一文帶你讀懂什么是直流伺服電機(jī)

無刷直流伺服電機(jī)簡介

BLDC電機(jī)中的“BL”意為“無刷”，就是DC電機(jī)(有刷電機(jī))中的“電刷”沒有了。

無刷直流電機(jī)(BLDC)以電子換向器取代了機(jī)械換向器，所以無刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

無刷直流電機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無)組成。可見，它和直流電機(jī)有著很多共同點(diǎn)，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)差不多(原來的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ?，繞組的連線也基本相同。但是，結(jié)構(gòu)上它們有一個明顯的區(qū)別：無刷直流電機(jī)沒有直流電機(jī)中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。這樣，電機(jī)結(jié)構(gòu)就相對簡單，降低了電機(jī)的制造和維護(hù)成本，但無刷直流電機(jī)不能自動換向(相)，犧牲的代價(jià)是電機(jī)控制器成本的提高(如同樣是三相直流電機(jī)，有刷直流電機(jī)的驅(qū)動橋需要 4 只功率管，而無刷直流電機(jī)的驅(qū)動橋則需要 6 只功率管)。

無刷直流伺服電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)用領(lǐng)域一，辦公計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、電子數(shù)碼消費(fèi)品領(lǐng)域。

這是無刷直流電機(jī)普及最廣、數(shù)量最大的領(lǐng)域。比如在生活中常見的打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、電影攝影機(jī)、磁帶記錄儀等，在它們的主軸和附屬運(yùn)動的帶動控制中，都有無刷直流電機(jī)的身影。

應(yīng)用領(lǐng)域二，工業(yè)控制領(lǐng)域。

近些年，由于無刷直流電機(jī)大規(guī)模的研發(fā)和技術(shù)的逐漸成熟，其驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的分布范圍也隨之?dāng)U大，已逐步成為工業(yè)用電動機(jī)的發(fā)展主流。圍繞降低生產(chǎn)成本和提高運(yùn)行效率而展開的研究與嘗試已取得顯著的效益，各大廠商也提供不同型號的電機(jī)以滿足不同驅(qū)動系統(tǒng)的需求。現(xiàn)階段在紡織、冶金、印刷、自動化生產(chǎn)流水線、數(shù)控機(jī)床等工業(yè)生產(chǎn)方面，無刷直流電機(jī)都有涉獵。

應(yīng)用領(lǐng)域三，醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域。

在國外，對無刷直流電機(jī)的使用已經(jīng)較為普遍，可以用來驅(qū)動人工心臟中的小型血泵;在國內(nèi)，手術(shù)用高速器具的高速離心機(jī)、熱像儀和測溫儀的紅外激光調(diào)制器都使用了無刷直流電機(jī)。

應(yīng)用領(lǐng)域四，汽車領(lǐng)域。

據(jù)分析在市面上，一般的家用轎車需要永磁電機(jī) 20-30 個，而每輛豪華轎車則需要59個之多，除了核心發(fā)動機(jī)外，在雨刷器、電動車門、汽車空調(diào)、電動車窗等部位都有電機(jī)的身影。隨著汽車工業(yè)向著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，所使用的電機(jī)也必須滿足高效率、低能耗的標(biāo)準(zhǔn)。而無刷直流電機(jī)的低噪聲、壽命長、無火花干擾、方便集中控制等優(yōu)點(diǎn)完全符合，隨著其調(diào)速技術(shù)的日益成熟，性價(jià)比會越來越高，它在汽車電機(jī)驅(qū)動的各個環(huán)節(jié)中的應(yīng)用會更加廣泛。

應(yīng)用領(lǐng)域五，家用電器領(lǐng)域。

“變頻”技術(shù)已非常普遍，作為中國家電的標(biāo)志逐漸占據(jù)了大部分的消費(fèi)市場，“直流變頻”受到生產(chǎn)廠商的青睞，已有逐漸替換掉“交流變頻”的轉(zhuǎn)變趨勢。這種轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上就是家電所用的電動機(jī)由感應(yīng)電動機(jī)向無刷直流電機(jī)及其控制器的過渡，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保、低噪智能、舒適性高的要求。無刷直流電機(jī)的發(fā)展方向與電力電子、傳感器、控制理論等技術(shù)的發(fā)展方向相同，它是多種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的發(fā)展取決于與之相關(guān)的每一種技術(shù)的革新與進(jìn)步。

無刷直流伺服電機(jī)有以下特點(diǎn)

無刷直流電機(jī)的外特性好，能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩，使得它可以提供大的起動轉(zhuǎn)矩;

無刷直流電機(jī)的速度范圍寬，任何速度下都可以全功率運(yùn)行;

無刷直流電機(jī)的效率高、過載能力強(qiáng)，使得它在拖動系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn);

無刷直流電機(jī)的再生制動效果好，由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料，制動時電機(jī)可以進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài);

無刷直流電機(jī)的體積小，功率密度高;

無刷直流電機(jī)無機(jī)械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，可以防止塵土進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，可靠性高;

無刷直流電機(jī)比異步電機(jī)的驅(qū)動控制簡單。

無刷直流伺服電機(jī)工作原理

無刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動起來，只有實(shí)時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。

為了方便描述，電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源 POWER，各相的端點(diǎn)接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時使功率管的 G極接 12V，功率管導(dǎo)通，對應(yīng)的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，會依次導(dǎo)通，使得對應(yīng)的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來，這就是無刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

無刷直流伺服電機(jī)的驅(qū)動方法

無刷直機(jī)電機(jī)的驅(qū)動方式按不同類別可分多種驅(qū)動方式，它們各有特點(diǎn)。

1.按驅(qū)動波形：方波驅(qū)動，這種驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)方便，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)無位置傳感器控制;

2.正弦驅(qū)動：這種驅(qū)動方式可以改善電機(jī)運(yùn)行效果，使輸出力矩均勻，但實(shí)現(xiàn)過程相對復(fù)雜。同時，這種方法又有 SPWM 和 SVPWM(空間矢量 PWM)兩種方式，SVPWM的效果好于 SPWM。

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