[电机控制专用MCU] 直流无刷电机基础(一)

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 楼主| lc115647 发表于 2025-5-9 17:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

[i=s] 本帖最后由 lc115647 于 2025-5-10 13:59 编辑 [/i]<br /> <br />

[i=s] 本帖最后由 lc115647 于 2025-5-9 17:56 编辑 [/i]

一、什么是直流无刷电机

无刷直流电机(BLDC,Brushless DC Motor)是一种不使用电刷进行换向的直流电机,无刷指的即是无电刷。相比传统有刷电机,需要通过电子控制实现换向,无刷电机不需要使用电刷进行换向,从而消除了电刷的磨损问题,提高了电机的效率和寿命。

二、无刷电机的构成

直流无刷电机主要由以下部分组成:

定子:通常由硅钢片叠压而成,固定在电机外壳上,负责产生旋转磁场,可配置为单相、两相和三相,其中目前以三相居多。同时又有两种不同类型的定子绕组形式:梯形和正弦电机。以定子绕组中线圈的互连方式为依据来区分这两种电机,不同的连接方式会产生不同类型的反电动势。梯形电机具有梯形的反电动势, 正弦电机具有正弦形式的反电动势,其中反电动势为正弦的电机适合使用FOC控制,反电动势为梯形的电机适合方波控制

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转子:采用永磁体(钕铁硼、钐钴等高性能磁材)制成,不同的磁性材料产生的磁场密度不同,生成的扭矩也会不同

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位置传感器:霍尔传感器、光电编码器或旋转变压器等,目前从成本上考虑使用最多的为霍尔传感器,BLDC 电机的换向是以电子方式控制的。要使 BLDC 电机转动,必须按一定的顺序给定子绕组通电。为了确定按照通电顺序哪一个绕组将得 电,知道转子的位置很重要。转子的位置由定子中嵌入的霍尔效应传感器检测。多数BLDC电机在其非驱动端上的定子中嵌入了三个霍尔传感器。每当转子磁极经过霍尔传感器附近时,它们便会发出一 个高电平或低电平信号,表示北磁极或南磁极正经过该传感器。根据这三个霍尔传感器信号的组合,就能决定换向的精确顺序。

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电子换向器:由功率开关器件和控制器组成

三、BLDC与其他电机的比较

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四、 典型应用

  • 工业:CNC机床、机器人、泵类驱动
  • 消费电子:四轴飞行器、电动工具、电脑散热风扇
  • 汽车:电动汽车驱动、电动助力转向(EPS)
  • 家电:空调压缩机、洗衣机、吸尘器
  • 医疗:牙科设备、人工心脏泵

五、 总结

直流无刷电机(BLDC)凭借高效率、长寿命、精准控制等优势,正逐步替代传统有刷电机,成为现代电机驱动的主流选择。但其较高的成本和复杂的控制也使其更适用于对性能要求较高的场合。

未来,随着无传感器控制(Sensorless)SiC/GaN功率器件的发展,BLDC电机的性能和应用范围还将进一步扩大。

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