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无刷直流电动机的应用

2019-08-04 16:07:33
作者:美高梅正规网址
导读:
直流无刷电机是汽车净化器中常用的驱动离心叶片排放污染空气的电机。电机本体根据电机电路方案确定,常用的两相桥式整流驱动电路。定子内绕组容易缠绕在铁心齿上 [...]

  1.在汽车上的应用

  目前,汽车用无刷直流电动机主要用于车轮驱动、空调压缩机、空调风机、净化器、排气机等。

  1.1汽车净化器用直流无刷电机

  直流无刷电机是汽车净化器中常用的驱动离心叶片排放污染空气的电机。电机本体根据电机电路方案确定,常用的两相桥式整流驱动电路。定子内绕组容易缠绕在铁心齿上。电机采用外转子结构,定子和定子绕组置于转子内部。换向驱动电路采用专用集成电路(ASIC),电路简单,具有控制和保护功能。

无刷直流电动机的应用
无刷直流电动机的应用

  1.2汽车空调用直流无刷电机

  汽车空调用低压大电流无刷直流电动机的研制,可以解决原无刷直流电动机噪声大、寿命短、维护困难等缺点,提高电动机的运行性能。其额定电压为12V,由于其结构的限制,使得无刷直流电机的设计更加困难。定子冲头为12槽结构,由于它是一种低电压大电流的方式,为了保证电流密度不收敛得太高,采用双线并联绕组来减小线径;转子为表面永磁贴四极结构,且e永磁体是一种稀土永磁材料NdFeB。由于钕铁硼具有较高的剩磁和矫顽力,因此磁化方向较短。因此,永磁体采用径向瓦型。霍尔元件被选作位置传感器。安装在电机端盖内表面,位置传感器的磁场为轴向磁场。

  1.3汽车驱动用直流无刷电机

  目前,汽车行驶用电动机的类型大致可分为四类:直流电动机、交流电动机、无刷直流电动机、磁阻电动机等。实践证明,无刷直流电动机具有明显的优越性。电动汽车的四个轮子是由四个独立的轮子马达直接驱动的。换流器用于电子换向,机械换向器和电刷被淘汰。这种结构便于高速运转,更换轮胎时不影响机体。采用外转子电机直接取消齿轮和驱动是世界先进的方案。然而,由于外转子电机的设计直接关系到车辆的车轮结构设计,许多厂家在国内外开发样车成本低、时间紧的情况下,基本上都选择了内转子无刷直流电机。另外,圆盘永磁无刷直流电机在低速时具有高转矩,可以在电动汽车上赢得前轮或后轮,从而消除了机械传动装置。具有轴向结构紧凑、安装方便、噪音低、运行可靠、无级调速等特点。气隙磁场为轴向磁场,定子绕组由径向导体组成,转子以N、S扇形永磁体的形式交替安装在盘轭上。

  2.在电动自行车中的应用

  在电动自行车上应用的无刷直流电动机通常制成盘式电动机,安装在车轮的轮毂内,轮毂由辐条与车圈连接,直接带动车轮转动。定子是由定子铁心,电枢绕组及其引出线,传感元件及其引出线,定子支架,轴等部分组成。定子铁心一般做成多对极多个槽数,以满足大力矩、低转速的要求。定子绕组的形式和多相的永磁同步电动机类似,它在实现能量转换过程中起着重要的作用。绕组相数多取三相,并采用Y型连接,三相绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接,即为三相半控驱动方式。另一类广泛用于电动自行车的是外转子永磁无刷直流电动机,目前圈内研制出的外转子永磁无刷直流电动机大多采用多极多槽、扁平结构。无刷直流电动机应用于电动自行车,与有刷直流电动机相比具有以下优势:(1)寿命长、免维护、可靠性高。在有刷直流电动机中,电刷和换向器磨损较快,一般工作1 000小时左右就需要更换电刷。另外其减速齿轮箱的技术难度较大,特别是传动齿轮的润滑问题,是目前有刷方案中比较大的难题。所以有刷电机就存在噪声大、效率低、易产生故障等问题。(2)效率高、节能。一般而言,因无刷直流电动机没有机械换向的磨擦损耗及齿轮箱的消耗,以及调速电路损耗,效率通常可高于85%,但考虑到实际设计中的最高性价比,为减少材料消耗,一般设计为76%,而有刷直流电动机的效率由于齿轮箱和超越离合器的消耗,通常在70%左右。因此无刷直流电动机的优势很明显。

