一、無刷直流電機的結構
無刷直流電機主要由用永磁材料制造的轉子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器組成。
BLDC電機的定子結構與感應電機相似,它由堆疊的鋼疊片組成,并帶有軸向切槽以用于纏繞。BLDC中的繞組與傳統感應電機的繞組略有不同。
BLDC電機定子
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。
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。磁極的三種不同布置。
1.磁體放置在轉子的外周上。
2.稱為電磁嵌入式轉子,其中矩形永磁體嵌入轉子的鐵心中。
3.將磁體插入轉子的鐵芯中。
BLDC電機轉子
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,需順序地給定子繞組通電,并且需知道轉子的位置(即轉子的北極和南極)才能準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。
霍爾傳感器的輸出將是高電平還是低電平,這取決于轉子的北極是南極還是北極附近。通過組合三個傳感器的結果,可以確定通電的確切順序。
二、無刷直流電機的工作原理
無刷直流電機不使用電刷,無刷直流電機不利用換向器來調節線圈內部的電流,而是使用電子換向器來傳遞電流,該電流產生交流電信號,從而導致電機驅動。
無刷直流電機的工作原理與有刷直流電機相似。洛倫茲力定律指出,只要載流導體置于磁場中,它就會受到作用力。由于反作用力,磁體將承受相等且相反的力。當線圈中通過電流后,會產生磁場,該磁場被定子的磁極所驅動,同極性相互排斥,異極性相互吸引,如果持續改變線圈中電流的方向的話,那么轉子所感應出磁場的磁極也會持續發生變化,那么轉子就會在磁場的作用下一直轉動。
在BLDC電機中,載流導體(定子)是固定的,而永磁體(轉子)是運動的。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是常見的一種。
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