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直流无刷电机是什么?在机器人、电动汽车、航模无人机等方面有何

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想请大神帮我了解一下 无刷电机 电子物理果壳网 Shakspark 发表于 2012-07-18 22:40:30 几年前知道无刷电机这一词是从某模型论坛,后来发现台式电脑风扇用的大部分是这种无刷电机,从此对这种电机很感兴趣。也有些疑问,1无刷这个刷子指的是什么?(四驱车的

  想请大神帮我了解一下 无刷电机 电子物理果壳网 Shakspark 发表于 2012-07-18 22:40:30 几年前知道无刷电机这一词是从某模型论坛,后来发现台式电脑风扇用的大部分是这种无刷电机,从此对这种电机很感兴趣。也有些疑问,1·“无刷”这个刷子指的是什么?(四驱车的马达是吗) 2·在下不才,但觉得这种电机结构特殊应该有很广泛的用途,但在生活中并不是很常见,请问这种电机有何优点和缺点? 3·左右电机的功率大小和转速的因素…

  在这个转子内侧,有两个永久性磁铁,一个是N极,一个是S极。这种结构属于外转子型的无刷电机,即电机的转子在外面,而定子在内部。如下图所示:

  电机的定子结构是线圈,也就是电磁铁。定子在内部是固定不动的,那么,大家来想一下,如何才能让这个电机转起来呢?其实这个很容易想到,利用磁铁异性相吸的原理,如果我给定子线圈通电如下所示,会发生什么情况呢?

  很显然,外面的转子由于异性相吸的原理会逆时针转动,让自己的N极靠近定子电磁铁的S极,自己的S极靠近定子的N极。很简单吧。看他们慢慢的靠近了。

  如果两个磁极靠近了怎么办呢?还能继续转动吗?显然他们不想继续转动了。不过我们有办法。我们让下一个线圈通电,刚才这个线圈不通电,即上图中标B的线圈通电流。这样永磁铁就开始继续赶路追寻下一个目标了。如下图所示。

  这个过程就好比你拿了一个胡萝卜去勾引一头驴,你的胡萝卜和驴以同样的速度在运动,蠢驴永远也追不上胡萝卜,但是蠢驴终归是蠢驴,它会一直追下去。

  就这样,无刷电机就转起来了,这当然是无刷电机最简单、最基本的运行原理而已。它是有明显的缺点的,它转动的时候会抖动,一会快一会儿慢,就像这头奔跑的蠢驴一样,它看见胡萝卜就跑,看不见的时候就不想跑,快追上胡萝卜的时候跑得快,离胡萝卜远的时候跑的慢,怎么办呢?干脆在给这个驴后面放个鞭子,拿鞭子打它让他赶紧的跑。于是乎就有了这样的电机,如下图所示。

  在上图中,前面一个电磁铁线圈在勾引永磁铁,后面一个电磁铁线圈在推动永磁铁。就好像一头驴,前面有吃的东西,后面有鞭子,你说它跑还是不跑呢?这样这头蠢驴就开始卖力的马不停蹄的奔跑了。。有人说,哦,原来无刷电机这么简单啊?No,No,No,这里面的关键技术是你怎样让内部的定子线圈产生在合适的时间产生合适的电流?这简单吗?其实没有电力电子技术的支持一点也不简单啊。有同学又问了,定子线圈怎么知道什么时候通什么电流,怎么知道驴什么时候追上来了,什么时候移动胡萝卜?其实我们在无刷电机里面安装了霍尔传感器,霍尔传感器能够感受转子永磁铁的位置,也就是驴的位置,它能够及时的把驴的位置报告给定子线圈控制器,控制器根据这个信息来控制定子内部的线圈电流流向。就这样无刷电机就转起来了。我们可以看到,无刷电机的定子线圈内部的电流其实也在不停的改变方向,所以其实是交流电,但是我们说的是无刷直流电机啊,是的,我们用的是直流电源啊,直流电源通过无刷电机的驱动器变成了交流电,这个过程其实是无刷电机的比较核心的技术。普通直流电机线圈内部也是流通的交流电,但是普通电机是通过电刷和换向器的合作把直流电变成了交流电,电刷这个装置像一个刷子一样一直在摩擦,使得普通直流电机结构复杂,使用寿命不够长,而无刷电机用的是电力电子技术实现了电流的逆变(直流变交流),没有了电刷这个结构,所以叫做无刷电机。是一种技术的进步。上个图吓唬一下你们。

