一文帶你讀懂什么是直流伺服電機

無刷直流伺服電機簡介

 BLDC電機中(zhong)的“BL”意為“無刷”，就是(shi)DC電機(有刷電機)中(zhong)的“電刷”沒有了。

無(wu)刷直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(BLDC)以(yi)電(dian)(dian)子換(huan)向(xiang)器取代了機(ji)(ji)械換(huan)向(xiang)器，所以(yi)無(wu)刷直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)既具(ju)有直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)良(liang)好(hao)的(de)調速性能等特點，又(you)具(ju)有交流(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)結構簡單、無(wu)換(huan)向(xiang)火花、運行可靠和易于維護等優點。

無(wu)(wu)刷(shua)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)主要(yao)由用(yong)永磁(ci)材料(liao)制(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)轉(zhuan)子(zi)、帶有(you)線(xian)圈繞組(zu)的(de)(de)定子(zi)和(he)位置傳感(gan)器(qi)(可有(you)可無(wu)(wu))組(zu)成(cheng)。可見(jian)，它(ta)和(he)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)有(you)著(zhu)很多共同點(dian)，定子(zi)和(he)轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)結構差不多(原來的(de)(de)定子(zi)變(bian)為轉(zhuan)子(zi)，轉(zhuan)子(zi)變(bian)為定子(zi))，繞組(zu)的(de)(de)連線(xian)也基本(ben)相同。但是，結構上它(ta)們有(you)一(yi)個明顯的(de)(de)區別：無(wu)(wu)刷(shua)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)沒(mei)有(you)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)換向(xiang)器(qi)和(he)電(dian)(dian)(dian)刷(shua)，取而(er)代之的(de)(de)是位置傳感(gan)器(qi)。這樣，電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)結構就(jiu)相對簡單，降(jiang)低(di)了(le)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)制(zhi)造(zao)(zao)和(he)維(wei)護成(cheng)本(ben)，但無(wu)(wu)刷(shua)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)不能自動(dong)換向(xiang)(相)，犧牲(sheng)的(de)(de)代價(jia)是電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)控制(zhi)器(qi)成(cheng)本(ben)的(de)(de)提高(gao)(如同樣是三(san)相直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)，有(you)刷(shua)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)驅動(dong)橋需要(yao) 4 只功率管，而(er)無(wu)(wu)刷(shua)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)驅動(dong)橋則需要(yao) 6 只功率管)。

無刷直流伺服電機應用領域

應用領域一，辦公(gong)計(ji)算機外圍設備、電子數碼消費品領域。

這是無刷直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)普(pu)及最(zui)廣、數量(liang)最(zui)大的(de)領(ling)域。比如在生活中(zhong)常見(jian)的(de)打印機(ji)、傳(chuan)真機(ji)、復印機(ji)、硬盤驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)、軟盤驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)、電(dian)影(ying)攝影(ying)機(ji)、磁(ci)帶(dai)記錄(lu)儀(yi)等，在它們(men)的(de)主軸和(he)附屬運動(dong)(dong)的(de)帶(dai)動(dong)(dong)控制中(zhong)，都有無刷直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)身影(ying)。

應用領(ling)域二，工業控制領(ling)域。

近些年，由于無(wu)刷直(zhi)流電機(ji)大(da)(da)規模的(de)(de)研發和(he)技術的(de)(de)逐(zhu)漸(jian)成(cheng)(cheng)熟，其驅(qu)動(dong)系(xi)(xi)統在(zai)工業(ye)(ye)生(sheng)(sheng)產(chan)中的(de)(de)分布范圍也(ye)隨之擴大(da)(da)，已逐(zhu)步(bu)成(cheng)(cheng)為工業(ye)(ye)用電動(dong)機(ji)的(de)(de)發展主(zhu)流。圍繞降(jiang)低(di)生(sheng)(sheng)產(chan)成(cheng)(cheng)本和(he)提(ti)高(gao)運行效率而展開的(de)(de)研究(jiu)與嘗試已取得(de)顯著的(de)(de)效益(yi)，各大(da)(da)廠商(shang)也(ye)提(ti)供不同型號的(de)(de)電機(ji)以滿足不同驅(qu)動(dong)系(xi)(xi)統的(de)(de)需求。現階段在(zai)紡織(zhi)、冶金、印(yin)刷、自動(dong)化生(sheng)(sheng)產(chan)流水線、數控(kong)機(ji)床等(deng)工業(ye)(ye)生(sheng)(sheng)產(chan)方面(mian)，無(wu)刷直(zhi)流電機(ji)都有涉獵。

