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何謂BLDC電機?BLDC電機是如何旋轉的?

2018-06-19
關鍵詞: BLDC 電機

  何謂BLDC電機

  供給電力(電壓、電流)后,,能夠進行機械般的運動的就是電機。電機有各式各樣的種類,,而“BLDC電機”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,并期待它所帶來的低耗電量。

  電機是獲得能量設備的一種

  當工程師想利用電氣,、電子的機器在現(xiàn)實世界中做些什么時,,他們會思考怎樣才能將電信號變?yōu)椤傲Α保繉㈦娦盘栟D換為力的就是傳動器,,即電機,。可以將電機視作“將電氣轉換為機械的力的元件”,。

  最基本的電機是 “DC電機(有刷電機)”,。 在磁場中放置線圈,通過流動的電流,,線圈會被一側的磁極排斥,,同時被另一側磁極所吸引,在這種作用下不斷旋轉,。在旋轉過程中令通向線圈中的電流反向流動,,使其持續(xù)旋轉。電機中有個叫"換向器"的部分是靠"電刷"供電的,,"電刷"的位置在"轉向器"上方,,隨著旋轉不斷移動。通過改變電刷的位置,,可使電流方向發(fā)生變化,。換向器和電刷是DC電機的旋轉所不可或缺的結構(圖一)。

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  圖一:DC電機(有刷電機)的運轉示意圖,。

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

  活躍于多個領域的電機

  我們按電源種類和轉動原理對電機進行了分類(圖2)。讓我們來簡單看看各類電機的特點和用途吧,。

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  圖2:電機的主要類型

  構造簡單而又容易操控的DC電機(有刷電機)通常被用在家電產品的“光盤托盤的開閉”等用途上,。或用在汽車的“電動后視鏡的開閉,、方向控制”等用途上,。雖然它既廉價又能用在多個領域上,,但它也有缺陷,。由于換向器會和電刷接觸,它的壽命很短,,必須定期更換電刷或保修,。

  步進電機會隨著向其發(fā)出的電脈沖數(shù)旋轉。它的運動量取決于向其發(fā)出的電脈沖數(shù),因此適用于位置調整,。在家庭中通常被用于“傳真機和打印機的送紙”等,。由于傳真機的送紙步驟取決于規(guī)格(刻紋、細致度),,因此隨著電脈沖數(shù)旋轉的步進電機非常便于使用,。很容易解決信號一旦停止機器就會暫時停止的問題。

  旋轉數(shù)隨電源頻率變化的同步電機被用于“微波爐的旋轉桌”等用途上,。電機組里有齒輪減速器,,可以得到適合加熱食品的旋轉數(shù)。感應電機也受電源頻率的影響,,但頻率和旋轉數(shù)不一致,。以前這類AC電機被用在風扇或洗衣機上。

  由此可見,,各式各樣的電機活躍于多個領域,。其中,BLDC電機(無刷電機)具有怎樣的特點才會用途如此之廣呢,?

  BLDC電機是如何旋轉的

  BLDC電機中的“BL”意為“無刷”,,就是DC電機(有刷電機)中的“電刷”沒有了。電刷在DC電機(有刷電機)里扮演的角色是通過換向器向轉子里的線圈通電,。那么沒有電刷的BLDC電機是如何向轉子里的線圈通電的呢,?原來BLDC電動機電機采用永磁體來做轉子,轉子里是沒有線圈的,。由于轉子里沒有線圈,,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),。

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  圖3:BLDC電機的運轉示意圖,。BLDC電機將永磁體作為轉子。由于無需向轉子通電,,因此不需要電刷和換向器,。從外部對通向線圈的電進行控制。

  DC電機(有刷電機)中被固定的永磁體所制造出的磁場是不會動的,,通過控制線圈(轉子)在其內部產生的磁場來旋轉,。要通過改變電壓來改變旋轉數(shù)。BLDC電機的轉子是永磁體,,通過改變周圍的線圈所產生的磁場的方向使轉子旋轉,。通過控制通向線圈的電流方向和大小來控制轉子的旋轉。

