无刷直流电机

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电动机是一种能量转换装置，它将电能转换为机械能。因此，电动机的输入是电能，而电动机的输出是以轴旋转的形式存在的机械能。

根据电机运行所需的电能类型，电动机可分为两种类型，即交流电机和直流电机。

交流电机或交流电动机是一种将交流形式的电能转换为旋转机械能的电机。另一方面，将直流电能转换为旋转机械能的电动机称为直流电机或直流电动机。

交流和直流电机进一步分类如下：

交流电机：

• 感应电机（也称为异步电机）

• 同步电机

直流电机：

• 有刷直流电机

• 无刷直流电机

本文旨在解释无刷直流电机（BLDC 电机），包括其工作原理、类型、优点、缺点和应用。因此，让我们开始讨论无刷直流电机。

什么是无刷直流电机？

不使用碳刷进行换向的直流电机类型称为无刷直流电机。无刷直流电机也称为BLDC 电机或BL 电机。

无刷直流电机是一种电子换向直流电机。因此，有时无刷直流电机也称为EC 电机。BLDC 电机的突出特点是其高效率。这是因为无刷直流电机的转子由永磁体构成磁场系统，因此不需要任何电能。因此，无需换向器和电刷来与旋转部件建立连接。

无刷直流电机使用电子控制电路来确定转子位置，以代替换向器和电刷。

无刷直流电机的构造

与任何其他电动机类似，无刷直流电机也包括两个主要部件，即定子和转子。

在无刷直流电机的情况下，定子包含电枢绕组，而转子包含永磁体。这些电机使用电子换向系统将电能转换为机械能。因此，在无刷直流电机中，有刷直流电机中的机械换向器被电子开关电路取代。

在无刷直流电机中，磁场在编码器等换向装置触发的放大器的帮助下切换。

因此，无刷直流电机由带有永磁体的转子和带有电枢绕组的定子组成。定子电枢绕组由直流电源按顺序供电，以产生旋转磁场，该磁场与转子磁体相互作用并使其旋转。

在 BLDC 电机中，电子控制器使用编码器或霍尔效应传感器检测转子的位置，并相应地调节通过电枢绕组的电流。这使无刷直流电机能够平稳高效地运行。

无刷直流电机的其他主要部件包括转子轴、轴承、冷却系统等。因此，与普通有刷直流电机相比，无刷直流电机的整体结构更加复杂。

无刷直流电机的类型

基于不同参数对无刷直流电机进行分类如下：

基于设计的无刷直流电机类型

• 内转子无刷直流电机

• 外转子无刷直流电机

基于传感器的无刷直流电机类型

• 有传感器无刷直流电机

• 无传感器无刷直流电机

基于极数的无刷直流电机类型

• 单极无刷直流电机

• 多极无刷直流电机

基于电源类型的无刷直流电机类型

• 梯形波无刷直流电机

• 正弦波无刷直流电机

现在，让我们简要讨论每种类型的无刷直流电机。

内转子无刷直流电机

这种类型的 BLDC 电机包含一个转子，该转子带有位于定子内部的永磁体。在内转子无刷电机中，定子绕组安装在电机的外壳上。这种类型的无刷直流电机最适合需要高速的应用。

外转子无刷直流电机

外转子无刷直流电机包含一个转子，该转子带有位于定子外部的永磁体。因此，这种 BLDC 电机使用一个旋转外壳，该外壳可以围绕一个静止的内件旋转。这种类型的无刷直流电机适用于低速和高扭矩应用。

有传感器无刷直流电机

使用传感器收集与转子位置相关的数据的无刷直流电机类型称为有传感器无刷直流电机。这些电机在低速下工作效率很高，但在多尘和高温等恶劣环境中无法可靠地运行。因此，有传感器无刷直流电机最适合低速应用。

无传感器无刷直流电机

这种类型的无刷直流电机不使用传感器来提供转子位置数据，而是从定子绕组中产生的反电动势收集转子位置数据。这种类型的无刷直流电机适用于高速应用。此外，它们还可用于恶劣环境。

单极无刷直流电机

在这种类型的 BLDC 电机中，转子仅包含一对磁极，即一个北极和一个南极。单极 BLDC 电机可以在非常高的速度下运行。但是，在低速下，电机的性能会显着下降。因此，这种类型的 BLDC 电机也最适合高速应用。

多极无刷直流电机

这种类型的无刷直流电机在转子上有多对磁极。转子磁极数量的增加提供了更平稳的运行，但速度较低。因此，这种类型的无刷直流电机适用于高扭矩和低速应用。

梯形波无刷直流电机

这种类型的无刷直流电机使用具有梯形波形的电源信号。该电机的主要优点是它具有简单的换向方法。但是，在低速下，梯形信号会导致扭矩脉动效应，这使得电机的运行不太平稳。但是，在高速下，这种类型的无刷电机性能更好，因此适用于高速应用。

正弦波无刷直流电机

这种类型的无刷直流电机由具有正弦波形的信号供电。正弦波无刷直流电机在低速下运行平稳，但该电机的扭矩在高速下会降低。因此，这种类型的电机最适合低速应用。

无刷直流电机的优点

无刷直流 (BLDC) 电机的主要优点如下：

• 由于没有碳刷和机械换向器，无刷直流电机比有刷直流电机效率更高。

• 无刷直流电机的能量损耗较小。

• 无刷直流电机的磨损和撕裂较少，因此使用寿命更长。

• 无刷直流电机的维护成本低，因为不需要更换电刷。

• 无刷直流电机的运行无噪音和振动。

• 在扭矩、速度控制、功率输出等方面，无刷直流电机具有更好的性能。

• 无刷直流电机的电磁干扰较小。

• 无刷直流电机具有很高的动态响应。

无刷直流电机的缺点

无刷直流电机的主要缺点如下：

• 无刷直流电机的初始成本高于有刷直流电机。

• 它需要昂贵的电子控制器来换向电机。

• 无刷直流电机更容易过热。

• 它们需要高效且昂贵的冷却系统来确保可靠运行。

无刷直流电动机的应用

无刷直流电动机应用于多种场合。其中一些列于下方 -

• 无刷直流电动机用于电动汽车。

• 无刷直流电动机用于无人机、机器人以及许多其他机器人设备。

• 无刷直流电动机还用于多种医疗设备，例如输液泵、呼吸机等。

• 由于其安静高效的运行，无刷直流电动机还用于风扇和空调。

• 无刷直流电动机还用于多种电子设备，例如硬盘驱动器、CD/DVD 播放器、CPU 风扇等。

结论

总之，无刷直流电动机是一种高效的直流电动机类型，广泛应用于多种现代电子设备。然而，无刷电动机的结构更加复杂，这使得它们与有刷直流电动机相比相对昂贵。但这些电机需要较少的维护，从而降低了运营成本。BLDC 电动机相对于有刷直流电动机的优势使其能够应用于各种应用。