是如何旋轉(zhuǎn)的?

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。電刷在DC電機(jī)(有刷電機(jī))里扮演的角色是通過(guò)換向器向轉(zhuǎn)子里的線圈通電。

那么沒(méi)有電刷的BLDC電機(jī)是如何向轉(zhuǎn)子里的線圈通電的呢?原來(lái)BLDC電動(dòng)機(jī)電機(jī)采用永磁體來(lái)做轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子里是沒(méi)有線圈的。

由于轉(zhuǎn)子里沒(méi)有線圈,所以不需要用于通電的換向器和電刷。取而代之的是作為定子的線圈(圖3)。

圖3:BLDC電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖

BLDC電機(jī)將永磁體作為轉(zhuǎn)子。由于無(wú)需向轉(zhuǎn)子通電,因此不需要電刷和換向器。從外部對(duì)通向線圈的電進(jìn)行控制。

DC電機(jī)(有刷電機(jī))中被固定的永磁體所制造出的磁場(chǎng)是不會(huì)動(dòng)的,通過(guò)控制線圈(轉(zhuǎn)子)在其內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)旋轉(zhuǎn)。要通過(guò)改變電壓來(lái)改變旋轉(zhuǎn)數(shù)。

BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體,通過(guò)改變周圍的線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。通過(guò)控制通向線圈的電流方向和大小來(lái)控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。

5BLDC電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

BLDC電機(jī)的定子上有三個(gè)線圈,每個(gè)線圈有兩根電線,電機(jī)中共有六根引出線。實(shí)際上,由于是內(nèi)部接線,通常只需要三根線,但還是比先前所說(shuō)的DC電機(jī)(有刷電機(jī))要多出一根。

純靠連接電池的正負(fù)極是不會(huì)動(dòng)的。至于如何運(yùn)行BLDC電機(jī)將在本系列的第二回中進(jìn)行說(shuō)明。此次我們要關(guān)注的是BLDC電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。

BLDC電機(jī)的第一個(gè)特點(diǎn)是“高效率”。可以控制它的回旋力(扭矩)始終保持最大值。DC電機(jī)(有刷電機(jī))的話,旋轉(zhuǎn)過(guò)程中最大扭矩只能保持一個(gè)瞬間,無(wú)法始終保持最大值。

若DC電機(jī)(有刷電機(jī))想要得到和BLDC電機(jī)一樣大的扭矩,只能加大它的磁鐵。這就是為什么小型BLDC電機(jī)也能發(fā)出強(qiáng)大力量的原因。

第二個(gè)特點(diǎn)是“良好的控制性”,與第一個(gè)有所關(guān)聯(lián)。BLDC電機(jī)可以絲毫不差的得到你所想要的扭矩、旋轉(zhuǎn)數(shù)等。BLDC電機(jī)可以精確地反饋目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩等。

通過(guò)精確的控制可以抑制電機(jī)的發(fā)熱和電力的消耗。若是電池驅(qū)動(dòng),則能通過(guò)周密的控制,延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)間。

除此之外還有耐用,電氣噪音小等特點(diǎn)。上述兩點(diǎn)是無(wú)電刷所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。而DC電機(jī)(有刷電機(jī))由于電刷和換向器之間的接觸,長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)有損耗。

接觸的部分還會(huì)產(chǎn)生火花。尤其是換向器的縫隙碰到電刷時(shí)會(huì)出現(xiàn)巨大的火花和噪音。若不希望使用過(guò)程中產(chǎn)生噪音,會(huì)考慮采用BLDC電機(jī)。

6BLDC電機(jī)適用于這些方面

高效率、多樣操控、壽命長(zhǎng)的BLDC電機(jī)一般會(huì)用在哪些地方呢?往往被用于能夠發(fā)揮其高效率、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),被連續(xù)使用的產(chǎn)品中。

例如:家電。人們很早就開(kāi)始使用洗衣機(jī)和空調(diào)了。最近電風(fēng)扇中也開(kāi)始采用BLDC電機(jī),并成功促使消耗電力大幅度下降。正是因?yàn)樾矢卟抛屜碾娏ο陆档摹?/p>

吸塵機(jī)中也采用了BLDC電機(jī)。在某個(gè)事例中,通過(guò)變更控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)數(shù)的大幅度上升。這個(gè)事例體現(xiàn)了BLDC電機(jī)的良好控制性。

作為重要存儲(chǔ)介質(zhì)的硬盤,其旋轉(zhuǎn)部分也采用了BLDC電機(jī)。由于它是需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī),因此耐用性很重要。當(dāng)然,它還有極力抑制電力消耗的用途。這里的高效率也和電力的低消耗有關(guān)。

7BLDC電機(jī)的用途還有很多

BLDC電機(jī)有望被應(yīng)用在更廣泛的領(lǐng)域中。BLDC電機(jī)將會(huì)在小型機(jī)器人,尤其是在制造以外的領(lǐng)域提供服務(wù)的“服務(wù)機(jī)器人”中得到廣泛應(yīng)用。

“定位對(duì)于機(jī)器人很重要,不是應(yīng)該使用隨電脈沖數(shù)運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)嗎?”或許會(huì)有人這么想。但是在力量控制方面,BLDC電機(jī)更合適。

另外,若采用步進(jìn)電機(jī),像機(jī)器人手腕這樣的構(gòu)造要固定在某個(gè)位置需要提供相當(dāng)大的電流。若是BLDC電機(jī),則能配合外力只提供所需的電力,從而抑制電力的消耗。

還可用于運(yùn)輸方面。一直以來(lái),老年人電動(dòng)車或高爾夫球車中大多采用簡(jiǎn)單的DC電機(jī),但最近都開(kāi)始采用具有良好控制性的高效率BLDC電機(jī)了。

可以通過(guò)細(xì)微的控制,延長(zhǎng)電池的持續(xù)時(shí)間。

BLDC電機(jī)還適用于無(wú)人機(jī)中。尤其是多軸機(jī)架的無(wú)人機(jī),由于它是通過(guò)改變螺旋槳的旋轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)控制飛行姿態(tài)的,因此能夠精密控制旋轉(zhuǎn)的BLDC電機(jī)很有優(yōu)勢(shì)。

怎么樣?BLDC電機(jī)是效率高、控制性良好、壽命長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)電機(jī)。但是,要想將BLDC電機(jī)的力量發(fā)揮到極致,則需要正確的控制。

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