123,123

淺談?dòng)兴?、有感和無(wú)刷無(wú)感電機(jī)的使用心得
2022-06-16
無(wú)刷電機(jī) 無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能級(jí)的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。工作原理無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開(kāi)關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流（即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開(kāi)關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開(kāi)關(guān)電路提供。［2］位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類(lèi)型。采用磁敏式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返龋┭b在定子組件上，用來(lái)檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。采用光電式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇間生脈沖信號(hào)。采用電磁式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器、接近開(kāi)關(guān)、LC諧振電路等），當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化）。結(jié)構(gòu)解析結(jié)構(gòu)上，無(wú)刷電機(jī)和有刷電機(jī)有相似之處，也有轉(zhuǎn)子和定子，只不過(guò)和有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)相反；有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是線圈繞組，和動(dòng)力輸出軸相連，定子是永磁磁鋼；無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機(jī)用來(lái)交替變換電磁場(chǎng)的換向電刷，故稱(chēng)之為無(wú)刷電機(jī)（Brushless motor），那現(xiàn)在就有問(wèn)題了，沒(méi)有了電磁場(chǎng)的變換，如何讓無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)呢？簡(jiǎn)單而言，依靠改變輸入到無(wú)刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周?chē)纬梢粋€(gè)繞電機(jī)幾何軸心旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來(lái)了，電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān)，更與無(wú)刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系，因?yàn)檩斎氲氖侵绷麟?，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足模型使用需要。總的來(lái)說(shuō)，無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，真正決定其使用性能的還是無(wú)刷電子調(diào)速器，好的電子調(diào)速器需要有單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、復(fù)雜加工工藝等過(guò)程的總體控制，所以價(jià)格要比有刷電機(jī)高出很多。［1］相關(guān)對(duì)比有刷電機(jī)缺點(diǎn) （1）摩擦大，損耗大老模友們?cè)谝郧巴嬗兴㈦姍C(jī)的時(shí)候都碰到這個(gè)問(wèn)題，那就是使用電機(jī)一段時(shí)間以后，需要打開(kāi)電機(jī)來(lái)清理電機(jī)的碳刷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，維護(hù)強(qiáng)度不亞于來(lái)一次家庭大掃除。（2）發(fā)熱大，壽命短由于有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)原因，電刷和換向器的接觸電阻很大，造成電機(jī)整體電阻較大，容易發(fā)熱，而永磁體是熱敏元件，如果溫度太高的話，磁鋼是會(huì)退磁的，使電機(jī)性能下降，影響有刷電機(jī)的壽命。（3）效率低，輸出功率小上面說(shuō)到的有刷電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，很大程度是因?yàn)殡娏髯龉υ陔姍C(jī)內(nèi)部電阻上了，所以電能有很大程度轉(zhuǎn)化為了熱能，所以有刷電機(jī)的輸出功率不大，效率也不高。無(wú)刷電機(jī)優(yōu)點(diǎn) （1）無(wú)電刷、低干擾無(wú)刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒(méi)有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對(duì)遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。（2）噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會(huì)低許多，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個(gè)巨大的支持。