無刷馬達(dá)（別稱：直流無刷電動(dòng)機(jī)，外文名：Brushless DC Motor，BLDC Motor），是一種使用電子換向技術(shù)取代傳統(tǒng)有刷電機(jī)中的機(jī)械換向器和碳刷的直流電機(jī)，屬于三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的范疇，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。無刷馬達(dá)具有低噪音、高能量效率和耐用性等顯著優(yōu)勢(shì)。
1845年英國(guó)物理學(xué)家惠斯頓申請(qǐng)線性馬達(dá)專利，經(jīng)過多位科學(xué)家的發(fā)明和改進(jìn)，1962年，直流無刷馬達(dá)借助霍爾元件問世，而后被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。無刷馬達(dá)主要由定子、轉(zhuǎn)子和位置傳感器加電子換相電路三部分組成，轉(zhuǎn)子為永磁體，電樞繞組分布在定子上，通過電子換相使定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)始終保持垂直，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
無刷馬達(dá)可以從電機(jī)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式、冷卻方式等方面進(jìn)行分類，相比于有刷馬達(dá)，無刷馬達(dá)具有無磨損、高效、控制靈活等優(yōu)勢(shì)，廣泛運(yùn)用于工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域。
研發(fā)歷程
1845年，英國(guó)物理學(xué)家惠斯頓申請(qǐng)了線性馬達(dá)的專利。1902年，瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應(yīng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)觀念，發(fā)明了同步馬達(dá)。1923年，蘇格蘭人James Weir French發(fā)明三相可變磁阻型步進(jìn)馬達(dá)。1962年，借助霍爾元件，實(shí)用的直流無刷馬達(dá)問世。之后，直流無刷馬達(dá)發(fā)展迅速，被廣泛地應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。
名稱釋義
無刷馬達(dá)是一種使用電子換向技術(shù)取代傳統(tǒng)有刷馬達(dá)中的機(jī)械換向器和碳刷的直流無刷馬達(dá)。
工作原理
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
無刷馬達(dá)主要由定子、轉(zhuǎn)子和位置傳感器加電子換相電路三部分組成。轉(zhuǎn)子為永磁磁鋼，電樞繞組分布在定子上，通過位置傳感器和電子開關(guān)電路（電子換相）使定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)始終保持垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
調(diào)速控制
無刷馬達(dá)調(diào)速和控制與直流電動(dòng)機(jī)一樣，當(dāng)U變化時(shí)即改變no，電動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，把檢測(cè)到的端電壓信號(hào)送到DSP，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，再與給定的轉(zhuǎn)速比較輸出pwm信號(hào)，控制開關(guān)管的通斷，從而控制電動(dòng)機(jī)電流 （電壓）大小，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，其調(diào)速原理是通過電子開關(guān)把交變的方波電流送入定子繞組，由開關(guān)頻率的變化引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。
霍爾電壓和磁通量密度以及霍爾電流成正比， 當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁軸與霍爾元件同軸時(shí)，磁通較小。為了維持固定的霍爾電壓，就必須增大霍爾電流。需要準(zhǔn)確算出定子激磁順序與時(shí)間。霍爾元件與直流馬達(dá)，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁軸與霍爾元件同軸時(shí)，霍爾元件和S極距離最短，由此磁通密度最高，此時(shí)造成霍爾元件A端子電壓較大，致使電晶體Q1導(dǎo)通，則線圈L1內(nèi)有i1電流流通，因此線圈L1呈激磁狀態(tài)，依據(jù)右手定則原理，線圈L1右側(cè)為S極，因此轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子S極遠(yuǎn)離霍爾元件時(shí)造成磁通密度降低， 因此A、B端再產(chǎn)生霍爾電壓電晶體Q1與Q2呈OFF狀態(tài)，轉(zhuǎn)子受到慣性的作用繼續(xù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子N極轉(zhuǎn)至霍爾元件時(shí)，就造成霍爾元件B端子電壓較大，使得電晶體Q2導(dǎo)通，則線圈L2內(nèi)有i2電流流通，由此線圈L2呈激磁態(tài)，轉(zhuǎn)子再受磁作用反轉(zhuǎn)，依照如此順序轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
運(yùn)轉(zhuǎn)特性
