一文帶你讀懂什么是直流伺服電機

無刷直流伺服電機簡介

BLDC電機中的“BL”意為“無刷”，就是DC電機(有刷電機)中的“電刷”沒有了。

無刷直流電機(BLDC)以電子換向器取代了機械換向器，所以無刷直流電機既具有直流電機良好的調(diào)速性能等特點，又具有交流電機結構簡單、無換向火花、運行可靠和易于維護等優(yōu)點。

無刷直流電機主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無)組成。可見，它和直流電機有著很多共同點，定子和轉(zhuǎn)子的結構差不多(原來的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ?，繞組的連線也基本相同。但是，結構上它們有一個明顯的區(qū)別：無刷直流電機沒有直流電機中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。這樣，電機結構就相對簡單，降低了電機的制造和維護成本，但無刷直流電機不能自動換向(相)，犧牲的代價是電機控制器成本的提高(如同樣是三相直流電機，有刷直流電機的驅(qū)動橋需要 4 只功率管，而無刷直流電機的驅(qū)動橋則需要 6 只功率管)。

無刷直流伺服電機應用領域

應用領域一，辦公計算機外圍設備、電子數(shù)碼消費品領域。

這是無刷直流電機普及最廣、數(shù)量最大的領域。比如在生活中常見的打印機、傳真機、復印機、硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、電影攝影機、磁帶記錄儀等，在它們的主軸和附屬運動的帶動控制中，都有無刷直流電機的身影。

應用領域二，工業(yè)控制領域。

近些年，由于無刷直流電機大規(guī)模的研發(fā)和技術的逐漸成熟，其驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的分布范圍也隨之擴大，已逐步成為工業(yè)用電動機的發(fā)展主流。圍繞降低生產(chǎn)成本和提高運行效率而展開的研究與嘗試已取得顯著的效益，各大廠商也提供不同型號的電機以滿足不同驅(qū)動系統(tǒng)的需求。現(xiàn)階段在紡織、冶金、印刷、自動化生產(chǎn)流水線、數(shù)控機床等工業(yè)生產(chǎn)方面，無刷直流電機都有涉獵。

應用領域三，醫(yī)療設備領域。

在國外，對無刷直流電機的使用已經(jīng)較為普遍，可以用來驅(qū)動人工心臟中的小型血泵;在國內(nèi)，手術用高速器具的高速離心機、熱像儀和測溫儀的紅外激光調(diào)制器都使用了無刷直流電機。

應用領域四，汽車領域。

據(jù)分析在市面上，一般的家用轎車需要永磁電機 20-30 個，而每輛豪華轎車則需要59個之多，除了核心發(fā)動機外，在雨刷器、電動車門、汽車空調(diào)、電動車窗等部位都有電機的身影。隨著汽車工業(yè)向著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，所使用的電機也必須滿足高效率、低能耗的標準。而無刷直流電機的低噪聲、壽命長、無火花干擾、方便集中控制等優(yōu)點完全符合，隨著其調(diào)速技術的日益成熟，性價比會越來越高，它在汽車電機驅(qū)動的各個環(huán)節(jié)中的應用會更加廣泛。

應用領域五，家用電器領域。

“變頻”技術已非常普遍，作為中國家電的標志逐漸占據(jù)了大部分的消費市場，“直流變頻”受到生產(chǎn)廠商的青睞，已有逐漸替換掉“交流變頻”的轉(zhuǎn)變趨勢。這種轉(zhuǎn)變實質(zhì)上就是家電所用的電動機由感應電動機向無刷直流電機及其控制器的過渡，以達到節(jié)能環(huán)保、低噪智能、舒適性高的要求。無刷直流電機的發(fā)展方向與電力電子、傳感器、控制理論等技術的發(fā)展方向相同，它是多種技術相結合的產(chǎn)物，它的發(fā)展取決于與之相關的每一種技術的革新與進步。

無刷直流伺服電機有以下特點

無刷直流電機的外特性好，能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩，使得它可以提供大的起動轉(zhuǎn)矩;

無刷直流電機的速度范圍寬，任何速度下都可以全功率運行;

無刷直流電機的效率高、過載能力強，使得它在拖動系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn);

無刷直流電機的再生制動效果好，由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料，制動時電機可以進入發(fā)電機狀態(tài);

無刷直流電機的體積小，功率密度高;

無刷直流電機無機械換向器，采用全封閉式結構，可以防止塵土進入電機內(nèi)部，可靠性高;

無刷直流電機比異步電機的驅(qū)動控制簡單。

無刷直流伺服電機工作原理

無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產(chǎn)生不變的磁場，電機不能轉(zhuǎn)動起來，只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。

為了方便描述，電機定子的線圈中心抽頭接電機電源 POWER，各相的端點接功率管，位置傳感器導通時使功率管的 G極接 12V，功率管導通，對應的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，會依次導通，使得對應的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來，這就是無刷直流電機的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

無刷直流伺服電機的驅(qū)動方法

無刷直機電機的驅(qū)動方式按不同類別可分多種驅(qū)動方式，它們各有特點。

1.按驅(qū)動波形：方波驅(qū)動，這種驅(qū)動方式實現(xiàn)方便，易于實現(xiàn)電機無位置傳感器控制;

2.正弦驅(qū)動：這種驅(qū)動方式可以改善電機運行效果，使輸出力矩均勻，但實現(xiàn)過程相對復雜。同時，這種方法又有 SPWM 和 SVPWM(空間矢量 PWM)兩種方式，SVPWM的效果好于 SPWM。

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