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无刷直流电机详解

 

说到BLDC(无刷直流电机),第一印象是转速快、寿命长、价格贵,在不同的产品中,不同的产品应用用到的直流电机也不一样,有刷电机还是用的比较多的,无刷电机就适合一些高成本、高参数要求的产品。下面为大家详细的介绍下无刷直流电机

无刷直流电机也称为BLDC,直流电机的定子就是线圈,转子是永磁体。我们先从直流电机的工作原理来了解无刷直流电机。

直流电机结构

直流电机的线圈,它是由漆包线一圈一圈地绕在一起的,根据右手定则可以知道,当电流从线圈从下到下流过的时候,线线圈上的极为N,下面为S

然后再来一组线圈,电流继续通过,就会像有两个磁铁一样了,三组线圈就是一个简单的三相绕组了(微型直流电机大多都是用的三相绕组),加上一个永磁本的转子,这样就是一个简单的无刷直流电机了。

直流电机电流换向原理

我们知道有刷直流电机的电流换向是需要通过换向器和电刷来完成的,但是无刷直流电机是没有换向器和电刷的,那么它是如何进行换向的呢?这是因为有专门电路来控制直流电机来控制各线圈电流的流动方向,这个换向电路的主要部件是场效应晶体管,可以理解为开关,这个开关的开合是由单片机来控制的,所以无刷直流电机既能用直流电,又不用电刷,这一过程称为电子换向。

无刷直流电机的控制

相比起有刷直流电机,无刷直流电机的控制要复杂一些,控制直流电机的转动关键是要等转子到合适的角度时,要对通过线圈的电流换向,使线圈两端的磁极变化,对转子才会产生排斥或吸引力,转子才会转动到下一个阶段角度,而这个电流换向的时机就是关键了,也就是说要知道转子现在处于的位置。

这个使用到霍尔传感器了,在无刷直流电机内部就装有约3个霍尔传感器,霍尔传感器通过霍尔效应,可以检测出直流电机中的磁场强度变化,根据弗莱明左手定则,霍尔传感器所在的回路中,磁场会使带电的粒子运动产生偏转,产生电位差,这样就可以用电压计连接到霍尔传感器两边,检测出电压变化,从而检测出磁场强度变化了,也就能知道转子的位置了。

直流电机转动方向控制:这个与有刷直流电机一样,改变电流换向的次序就可以了。

控制直流电机的转速

一般采用PWM控制通过线圈电流的大小,无刷直流电机的转子是永磁体,受线圈的排斥力与吸引力转动,线圈通过的电流越大,磁力就越强,转子转的就越快。

总结,无刷直流电机有3个关键点,一是线圈绕组磁性变化的时机,它决定了转子的转动方向;二是霍尔传感器对永磁体转子位置的反馈;三是使用PWM可以控制转子的转动速度,即直流电机速度控制。