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电机原理与结构揭秘无处不在的无刷神器

导语:在电机控制领域,无刷电机是最为广泛应用的电机类型之一。让我们一起探索生活中无处不在的无刷电机!自19世纪初电磁现象被发现以来,随着工业化时代的到来,无刷电机逐渐成为了电子系统中的一个关键组成部分。工程技术人员不断发明各种类型的电机,如直流、感应和同步电机。

作为永磁同步电机会的一种,无刷电机拥有悠久的历史,但最初由于启动和变速困难,它仅限于具有昂贵控制设备的大型工业应用。在近年来的技术进步和人们对节能意识的提升下,无刷電機得到了飞速发展,其强大的永磁体改进了性能,使其变得更加可靠。

直流有刷与无刷之间差异

直流有刷電機(简称DC電機)因其高效率、高可控性以及易于小型化而成为常用之选。相比之下,无刷電機没有需要维护或更换的机械部件,因此它们更加耐用且噪音较低。此外,无刷電機结合了直流有 brushes 的精确控制能力,并且提供了更大的结构灵活性,使其能够轻松嵌入到各种设备中,这些优势使得无刷電機越来越多地用于工业自动化、办公自动化和家用产品等领域。

图1 直流有 brushes 和 无 brushes 电动机结构对比

虽然直流無brush 電動機與 永磁 同步 電動 機 (PMSM) 结构相同,但它既是一个独立的小家族,也是一个独特类型。如图所示,我们可以根据旋转方式将这些类别进行进一步分类。

图2 直流無brush 電動 機類別分組

如何使用無brush 电动 机会工作?

当無brush 电动 机会运行时,它们首先将永磁体设计为转子,而线圈则被设计为定子。然后,通过逆变器,将外部信号传递给线圈,以便根据转子的位置切换当前。这通常涉及检测转子的位置,然后基于该信息调整线圈产生的力矩,以实现精确控制。

三种主要方法用于检测轉子位置:一是通过测量感生到的变化来确定轉子的方向;二是使用霍尔传感器,三个传感器配合轉子的改变来确定轉子位置;三是通过感觉到傳感器上產生的變化來確定轉子位置,這是一種特殊稱為“弱場”操作下的選項。

图3 直流無brush 电动 机会如何運作?

這些設備可以通過兩種基本方法進行控制,以及一些複雜計算例如矢量調整或弱場調整法則。此外,一個簡單但有效的心波驅動技術也存在於其中,其中通過檢測轉子的角度來開啟或關閉線圈以實現旋轉,並將輸出設置為正弦波形以減少諧波干擾並提高效率。

圖4 無brush 直流電動 机会運行狀態

目前,這些設備已經廣泛應用於家庭用品、汽車電子、工業自動化系統以及辦公自動化等領域,並且隨著技術進步,它們未來仍將擁有一片廣闊發展前景。

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