  怕不怕?不怕你给大家讲讲吧!我先讲到这里吧。至于无刷电机的特点和优点以及应用场合,其他人已经回答的比较好了,我就不说了。如果你对普通直流电机和交流电机也感兴趣的话可以参考:直流电机和交流电机的原理和区别是什么? - 詹姆斯艾伦的回答

  永磁同步电机的孪生兄弟,他哥哥三条腿一张嘴,他一条腿一张嘴,他还有个没有嘴巴的兄弟叫做步进电机。

  永磁同步电机是三相交流电驱动,无刷直流电机用的是脉冲直流或者正弦波控制,这两者都需要位置传感器回馈确定转子位置给出定子的励磁电流,步进电机没有位置传感器,依次导通定子各个线圈让转子按固定角度转动。

  无刷直流电机,英语缩写为BLDC(Brushless Direct Current motor)。电机的定子是线圈(绕组),转子是永磁体。根据转子的位置,利用单片机来控制每个线圈的磁极变化,从而使转子在磁极同极相斥,异极相吸的原理下转动。

  如下图。可以将线圈理解成长得像弹簧一样的东西。根据初中学过的右手法则可知,当电流从该线圈的上到下流过的时候,线圈上面的极性为N,下面的极性为S。

  现在再弄一根这样的线圈。然后摆弄一下位置。这样如果电流通过的话,就能像有两个电磁铁一样。

  无刷直流电机之所以既能用直流电,又不用电刷,是因为有个电路专门来控制它各线圈的电流流动方向。这个电流换向电路最主要的部件是FET(场效应晶体管,Field-Effect Transitor)。可以把FET看作是开关。下图简单地将FET标为F0~F5。FET的“开合”是由单片机控制的。

  FET的“开合”是由单片机控制的。最常用的电流换向顺序是six-step commutation。如下表。

  根据物理的常识,磁极同极相斥。以N极为例,永磁体转子在下图180°的角度范围内斥力最大。S极同理。

  由此叠加可得,永磁体转子受力最大的区域是紫色的区域。对照电流换向表,推出其它的5种情况如下图所示。

  然后加上永磁体转子,就能理解无刷直流电机的转子转动情况了。如下图,转子顺时针转动。

  上面说过,控制转子转动的关键是,等转子转到合适的角度时,对通过线圈的电流进行换向,从而使线圈端的磁极发生变化,对转子产生排斥力或者吸引力,令转子转动下一个阶段的角度。

  那这个电流换向的时机应该怎么把握呢?也就是说,我要怎么样知道现在转子转动到什么位置?

  这就需要用到霍尔传感器(Hall sensor)。在无刷直流电机的内部,都装有霍尔传感器,数量一般为3个。

  霍尔传感器通过霍尔效应(Hall effect),能检测出磁场强度的变化。根据高中物理所学的左手定则,在霍尔传感器所在的回路中,磁场使带电粒子的运动发生偏转,带电粒子“撞到”霍尔传感器的两边,产生电位差。这时就可以用电压计接到霍尔传感器的两边,检测出这种电压变化,从而检测出磁场强度的变化。原理如下图所示。

  根据HA,HB,HC是的上升沿,下降沿,可以知道转子所处位置的角度。比如,若HA是下降沿,我们能够知道转子处于180度~240度(电气角度)之间。使用3个霍尔传感器时,分辨率是60度的电气角度。