 應用領(ling)(ling)域(yu)三，醫(yi)療設備領(ling)(ling)域(yu)。

在國外(wai)，對無(wu)刷(shua)直(zhi)流電(dian)機的使(shi)(shi)用(yong)已經較為普遍，可以用(yong)來驅動人工心臟中(zhong)的小型血泵;在國內(nei)，手術(shu)用(yong)高速(su)(su)器具的高速(su)(su)離心機、熱(re)像儀和測(ce)溫儀的紅外(wai)激(ji)光調制(zhi)器都使(shi)(shi)用(yong)了無(wu)刷(shua)直(zhi)流電(dian)機。

應用領(ling)域(yu)四(si)，汽車領(ling)域(yu)。

據分析在市(shi)面上，一般的(de)家用(yong)轎(jiao)車需要永磁電(dian)機(ji)(ji) 20-30 個，而每輛豪華(hua)轎(jiao)車則需要59個之多，除了核心發動(dong)(dong)機(ji)(ji)外，在雨刷(shua)器、電(dian)動(dong)(dong)車門(men)、汽車空調、電(dian)動(dong)(dong)車窗等部位都有電(dian)機(ji)(ji)的(de)身影。隨著(zhu)汽車工業向(xiang)著(zhu)節能環保的(de)方向(xiang)發展，所使用(yong)的(de)電(dian)機(ji)(ji)也必須滿(man)足(zu)高(gao)效率、低(di)能耗(hao)的(de)標(biao)準。而無刷(shua)直(zhi)流電(dian)機(ji)(ji)的(de)低(di)噪聲、壽命長、無火花(hua)干擾(rao)、方便集中(zhong)控制等優點完全符合，隨著(zhu)其(qi)調速技術的(de)日益(yi)成熟(shu)，性價比會(hui)(hui)越來越高(gao)，它在汽車電(dian)機(ji)(ji)驅動(dong)(dong)的(de)各個環節中(zhong)的(de)應用(yong)會(hui)(hui)更(geng)加廣泛。

應用領(ling)域五，家用電(dian)器領(ling)域。

“變頻”技術(shu)已(yi)非常普(pu)遍，作為中國(guo)家電(dian)(dian)的(de)(de)標志逐(zhu)漸占據了(le)大部分的(de)(de)消費市場，“直流(liu)(liu)(liu)變頻”受到生產廠商的(de)(de)青(qing)睞，已(yi)有(you)逐(zhu)漸替換掉(diao)“交流(liu)(liu)(liu)變頻”的(de)(de)轉變趨勢(shi)。這(zhe)種轉變實(shi)質上就(jiu)是家電(dian)(dian)所(suo)用的(de)(de)電(dian)(dian)動(dong)機由(you)感應(ying)電(dian)(dian)動(dong)機向無刷(shua)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機及(ji)其(qi)控制(zhi)器的(de)(de)過渡，以(yi)達到節能(neng)環(huan)保、低噪智(zhi)能(neng)、舒適性高的(de)(de)要求。無刷(shua)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機的(de)(de)發(fa)展(zhan)(zhan)方向與(yu)電(dian)(dian)力電(dian)(dian)子、傳(chuan)感器、控制(zhi)理(li)論(lun)等(deng)技術(shu)的(de)(de)發(fa)展(zhan)(zhan)方向相(xiang)同，它是多(duo)種技術(shu)相(xiang)結合的(de)(de)產物，它的(de)(de)發(fa)展(zhan)(zhan)取(qu)決于與(yu)之相(xiang)關的(de)(de)每(mei)一種技術(shu)的(de)(de)革新與(yu)進步(bu)。

無刷有以下特點

無刷直流(liu)電機的外特性好，能(neng)夠在低速下輸出大(da)轉矩(ju)，使(shi)得它(ta)可以提供大(da)的起動(dong)轉矩(ju);

