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  • 无刷直流电机结构
    admin 2017-08-22 3177次

      1.分类:

      无刷直流电机(简称为BLDC电机)–尽管名谓“直流”–实际上它是一种三相交流同步电机:它的转子伴随旋转磁场运转,转子运动与定子绕组上施加的交流电压同步。这款电机被普遍称为“无刷直流电机”是因为在许多应用中,该电机可以替换有刷直流电机(有刷直流或整流子式电动机)。在有刷直流电机中,施加直流电压后,电机中的机械换向器(电刷)会产生一个速度受控的交流电。

      配合电子控制器的使用,电子控制换向取代电刷的功能将电源的直流电转换成交流电,从而使得BLDC电机与有刷直流电机性能相当,并且不使用寿命有限的电刷。因此BLDC电机也被称为EC(电子换向)电机,以将它与有刷的机械换向电机加以区分。另外一个经常使用的术语是PMSM,其中文全称是“永磁同步电机”。这样说是因为BLDC转子上用的是***磁钢,而其他同步电机是依靠转子上的励磁绕组外加电源而运转。也就是说,BLDC无需绕组通电,转子都会自动产生一个***磁场。通常PMSM和BLDC术语并列出现时,主要用于区分带有正弦感应电压(反电势)的PMSM电机和带梯形感应电压的BLDC电机(见下文)。今天多数的BLDC电机都是带有正弦反电势的,迅瑞生产的所有BLDC电机均属此类。

      2结构:

      大部分BLDC电机是“内转子电机”,定子带线圈,固定不动;转子是在转轴上安装永磁体,在定子内旋转。如果是“外转子电机”,则定子位于内侧,而转子包括一个在外部旋转的钟形壳体,磁体安装在壳体内。

      内转子电机的优势是转子惯量低,散热快。相反,如果使用外转子电机,由于转子壳体和磁体的存在,发热线圈与环境隔绝,散热慢。同时,由于具有很高的转子惯性扭矩并且转子壳体的平衡很难控制,外转子电机不适用于旋转速度很高的模式。

      因此,内转子电机在大多数工业应用中广泛使用。外转子电机在大批量生产应用中具有较大优势,因为这种模式可以降低生产成本。外转子电机可以更短,通常静态扭矩更低,而转矩更高–这是由于在相同的磁力中,它的转子直径更长。

      两种电机通常都设计成三相电机。不过,也有使用单相或两相的设计。在下文中将只分析三相BLDC电机,因为迅瑞只生产三相电机产品。

      内转子绕组和外转子绕组都是使用开槽绕组生产,绕组线缠绕在定子极靴上(铁芯),这样绕组的磁力线就可以流出并以确定的的形式集合。定子由薄的、可互相抵消的隔热金属板制作,这样可以让涡流的电流损失降至***低。

      对非常小的电机来说,内转子一个非常重要的特殊设计格式是无槽BLDC电机。它的定子只包括环形金属板,以及一个扁平、粘连或密封的绕组附着在内部。因为没有铁芯,电机的电感非常低,而且绕组的电流增长非常快。此外,铁损大幅减少,所以电机有一个更高的效率功率。在慢速运行中,缺少扭矩波动可以带来正面效应。与标准的BLDC电机不同,极靴的磁场没有增强,因此没有齿槽扭矩。电机的尺寸低于40毫米时这种设计类型就非常重要,因为它的功率密度比有槽电机大幅提升。这是由于在生产后,有槽电机中大部分绕组之间的定子都是空的。然而在无槽电机中,这个安装空间可以完全被铜绕组填满。电机的直径越小,无槽电机展现出来的优势就更大。

      3.换向装置

      块换向转子位置可以通过电机中的霍尔传感器轻松确定。电机转子上装有磁铁,以此来确定定子换向的时间点。这三个绕组对应三个霍尔传感器;它们的状态决定了绕组的连接方式。如果三个绕组数控切换,比如绕组中没有电流或全电流,即可称之为块换向。霍尔传感器和块换向组合从技术上来说是驱动BLDC电机的***简单方法。这种技术的劣势在于,由于切换过程不连续,定子磁场并非总是与转子磁场呈直角排列。这是由于定子磁场对齐角度一直保持在60°,而转子会持续转向下一个切换点。霍尔传感器的定位是确保中间的定子磁场与两个切换点保持垂直,从而导致了切换点上两个相角误差都是30°。其结果是扭矩降低13.4%(1-余弦[30°])。这样在块换向中,顶部有一个扭矩波动,是电机电动旋转频率的六倍。这会引发振动和噪音;低速下尤其如此,电机不会始终均匀地旋转。因此块换向不适用于电机必须(至少是间歇性)缓慢转动的情形(大约低于额定速度的10%)。平均而言,扭矩波动引发大约4.5%的扭矩损失,以及一个与热等效、***佳通电绕组相比相对恶化的效率因数。

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