無刷馬達(dá)以自控式運(yùn)行，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)生震蕩和失步。這種穩(wěn)定性使其在工業(yè)自動(dòng)化、家用電器和無人機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其自控特性還能有效降低能耗并延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
控制器
無刷馬達(dá)控制器包括可以連接至外部無刷馬達(dá)的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的微控制器，以及可以連接至外部無刷馬達(dá)的多個(gè)繞組的多個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路。微處理器連接至多個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，微處理器適于根據(jù)外部無刷馬達(dá)的理想速度，輸出第一馬達(dá)控制訊號(hào)以及第二馬達(dá)控制訊號(hào)的其中之一者至多個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，以驅(qū)動(dòng)外部無刷馬達(dá)。第一以及第二馬達(dá)控制訊號(hào)具有不同的波形形狀。
產(chǎn)品分類
結(jié)構(gòu)劃分
無刷馬達(dá)按照電機(jī)結(jié)構(gòu)劃分為內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷馬達(dá)和外轉(zhuǎn)子無刷馬達(dá)。
相數(shù)劃分
無刷馬達(dá)按相數(shù)可劃分為三相無刷馬達(dá)和多相無刷馬達(dá)。
驅(qū)動(dòng)方式
無刷馬達(dá)按驅(qū)動(dòng)方式劃分方波驅(qū)動(dòng)無刷馬達(dá)和正弦波驅(qū)動(dòng)無刷馬達(dá)。
冷卻劃分
無刷馬達(dá)按冷卻方式劃分自然冷卻無刷馬達(dá)與強(qiáng)迫風(fēng)冷無刷馬達(dá)和液體冷卻無刷馬達(dá)。
編碼器劃分
無刷馬達(dá)按編碼器類型劃分無傳感器無刷馬達(dá)和有傳感器無刷馬達(dá)。
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
無刷馬達(dá)具有無磨損、高效、控制靈活等優(yōu)勢(shì)。無刷馬達(dá)沒有碳刷和機(jī)械換向器，避免因摩擦產(chǎn)生的損壞，從而提高了電機(jī)的使用壽命和可靠性。無刷馬達(dá)沒有電刷電阻的損耗，并且磁場(chǎng)控制更為精確，使得馬達(dá)效率高于有刷馬達(dá)。無刷馬達(dá)不用更換碳刷，可以降低維護(hù)成本和時(shí)間。無刷馬達(dá)在高速運(yùn)行時(shí)能保持較高效率和扭矩，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)領(lǐng)域。然后，無刷馬達(dá)可以通過電子換向器以實(shí)現(xiàn)精確的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制和寬范圍調(diào)速，適用于精密控制場(chǎng)合。最后，無刷馬達(dá)沒有機(jī)械換向器運(yùn)行時(shí)的摩擦和火花，運(yùn)行噪聲低。
應(yīng)用領(lǐng)域
無刷馬達(dá)因?yàn)榫哂袃?yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于各類需要精確控制、高效節(jié)能等領(lǐng)域。
產(chǎn)品區(qū)別
構(gòu)成不同
有刷馬達(dá)又稱直流電機(jī)或碳刷電機(jī)，它采用機(jī)械轉(zhuǎn)向，外部碰極不動(dòng)內(nèi)部線圈 (電樞) 動(dòng)，轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)子線圈一起旋轉(zhuǎn)，電刷和磁鐵都不動(dòng)。由轉(zhuǎn)向器和電刷摩擦，完成電流方向的切換，有刷馬達(dá)在機(jī)械換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，換向器和電刷摩擦產(chǎn)生電磁干擾，噪聲大，壽命短。
無刷馬達(dá)采用電子換向（霍爾傳感器），線圈（電樞）不打磁極動(dòng)，永磁鐵可以在線圈外部也可以在線圈內(nèi)部，于是有了外轉(zhuǎn)子無刷馬達(dá)和內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷馬達(dá)之分，無刷馬達(dá)構(gòu)造與永磁同步電機(jī)相同。
控制不同
有刷馬達(dá)通過調(diào)節(jié)電壓，串聯(lián)電阻，改變勵(lì)磁都可以調(diào)速，但是實(shí)際以調(diào)節(jié)電壓最為方便也最為常用，目前主要使用pwm調(diào)速。無刷馬達(dá)調(diào)速的時(shí)候表面上只控制了輸入電壓，但馬達(dá)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)（無刷馬達(dá)本身自帶轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器等轉(zhuǎn)子位置信號(hào)獲取裝置，使用此裝置的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來控制變壓變頻調(diào)速裝置的換相時(shí)刻）自動(dòng)根據(jù)變壓控制了頻率。
適用不同
無刷馬達(dá)經(jīng)常被使用在控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備上。有刷馬達(dá)一般用在通常動(dòng)力設(shè)備，如吹風(fēng)機(jī)，家用的抽油煙機(jī)。
參考資料 >
【無刷電機(jī)】含義、原理、優(yōu)勢(shì)，什么產(chǎn)品需要用到無刷電機(jī) .weixin.2025-03-04