無刷直流電機

---

電動機是一種能量轉換裝置，它將電能轉換為機械能。因此，電動機的輸入是電能，而電動機的輸出是以軸旋轉的形式存在的機械能。

根據電機執行所需的電能型別，電動機可分為兩種型別，即交流電機和直流電機。

交流電機或交流電動機是一種將交流形式的電能轉換為旋轉機械能的電機。另一方面，將直流電能轉換為旋轉機械能的電動機稱為直流電機或直流電動機。

交流和直流電機進一步分類如下：

交流電機：

• 感應電機（也稱為非同步電機）

• 同步電機

直流電機：

• 有刷直流電機

• 無刷直流電機

本文旨在解釋無刷直流電機（BLDC 電機），包括其工作原理、型別、優點、缺點和應用。因此，讓我們開始討論無刷直流電機。

什麼是無刷直流電機？

不使用碳刷進行換向的直流電機型別稱為無刷直流電機。無刷直流電機也稱為BLDC 電機或BL 電機。

無刷直流電機是一種電子換向直流電機。因此，有時無刷直流電機也稱為EC 電機。BLDC 電機的突出特點是其高效率。這是因為無刷直流電機的轉子由永磁體構成磁場系統，因此不需要任何電能。因此，無需換向器和電刷來與旋轉部件建立連線。

無刷直流電機使用電子控制電路來確定轉子位置，以代替換向器和電刷。

無刷直流電機的構造

與任何其他電動機類似，無刷直流電機也包括兩個主要部件，即定子和轉子。

在無刷直流電機的情況下，定子包含電樞繞組，而轉子包含永磁體。這些電機使用電子換向系統將電能轉換為機械能。因此，在無刷直流電機中，有刷直流電機中的機械換向器被電子開關電路取代。

在無刷直流電機中，磁場在編碼器等換向裝置觸發的放大器的幫助下切換。

因此，無刷直流電機由帶有永磁體的轉子和帶有電樞繞組的定子組成。定子電樞繞組由直流電源按順序供電，以產生旋轉磁場，該磁場與轉子磁體相互作用並使其旋轉。

在 BLDC 電機中，電子控制器使用編碼器或霍爾效應感測器檢測轉子的位置，並相應地調節透過電樞繞組的電流。這使無刷直流電機能夠平穩高效地執行。

無刷直流電機的其他主要部件包括轉子軸、軸承、冷卻系統等。因此，與普通有刷直流電機相比，無刷直流電機的整體結構更加複雜。

無刷直流電機的型別

基於不同引數對無刷直流電機進行分類如下：

基於設計的無刷直流電機型別

• 內轉子無刷直流電機

• 外轉子無刷直流電機

基於感測器的無刷直流電機型別

• 有感測器無刷直流電機

• 無感測器無刷直流電機

基於極數的無刷直流電機型別

• 單極無刷直流電機

• 多極無刷直流電機

基於電源型別的無刷直流電機型別

• 梯形波無刷直流電機

• 正弦波無刷直流電機

現在，讓我們簡要討論每種型別的無刷直流電機。

內轉子無刷直流電機

這種型別的 BLDC 電機包含一個轉子，該轉子帶有位於定子內部的永磁體。在內轉子無刷電機中，定子繞組安裝在電機的外殼上。這種型別的無刷直流電機最適合需要高速的應用。

外轉子無刷直流電機

外轉子無刷直流電機包含一個轉子，該轉子帶有位於定子外部的永磁體。因此，這種 BLDC 電機使用一個旋轉外殼，該外殼可以圍繞一個靜止的內件旋轉。這種型別的無刷直流電機適用於低速和高扭矩應用。

有感測器無刷直流電機

使用感測器收集與轉子位置相關的資料的無刷直流電機型別稱為有感測器無刷直流電機。這些電機在低速下工作效率很高，但在多塵和高溫等惡劣環境中無法可靠地執行。因此，有感測器無刷直流電機最適合低速應用。

無感測器無刷直流電機

這種型別的無刷直流電機不使用感測器來提供轉子位置資料，而是從定子繞組中產生的反電動勢收集轉子位置資料。這種型別的無刷直流電機適用於高速應用。此外，它們還可用於惡劣環境。

單極無刷直流電機

在這種型別的 BLDC 電機中，轉子僅包含一對磁極，即一個北極和一個南極。單極 BLDC 電機可以在非常高的速度下執行。但是，在低速下，電機的效能會顯著下降。因此，這種型別的 BLDC 電機也最適合高速應用。

多極無刷直流電機

這種型別的無刷直流電機在轉子上有多對磁極。轉子磁極數量的增加提供了更平穩的執行，但速度較低。因此，這種型別的無刷直流電機適用於高扭矩和低速應用。

梯形波無刷直流電機

這種型別的無刷直流電機使用具有梯形波形的電源訊號。該電機的主要優點是它具有簡單的換向方法。但是，在低速下，梯形訊號會導致扭矩脈動效應，這使得電機的執行不太平穩。但是，在高速下，這種型別的無刷電機效能更好，因此適用於高速應用。

正弦波無刷直流電機

這種型別的無刷直流電機由具有正弦波形的訊號供電。正弦波無刷直流電機在低速下執行平穩，但該電機的扭矩在高速下會降低。因此，這種型別的電機最適合低速應用。

無刷直流電機的優點

無刷直流 (BLDC) 電機的主要優點如下：

• 由於沒有碳刷和機械換向器，無刷直流電機比有刷直流電機效率更高。

• 無刷直流電機的能量損耗較小。

• 無刷直流電機的磨損和撕裂較少，因此使用壽命更長。

• 無刷直流電機的維護成本低，因為不需要更換電刷。

• 無刷直流電機的執行無噪音和振動。

• 在扭矩、速度控制、功率輸出等方面，無刷直流電機具有更好的效能。

• 無刷直流電機的電磁干擾較小。

• 無刷直流電機具有很高的動態響應。

無刷直流電機的缺點

無刷直流電機的主要缺點如下：

• 無刷直流電機的初始成本高於有刷直流電機。

• 它需要昂貴的電子控制器來換向電機。

• 無刷直流電機更容易過熱。

• 它們需要高效且昂貴的冷卻系統來確保可靠執行。

無刷直流電動機的應用

無刷直流電動機應用於多種場合。其中一些列於下方 -

• 無刷直流電動機用於電動汽車。

• 無刷直流電動機用於無人機、機器人以及許多其他機器人裝置。

• 無刷直流電動機還用於多種醫療裝置，例如輸液泵、呼吸機等。

• 由於其安靜高效的執行，無刷直流電動機還用於風扇和空調。

• 無刷直流電動機還用於多種電子裝置，例如硬碟驅動器、CD/DVD 播放器、CPU 風扇等。

結論

總之，無刷直流電動機是一種高效的直流電動機型別，廣泛應用於多種現代電子裝置。然而，無刷電動機的結構更加複雜，這使得它們與有刷直流電動機相比相對昂貴。但這些電機需要較少的維護，從而降低了運營成本。BLDC 電動機相對於有刷直流電動機的優勢使其能夠應用於各種應用。