（3）壽命長(zhǎng)，低維護(hù)成本少了電刷，無(wú)刷電機(jī)的磨損主要是在軸承上了，從機(jī)械角度看，無(wú)刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電動(dòng)機(jī)了，必要的時(shí)候，只需做一些除塵維護(hù)即可。上下一比較，就知道無(wú)刷電機(jī)相對(duì)于有刷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在哪里了，但是萬(wàn)事都不是絕對(duì)的，有刷電機(jī)低速扭力性能優(yōu)異、轉(zhuǎn)矩大等性能特點(diǎn)是無(wú)刷電機(jī)不可替代的，不過(guò)就無(wú)刷電機(jī)的使用方便性來(lái)看，隨著無(wú)刷控制器的成本下降趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)外無(wú)刷技術(shù)的發(fā)展與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，無(wú)刷動(dòng)力系統(tǒng)正在高速的發(fā)展與普及階段，這也極大促進(jìn)了模型運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。其他區(qū)別（1）適用范圍：無(wú)刷電機(jī)：通常被使用在控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備上，如航模，精密儀器儀表等對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制嚴(yán)格，轉(zhuǎn)速達(dá)到很高的設(shè)備上。碳刷電機(jī)：通常動(dòng)力設(shè)備使用的都是有刷電機(jī)，如吹風(fēng)機(jī)、工廠的電動(dòng)機(jī)、家用的抽油煙機(jī)等等，另外串激電機(jī)的轉(zhuǎn)速也能達(dá)到很高，但是由于碳刷的磨損，使用壽命不如無(wú)刷電機(jī)。（2）使用壽命：無(wú)刷電機(jī)：通常使用壽命在幾萬(wàn)小時(shí)這個(gè)數(shù)量級(jí)，但是由于軸承的不同無(wú)刷電機(jī)使用壽命也有很大不同。碳刷電機(jī)：通常有刷電機(jī)的連續(xù)工作壽命在幾百到1千多個(gè)小時(shí)，到達(dá)使用極限就需要更換碳刷，不然很容易造成軸承的磨損。（3）使用效果：無(wú)刷電機(jī)：通常是數(shù)字變頻控制，可控性強(qiáng)，從每分鐘幾轉(zhuǎn)，到每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)都可以很容易實(shí)現(xiàn)。碳刷電機(jī)：舊碳刷電機(jī)一般啟動(dòng)以后工作轉(zhuǎn)速恒定，調(diào)速不是很容易，串激電機(jī)也能達(dá)到20000轉(zhuǎn)/分，但是使用壽命會(huì)比較短。（4）節(jié)能方面：相對(duì)而言，無(wú)刷電機(jī)采用變頻技術(shù)控制的會(huì)比串激電機(jī)節(jié)能很多，最典型的就是變頻空調(diào)和冰箱。（5）日后維修方面：碳刷電機(jī)需要更換碳刷，如果更換不及時(shí)會(huì)造成電機(jī)的損壞，而無(wú)刷電機(jī)，使用壽命很長(zhǎng)，通常是有刷電機(jī)的10倍以上，但是壞了就需要更換電機(jī)，但日常維護(hù)基本不需要。（6）噪音方面與是否是有刷電機(jī)無(wú)關(guān)，主要是看軸承和電機(jī)內(nèi)部組件的配合情況。（7）模型無(wú)刷電機(jī)的參數(shù)指標(biāo)，除了外形尺寸（外徑、長(zhǎng)度、軸徑等）、重量、電壓范圍、空載電流、最大電流等參數(shù)外，還少不了一個(gè)重要指標(biāo)KV值，這個(gè)數(shù)值是無(wú)刷電機(jī)獨(dú)有的一個(gè)性能參數(shù)，是判斷無(wú)刷電機(jī)性能特點(diǎn)的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。一、有刷馬達(dá)的原理要講清這一問(wèn)題，那就應(yīng)粗略地了解一下有刷馬達(dá)的工作原理。接下來(lái)用一個(gè)三電極、二磁極內(nèi)轉(zhuǎn)子有刷馬達(dá)作為演示。二、無(wú)刷電機(jī)工作原理首先，無(wú)刷電機(jī)不是直流電機(jī)，模型雖然是直流電池供電，但通過(guò)無(wú)刷電調(diào)之后就轉(zhuǎn)變?yōu)榱巳嘟蛔冸娏鱾鬏數(shù)搅巳齻€(gè)極性上。通過(guò)下圖可以看出，無(wú)刷電機(jī)是沒(méi)有碳刷的，和有刷相反，無(wú)刷電機(jī)的磁鐵成了轉(zhuǎn)子~ 三、無(wú)刷電機(jī)的命名相對(duì)有刷電機(jī)，無(wú)刷電機(jī)的命名好理解很多，一般它由四個(gè)數(shù)字組成，例如2040無(wú)刷電機(jī)。這個(gè)數(shù)字僅代表電機(jī)的外形尺寸，2040表示直徑為20mm，長(zhǎng)度為40mm的電機(jī)。同理3650無(wú)刷電機(jī)表示此電機(jī)直徑36mm，長(zhǎng)度50mm。其實(shí)370有刷電機(jī)的大小和2530無(wú)刷電機(jī)一樣，540電機(jī)的大小和3650無(wú)刷電機(jī)一樣。四、無(wú)刷電機(jī)的特點(diǎn) 1、沒(méi)有碳刷，理論上轉(zhuǎn)子無(wú)需和外界有導(dǎo)體上的鏈接。 2、在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速是靠交流電的頻率決定的，所以頻率越高無(wú)刷電機(jī)可以轉(zhuǎn)得越快。 3、無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速是嚴(yán)格按照KV值設(shè)定的，1000KV表示每一福特電機(jī)轉(zhuǎn)速加快1000轉(zhuǎn)。所以電壓為5V時(shí)，1000kv的無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速5000rpm。 4、在運(yùn)行過(guò)程中，同樣轉(zhuǎn)速電機(jī)的扭力是靠電調(diào)輸出的電流強(qiáng)度決定的，電流越大扭力越大。