  在本答案中举例用电机中,电气角度等于机械角度。根据永磁体转子的磁极对数不同,电气角度和机械角度的比例也会不同。

  我们知道无刷直流电机的永磁体转子是受电磁铁(线圈)的排斥力和吸引力而转动的。所以线圈通的电流越大,磁力越强,转子转动得就越快。

  因为接的电源是直流的,所以我们通常用PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)来控制通过线圈电流的大小。PWM的简单原理如下。

  所以给无刷直流电机通电的时候,用单片机不断地控制FET的开合开合,能使线圈反复处于通电断电,通电断电的状态。通电时间长,线圈产生的电磁力就强,转子转动就快。

  还记得上面的six-step commutation电流换向次序表吗?根据电流换向次序表,再加上PWM控制电机转速的情况,可以得到U、V、W各相通电的状态如下图所示。

  等特点。随着电机技术、电力电子技术、数字控制技术、控制理论及传感器技术的发展与应用,无刷直流电机的一般控制技术已日趋成熟,相关生产制造工艺和通用技术也均规范化,并形成了

  等一系列标准。同时,其电机优化设计、节能型驱动、转矩波动抑制、无位置传感器控制、弱磁调速等技术难题均得到了很好的研究和解决。

  并将电枢绕组和永磁磁钢分别放在定子和转子侧,成为“倒装式直流电机”结构。为了实现对电机转速和转向的控制,无刷直流电机必须具有由转子位置传感器和逆变器等共同构成的换相装置,如图 所示。

  。对于常用的三相无刷直流电机,其电枢绕组可以 Y 联结或△联结,但考虑到系统的性能和成本,

  。绕组形式的不同将影响电机的反电动势波形,进而影响到电机的性能。一般来讲,整距集中绕组能得到较好的梯形反电动势波形,短距绕组则有利于削弱转矩波动。

  有三种典型形式:表面粘贴式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。永磁体材料主要有铝镍钴、铁氧体、钐钴和钕铁硼等,一些新的复合磁性材料也正逐渐被应用到无刷直流电机中来。

  的一种,其体积小、使用方便且价格低廉,在无刷直流电机控制系统中应用广泛。特殊的集成电路则可将 Hall 传感器等位置信号直接变成数字信号,便于无刷直流电机控制的数字化与智能化实现。

  无刷电机在生活中的应用还是很多的,只是你没看到,或者你看见了,但没认出来而已。

  ,随着汽车向节能和环保方向的快速发展,无刷直流电机在汽车中具有很好的应用前景。电机除了可作为汽车驱动的核心部件外,还可用在汽车空调、

  等驱动上。同时,在纯电动汽车、混合动力汽车等驱动中,无刷直流电机也得到了广泛应用。

  等,一般要求其具有良好的高速控制精度和动态响应能力,所以相应系统均通过闭环速度反馈进行控制,且大多采用先进控制算法。

  变频空调的兴起使得无刷直流电机在空调驱动中的市场份额正逐步提高。为了节约成本和提高变频空调压缩机控制系统的稳定性,

  ,实际证明采用无位置传感器控制后,不但系统体积得到减小,而且系统效率也得到了提高。盘式无刷直流电机(单定子或双定子结构)在VCD、DVD 等家用电器的主轴驱动中也应用广泛。

  器也正在逐步采用无刷直流电机代替先前使用较多的直流电机、单相异步电机和变压变频(VVVF)驱动式异步电机。

  计算机外围设备和办公自动化设备用电机,绝大部分为先进制造技术和新兴微电子技术相结合的

  高档精密电机,是技术密集化产品。在硬盘驱动器、光盘驱动器和软盘驱动器用的主轴电机,以及

  在传统的直流电机中,由于转子的转动,定子和转子之间需要由电刷传递电流。转子内部事实上是交流电。而由于这种电刷构造存在不便,存在环火、电机体积大等问题。

  为了解决这个问题,可以采用电力电子技术将定子侧的电流转换为交流,使其驱动转子转动。那么就可以取消电刷,而转子也可以不用再通过定子传递电流,而采用永磁体。

  1、无刷指的是没有碳刷,即换向器。有刷电机存在碳刷磨损而带来的维护问题(对于大型电机维护是一件费时费钱的事,尽量避免),所以无刷电机从理论上更进步。但无刷电机有技术层面的问题,比如晶闸管控制的稳定性和能效性。