  BLDC電機的優(yōu)點

  BLDC電機的定子上有三個線圈,,每個線圈有兩根電線,,電機中共有六根引出線,。實際上,由于是內部接線,,通常只需要三根線,,但還是比先前所說的DC電機(有刷電機)要多出一根。純靠連接電池的正負極是不會動的,。至于如何運行BLDC電機將在本系列的第二回中進行說明,。此次我們要關注的是BLDC電機的優(yōu)點。

  BLDC電機的第一個特點是“高效率”,??梢钥刂扑幕匦Γㄅぞ兀┦冀K保持最大值。DC電機(有刷電機)的話,,旋轉過程中最大扭矩只能保持一個瞬間,,無法始終保持最大值。若DC電機(有刷電機)想要得到和BLDC電機一樣大的扭矩,,只能加大它的磁鐵,。這就是為什么小型BLDC電機也能發(fā)出強大力量的原因。

  第二個特點是“良好的控制性”,,與第一個有所關聯(lián),。BLDC電機可以絲毫不差的得到你所想要的扭矩、旋轉數(shù)等,。BLDC電機可以精確地反饋目標旋轉數(shù),、扭矩等。通過精確的控制可以抑制電機的發(fā)熱和電力的消耗,。若是電池驅動,,則能通過周密的控制,延長驅動時間,。

  除此之外還有耐用,,電氣噪音小等特點。上述兩點是無電刷所帶來的優(yōu)勢,。而DC電機(有刷電機)由于電刷和換向器之間的接觸,,長時間使用會有損耗。接觸的部分還會產生火花,。尤其是換向器的縫隙碰到電刷時會出現(xiàn)巨大的火花和噪音,。若不希望使用過程中產生噪音,會考慮采用BLDC電機,。

  BLDC電機適用于這些方面

  高效率,、多樣操控、壽命長的BLDC電機一般會用在哪些地方呢,?往往被用于能夠發(fā)揮其高效率,、壽命長的特點,,被連續(xù)使用的產品中,。例如:家電,。人們很早就開始使用洗衣機和空調了。最近電風扇中也開始采用BLDC電機,,并成功促使消耗電力大幅度下降,。正是因為效率高才讓消耗電力下降的。

  吸塵機中也采用了BLDC電機,。在某個事例中,,通過變更控制系統(tǒng),實現(xiàn)了旋轉數(shù)的大幅度上升,。這個事例體現(xiàn)了BLDC電機的良好控制性,。

  作為重要存儲介質的硬盤,其旋轉部分也采用了BLDC電機,。由于它是需要長時間運轉的電機,,因此耐用性很重要。當然,,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。

  BLDC電機的用途還有很多

  BLDC電機有望被應用在更廣泛的領域中,。BLDC電機將會在小型機器人,,尤其是在制造以外的領域提供服務的“服務機器人”中得到廣泛應用?!岸ㄎ粚τ跈C器人很重要,,不是應該使用隨電脈沖數(shù)運行的步進電機嗎?”或許會有人這么想,。但是在力量控制方面,,BLDC電機更合適。另外,,若采用步進電機,,像機器人手腕這樣的構造要固定在某個位置需要提供相當大的電流。若是BLDC電機,,則能配合外力只提供所需的電力,,從而抑制電力的消耗。

  還可用于運輸方面,。一直以來,,老年人電動車或高爾夫球車中大多采用簡單的DC電機,但最近都開始采用具有良好控制性的高效率BLDC電機了,??梢酝ㄟ^細微的控制,,延長電池的持續(xù)時間。BLDC電機還適用于無人機中,。尤其是多軸機架的無人機,,由于它是通過改變螺旋槳的旋轉數(shù)來控制飛行姿態(tài)的,因此能夠精密控制旋轉的BLDC電機很有優(yōu)勢,。

  怎么樣,?BLDC電機是效率高、控制性良好,、壽命長的優(yōu)質電機,。但是,要想將BLDC電機的力量發(fā)揮到極致,,則需要正確的控制,。該如何操作呢?讓我們期待下一回吧,。


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