直流无刷电机BLDC原理

⚫极对数:转子磁铁 NS 级的对数,此参数和电机旋转速度有关:电子速度 = 电机实际速度 * 极对数。
⚫ KV 值:电机的运转速度,值越大电机转速越大。电机转速 = KV 值 * 工作电压。同系列同外形尺寸的无刷电机,根据绕线匝数的多少,会表现出不同的 KV 特性。绕线匝数多的, KV 值低,最高输出电流小,扭力大;绕线匝数少的, KV 值高,最高输出电流大,扭力小;
⚫ 额定转速:额定的电流下的空载转速,通常单位用 RPM 表示;
⚫ 转矩:电机中转子产生的可以带动机械负载的驱动力矩。通常单位为:N.M;


一. 直流无刷电机简介

1.1 直流有刷/无刷的区别

无刷电机顾名思义就是没有电刷,电刷就是电源和磁体之间的连接装置,不动。正所谓刷,就是刷在磁体上一样,然后磁体滚动,电刷和磁体摩擦接触跟刷磁体一样。
既然没了电刷就是少了摩擦,那么损耗小,声音小了


区别

1.2 直流无刷电机分类

分类

外转子式

外转子式:外面壳子旋转, 磁体做成转子在外侧,缠绕漆包线的钉子在内侧。

内转子式

磁体转子在内侧,硅钢片定子在电机外侧


永磁同步电机

永磁同步电机(PMSM)该电机一般都配有高精度编码器,优点显著,精度高,效率高,运行可靠,损耗小,在精度要求较高的场合被广泛应用。适合高级控制方式——FOC。

二. 右手定则和左手定则

1. 左手定则

常用于有刷电机上判断磁体力的方向
四指指向电流方向,那么大拇指的方向就是导体受力方向。

2. 右手定则

比如无刷电机,为了改变磁体的极性,在铁棒上会缠绕电线圈
当用右手握住通电螺线管,让四指
指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的 N 极


右手螺旋判断SN极

磁场

三. 无刷电机

1. 基本原理

下面是3极对内转式无刷电机的剖面图:
通过改变ABC三对磁铁的极性,通过同极相斥和异极相斥的作用来使转子磁体旋转。
改变极性就是改变电流的在线圈中的流通方向。

三极对无刷电机

简化图

如AB导通,则通过平行四边形的用力分析。则如下图:
用力分析

各种通电情况

由于 BLDC 的运行方式为绕组两两导通,所以三相线圈的导通组合只有 6 种通电情况,根据合理的顺序依次切换通电顺序即可让转子跟着磁场转起来。
这种方式又叫6步控制法

2. 判断转子位置

上面说了BLDC(无刷电机)是通过绕组两两导通的6种方式来实现旋转的,什么时候同哪组即需要知道当前转子的位置,需要用到霍尔传感器
无刷电机依靠传感器提供转子位置信息进行驱动的方式我们称之为有感驱动方式


霍尔传感器

霍尔传感器

电角度 = 机械角度 * 极对数


霍尔信号判断位置

一般厂家都会给出一个霍尔传感器和绕组得电情况的对应关系表
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