  3.电起动摩托车的应用

  目前,电起动摩托车的起动电机和磁电机是两个独立的电机。起动电机是一种工作转速高的永磁直流电机,需要通过减速机构和超越离合器与发动机曲轴连接。电磁电机的E轮永磁转子直接与发动机曲轴连接,起到发电和为发动机点火系统提供点火触发信号的作用。采用两台电机时,发动机结构复杂,超越离合器打滑会严重影响摩托车的起动特性。起动电机通过电刷改变方向,造成电刷磨损严重,需要经常维护。直流无刷启动磁电机是直流无刷启动电机和磁电机的组合。启动电机采用电子换向技术。省去了减速机构和超越级外装置,有效简化了发动机结构,提高了运行可靠性。它将成为未来发展的主流。直流无刷启动磁电机组由内定子和飞轮永磁外转子组成。飞轮永磁外转子与发动机曲轴固定。飞轮内腔均匀粘贴六块N、S极钕铁硼磁砖,可在较高温度下工作。三块弧形钕铁硼永磁体作为位置传感器均匀地贴在飞轮的端面上,从端面起,退偏均匀地为N极。飞轮周围有一个凸面平台。飞轮的小凸面相对于触发器上的凸面铁平台每转动一周扫一次,使触发器内永磁电路的磁通量变化,在触发器内线圈中感应到交变电位,此交变电位被用作继电器。发动机点火系统的IGGER信号。电机定子铁心采用0.35ram冷轧硅钢片叠层铆接而成。用电镀塑料绝缘后,将Y型直流无极II起动电机的三相绕组和单相发电绕组绕制起来。电机法兰座浸干后用螺钉固定。底座上还安装了电弧印刷电路板,三个开关霍尔元件焊接成位置传感器。无刷直流起动磁电机的Y接三相绕组与三相半桥驱动电路相连。通过对位置传感器上三个开关霍尔元件的位置信号进行处理和控制,实现对三相半桥驱动电路的通断。实现了直流无刷启动磁电机电子换向在家用电器中的应用。近年来,几种永磁无刷直流电动机在变频空调中得到了广泛的应用。无论是压缩机驱动,还是在风机、加湿器、无刷直流电机驱动方式都逐渐被采用。由于环境恶劣,采用无刷直流电机(无位置传感器,可直接从电机的三条驱动线路获得转子位置信号驱动和控制,采用微处理器产生电网触发信号)可以提高机械可靠性,也可以提高电机的可靠性。降低成本。此外,在新一代热水器、真空吸尘器、洗衣机、电风扇、搅拌机中,采用无刷直流电机可以实现多功能的自动运行,提高了家电产品的自动化程度和效率。总之,该领域的市场需求潜力巨大。无刷电动机往往取代家用电器中的交流电动机。

  4.在工业自动化设备领域的应用

  如工业缝纫机用无刷直流电动机,其优点为可以实现正反转.快速启动与制动,定位精度高,过载能力大,振动低,同时实现工业缝纫机的自动返缝、自动割线和自动挑线三个自动控制功能。此外,在高档数控加工设备、工业智能机器人、自动化生产流水线、自动纺织、包装、冶金等,采用无刷直流电机可以满足机械设备的高精度、高效率、高性能的要求。一些要求精确控制速度和位置的轻工机械中大多也采用无刷电动机。

  5.在精密电子设备仪表中的应用

  例如,由于手术的需要,骨科医疗设备要求其动力系统在大范围内连续变速,以满足铣削、钻孔、锯切等场合的需要。然而,现有的骨科医疗器械驱动电机均为单相交直流串励电机和调压器,存在噪声大的缺点;由于有刷和换向器,在使用前不可能进行消毒,这就使得对手术效果有一定影响;同时,有必要定期更换刷子和维护电机。无刷直流电机作为驱动系统的应用,具有噪声低、调速范围广、体积小、重量轻等优点。此外,在计算机硬件、软盘驱动器、视频鼓驱动器、激光打印机、复印机、卫星上的太阳能电池板驱动器、仪器呼吸机、血液分析仪、医疗监测设备等领域,刷电机也逐渐被取代。这种无刷直流电机体积小,加工精度高,属于技术密集型,需求量大。

  6.总结

  与其他类型的电机相比,直流无刷电机具有更好的性能。广泛应用于日常生活和军事防御装备中,具有良好的应用前景。但仍有许多问题有待解决,有待进一步研究。目前,永磁无刷直流电动机的发展已进入相对成熟的阶段,但随着材料、电子、控制技术的不断冲击,必将朝着小型化、数字化、长寿命、高可靠性的方向发展。也将在工业生产中发挥更大的作用。

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