372|0

2904

帖子

0

资源

纯净的硅(中级)

电动工具的挑战带来的变革,三相无刷直流电机诞生。 [复制链接]

在电动工具发展的前 100 年,设计和制造钻头、打磨机、磨床、螺丝刀、吹风机、锯等工具时,仅需一部电源、一台电机和一个开关/电位器。然而,在 20 世纪,高能量密度电池的出现改变了这一情况。此外,我们还看到了绿色能源解决方案的出现,以及将其融入所有设计形式中的趋势。

 我们所面临的挑战是如何继续使用电位计来控制工具的运转速度,而不必让高电流通过其电阻组件。正如我们稍后将看到的,这是一个相当简单的修复性举措。另一方面,事实证明电机是一个更具实质性且复杂的挑战。

在电动工具发展初期,所采用的电机要么是用于有绳工具的有刷通用 AC/DC 电机,要么是用于无绳工具的有刷直流电机,如下图所示。由于这两种电机本质的拓扑结构均为有刷电机,因此均通过碳刷将电流传递到铜质换向器,随后产生内部旋转磁场来获得运动。将电磁铁绕组与换向器一起放置于转子,永磁体放置在定子上,可以得到不断相互作用的两个磁场,从而实现我们所需要的运动。

 

 

不幸的是,这以电刷和换向器间的大量摩擦为代价。摩擦力相当剧烈,经过长时间的使用,电机会自行损坏;摩擦所产生的能量最终以热的形式被浪费。这部分能量的源头来自电源,却并没有产生任何有用功。据统计,围绕这种拓扑结构的系统效率低于 80%(在最佳情况下);这意味着电池内部 20% 的能量被用来产生热量。

当您尝试用电池供电的电钻打孔时,耗费 1/5 的电能来产生热量,听起来并不很吸引人。

鉴于以上所讨论的各种挑战,很明显,更换或拆卸电刷和换向器至关重要。如下图所示,这在三相 BLDC 电机拓扑结构中更为突出。BLDC 电机无需使用电刷或机械换向器就能为我们提供完全相同的旋转运动;与之相对,我们以电子方式产生旋转磁场。通过电子电路,我们可以创建两个相互作用的磁场以驱动电机运动。这样做的优点是消除了转子和定子组件间的摩擦,从而增加了可靠性与能效。

 

 

三相无刷直流电机的效率可高达 96%。这意味着我们的电池只会以热量的形式浪费 1/20 的电量。

 

如同所有设计一样,在采用 BLDC 电机时也存在一些挑战。有刷直流电机解决了使两个磁场对齐以获得最有效运动曲线的固有问题。当换向器序列的设计和放置方式使旋转磁场始终与永磁体的磁场保持一致时,便能实现这一目标。然而,由于 BLDC 电机不存在物理换向器,这一动作则通过换向逻辑顺序来完成。为达到前文提到的效率,我们必须使用如下图所示的控制电路,尽可能完美地对齐两个磁场。

 

 

此类复杂的电路可提取转子的位置,以电子方式对齐两个磁场。对于三相 BLDC 电机,此模块通常由微控制器和三相逆变器功率级组成,功率级采用霍尔传感器等传感器器件获取转子位置信息。添加此电路确实会占用一些空间并增加一定成本。但是,制造商注意到了摆脱束缚所带来的益处,而消费者也正对这类电机解决方案产生需求。因此,越来越多的电动工具设计基于三相 BLDC 电机的拓扑结构。

以上内容摘录自“谈谈无刷直流电机”喜欢的可以看原文了解一下啊,这篇文章给你不一样技术的视角。

 

此帖出自RF/无线论坛

回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

最新文章 更多>>
    关闭
    站长推荐上一条 1/5 下一条

    About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

    站点相关: 安防电子 汽车电子 手机便携 工业控制 家用电子 医疗电子 测试测量 网络通信 物联网

    北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

    电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
    快速回复 返回顶部 返回列表