  3、你这问题太笼统,电机有直流交流之分,有同步异步之别。简单来说(不严谨),电机体积越大,功率越大;相同电机,负载越大,转速越低。

  我来说个,直流无刷电机工作方式各位大神都已经说的差不多了。限制无刷电机的发展主要是电调需要检测到转子的角度 。现在感知转子角度的方式基本分为两种,有感和无感,有感就是一个霍尔传感器,无感就是电调反过来通过检测定子线圈的电势差来判断转子角度。其实现在这种技术已经很不错了,有感的无刷动力系统线性已经可以和有刷媲美了,无刷还稍差一点,不过相比有感他启动时更暴力(其实大概就是有一些停顿然后瞬间提速)。另外貌似有感系统不能做全防水,无感可以做。国内对于这些的研发应该算在国际前段了,不信去查查 好盈。

  2无刷一般是永磁电机,分为永磁同步和永磁直流电机,无刷就是没有刷子,这样就省去了电刷那一套东西,结构变得简单。对于电动车或者其他功率较大的电机来说,永磁电机较传统电励磁电机,功率密度大,省去了转子绕组的制作。缺点就是永磁体造价高,调速范围需要特殊控制方式,且相应电机结构也需做一定改变。

  3电机内部比较复杂,一般情况下不会像你所说的有线性的公式,不过一般判断的话,电机体积越大,功率越大,同样体积轴向长越长,转速较快,转矩较小。永磁体一般由于加工制作方面的考虑,多做成矩形,磁体越强,转矩可能越大。

  无刷电机主要指的是直流无刷电机 BLDC Motors。相较于传统的异步电机和Y机,最大的优点就是效率高。电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,也没有减速箱装置,能够消除多级减速损耗,节电率可达30%以上。无刷结构能够免除无线电干扰而且不产生火花,特别适合爆炸性场所。

  值得一提的是其控制技术。对于高速运转小力矩的直流无刷电机,控制技术容易达到因为转子本身惯性即可推动电机转动。但是对于低速大力矩电机,控制技术一直是世界难题。如果能够突破这一技术限制,加上最近铷铁永磁材料专利失效导致成本下降,低速大力矩的直流无刷电机将能被大量运用在陶瓷、采矿、塑料等等工业领域,为国家节省大量电力资源。

  普通有刷直流电机(如四驱车电力)原理是中学物理知识,题主可以查阅课本或者咨询物理老师。简单来说电刷的作用就是换相(还是换向?)来让电机的转子不停的转下去。但是这就带来了问题:电刷和转子之间是有直接的接触的,这样电刷和转子就很容易磨损,所以这种有刷电机的寿命很有限。

  无刷电机就是电机里面没有电刷,但是电流还是需要换相啊,于是就做个电路板(俗称电调),让这个电路板直接给电机输出按需要变换的电流,这样就没有了磨损的问题,所以无刷电机寿命很长。电机转速是由电调换相速度决定的,其他输出功率什么的就不动了。

  无刷电机用处非常广泛,现在满天飞的小无人机用的都是无刷电机(别说几百块的玩具)

  1 刷指电刷 2 优点:因为没有电刷 所以没有摩擦 不会产生电火花 更谈不上磨损 缺点:需要有感知磁极位置的装置 而现在这种装置不是很先进 阻碍其推广

  无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

  就像以前玩的四驱车,有刷电机的,玩个几回就得换刷,耐力不行,而且容易闷住,那时候某宝上还不敢买东西,想改造了,想想还是算了。

  
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