（理想狀態(tài)下，我們“聰明”的無(wú)刷電調(diào)會(huì)不斷“監(jiān)測(cè)”我們的電機(jī)是否需要更大的扭力，同時(shí)也會(huì)保證扭力不過(guò)剩，以免浪費(fèi)表情）五、外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī) 上面無(wú)刷電機(jī)工作原理圖所示的是內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)，顧名思義，磁鐵在里邊。而外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)則相反，它的磁鐵“包”在外面。而A、B、C電極在里邊。這樣的設(shè)計(jì)可以讓電機(jī)的扭力更大，但轉(zhuǎn)速卻上不來(lái)。在模型中，一般外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)的KV值在2000以內(nèi)，而內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)則可以到8000-9000kv。因?yàn)檫@個(gè)原因，一般飛機(jī)上常見(jiàn)外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)，而模型車(chē)和模型船一般都使用內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)。六、有感無(wú)刷和無(wú)感無(wú)刷要說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題首先要弄懂感是感的啥~，有感無(wú)刷中的感是指“霍爾傳感器”，那么什么是“霍爾”呢？霍爾是指的霍爾效應(yīng)，這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。那么我們?yōu)槭裁匆袘?yīng)這玩意？要說(shuō)清這個(gè)問(wèn)題就必須從無(wú)感無(wú)刷的一個(gè)缺點(diǎn)說(shuō)起。剛才說(shuō)了無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速是靠交流電頻率決定的，那么電調(diào)要想方設(shè)法弄明白目前電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及當(dāng)前電機(jī)的狀態(tài)。其實(shí)這對(duì)已經(jīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)來(lái)說(shuō)很容易，但對(duì)于一個(gè)剛剛起步或者運(yùn)行速度很慢的電機(jī)來(lái)說(shuō)就顯得比較麻煩了（很難較準(zhǔn)確的測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)），所以無(wú)感無(wú)刷電機(jī)會(huì)在低速時(shí)線性不好甚至可能會(huì)顫抖，而起步的扭力也難以強(qiáng)過(guò)同等級(jí)有刷電機(jī)。但是人們發(fā)現(xiàn)無(wú)論什么運(yùn)行狀態(tài)的無(wú)刷電機(jī)，它的霍爾效應(yīng)都是明顯的，所以通過(guò)霍爾效應(yīng)電調(diào)可以很容易的知道無(wú)論高速還是低速電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而解決了無(wú)感無(wú)刷電機(jī)的毛?。〉湍壳皝?lái)看霍爾傳感器并不是廉價(jià)貨，所以有感無(wú)刷電機(jī)、電調(diào)的價(jià)格會(huì)比無(wú)感無(wú)刷貴上許多。七、常見(jiàn)模型用有刷、無(wú)感無(wú)刷、有感無(wú)刷電機(jī)對(duì)比有刷電機(jī)無(wú)感無(wú)刷有感無(wú)刷轉(zhuǎn)換效率：低高高電機(jī)輸出功率：低高高起步扭力：好一般好中高速扭力：一般好好低速線性：較好一般好中高速線性：好好好最高速度（一般540電機(jī)）：常見(jiàn)2萬(wàn)常見(jiàn)5萬(wàn)常見(jiàn)5萬(wàn) 易磨損程度：容易磨損不易磨損不易磨損電機(jī)價(jià)格（540級(jí)）中檔100RMB最低120RMB最低200RMB 電調(diào)價(jià)格（540級(jí)）中檔平均120左右最低200RMB最低300RMB 電機(jī) 電機(jī) +關(guān)注關(guān)注 127 文章 4642 瀏覽量 133989 無(wú)刷電機(jī) 無(wú)刷電機(jī) +關(guān)注關(guān)注 49 文章 407 瀏覽量 40184

相關(guān)行業(yè)新聞

版權(quán)所有 ? 常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司直流無(wú)刷電機(jī)|無(wú)刷直流電機(jī)|直流防爆電機(jī)|常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司|電動(dòng)平車(chē)電機(jī)|電動(dòng)船電機(jī)|直流減速電機(jī)

相關(guān)行業(yè)新聞

版權(quán)所有 ? 常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司 直流無(wú)刷電機(jī)|無(wú)刷直流電機(jī)|直流防爆電機(jī)|常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司|電動(dòng)平車(chē)電機(jī)|電動(dòng)船電機(jī)|直流減速電機(jī)

版權(quán)所有 ? 常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司直流無(wú)刷電機(jī)|無(wú)刷直流電機(jī)|直流防爆電機(jī)|常州永沛機(jī)電技術(shù)有限公司|電動(dòng)平車(chē)電機(jī)|電動(dòng)船電機(jī)|直流減速電機(jī)