無刷(shua)直流電(dian)機的速(su)度(du)范(fan)圍寬，任何速(su)度(du)下都可以全(quan)功率運行;

無刷直流電(dian)機(ji)的效率高、過載能力強，使得它在拖動(dong)系統中有出(chu)色(se)的表(biao)現;

無刷直流(liu)電機的(de)再(zai)生制動(dong)效(xiao)果(guo)好，由于它(ta)的(de)轉子是永磁材料，制動(dong)時電機可以(yi)進入(ru)發電機狀態(tai);

無刷直流電機的體積小，功(gong)率密度高;

無刷直(zhi)流電(dian)機無機械換(huan)向器，采(cai)用(yong)全封(feng)閉式結構，可以防止塵(chen)土進(jin)入電(dian)機內部，可靠(kao)性高;

無刷直(zhi)流電機比異步電機的驅動(dong)控制簡單。

無刷直流伺服電機工作原理

無刷直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)的定(ding)子(zi)(zi)是(shi)線圈繞組(zu)電(dian)(dian)樞，轉(zhuan)子(zi)(zi)是(shi)永(yong)磁體。如(ru)果只(zhi)給電(dian)(dian)機(ji)(ji)通(tong)以固(gu)定(ding)的直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)，則電(dian)(dian)機(ji)(ji)只(zhi)能產生(sheng)不(bu)變的磁場(chang)，電(dian)(dian)機(ji)(ji)不(bu)能轉(zhuan)動起來，只(zhi)有實時檢測電(dian)(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)的位置，再根(gen)據轉(zhuan)子(zi)(zi)的位置給電(dian)(dian)機(ji)(ji)的不(bu)同相通(tong)以對應的電(dian)(dian)流(liu)(liu)，使定(ding)子(zi)(zi)產生(sheng)方向(xiang)均勻變化(hua)的旋轉(zhuan)磁場(chang)，電(dian)(dian)機(ji)(ji)才可以跟著磁場(chang)轉(zhuan)動起來。

為了方(fang)便描述，電(dian)(dian)機(ji)定(ding)子(zi)(zi)的線(xian)圈中心(xin)抽頭接電(dian)(dian)機(ji)電(dian)(dian)源 POWER，各相(xiang)的端點(dian)接功(gong)(gong)率管，位置傳感器(qi)導通(tong)(tong)(tong)時使功(gong)(gong)率管的 G極接 12V，功(gong)(gong)率管導通(tong)(tong)(tong)，對應的相(xiang)線(xian)圈被通(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)。由于三(san)個位置傳感器(qi)隨著轉子(zi)(zi)的轉動，會依(yi)(yi)次導通(tong)(tong)(tong)，使得對應的相(xiang)線(xian)圈也(ye)(ye)依(yi)(yi)次通(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)，從而定(ding)子(zi)(zi)產生的磁(ci)(ci)場(chang)方(fang)向也(ye)(ye)不斷地(di)變化，電(dian)(dian)機(ji)轉子(zi)(zi)也(ye)(ye)跟著轉動起來(lai)，這就是無刷(shua)直流電(dian)(dian)機(ji)的基本轉動原(yuan)理——檢測轉子(zi)(zi)的位置，依(yi)(yi)次給各相(xiang)通(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)，使定(ding)子(zi)(zi)產生的磁(ci)(ci)場(chang)的方(fang)向連(lian)續(xu)均勻地(di)變化。

無刷的驅動方法

無(wu)刷直機(ji)電機(ji)的驅(qu)動方(fang)式按不(bu)同類別可分多種(zhong)驅(qu)動方(fang)式，它們(men)各有特點。

1.按驅動波形：方(fang)(fang)波驅動，這種驅動方(fang)(fang)式實現方(fang)(fang)便，易于(yu)實現電機無位置(zhi)傳感器控制;

2.正弦驅(qu)動(dong)：這種(zhong)驅(qu)動(dong)方(fang)式可以改(gai)善電機運(yun)行效果(guo)(guo)，使輸出(chu)力矩均勻，但(dan)實現過(guo)程相(xiang)對復雜。同時，這種(zhong)方(fang)法又有 SPWM 和 SVPWM(空(kong)間(jian)矢量 PWM)兩種(zhong)方(fang)式，SVPWM的效果(guo)(guo)好于 SPWM。

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