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          電機技術 | 無刷直流電機在電動工具中的應用詳解

          2020-12-26 11:33:07 860

          摘要

          闡述便捷充電式電動工具中選用的有刷直流電機(PMDC)與無刷直流電機(BLDC)的工作原理,設計制造及優缺點,以及市場應用現狀與前景。                           


          關鍵詞

          電動工具、無刷直流電機


          參考標準

          IEC60841 / EN60745

          無刷直流電機在電動工具中的應用剖析圖

          1、引言

          隨著新型電池與電子控制技術的提升,無刷直流電機的設計制造成本大幅降低,需采用無刷直流電機的便捷充電式工具得到普及,應用更加廣泛。在工業制造、裝配、維修行業大量應用,特別隨著經濟發展,對于家用需求也越來越高,每年的增長率明顯高于其它行業。

          2、便捷充電式電動工具電機應用類型

          2.1 有刷直流電機

          常規的有刷直流電機結構包括轉子(軸,鐵芯、繞組、換向器、軸承),定子(機殼、磁石、端蓋等)以及碳刷組件、碳刷臂等零件組成。

          工作原理:有刷直流電機的定子上安裝有固定的主磁極(磁石)和電刷,轉子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過碳刷和換向器進入電樞繞組,產生電樞電流,電樞電流產生的磁場與主磁場相互作用產生電磁轉矩,使電機旋轉帶動負載。

          缺點:由于碳刷和換向器的存在,有刷電機的可靠性差,故障多,電流不穩定,壽命短,并且換向火花會產生電磁干擾。

          2.2 無刷直流電機

          常規的無刷直流電機結構包括電機轉子(軸,鐵芯、磁石、軸承),定子(機殼、鐵芯、繞組、傳感器、端蓋等)以及控制器等零件組成。

          工作原理:無刷直流電機由電機主體和驅動器組成,是一種典型的機電一體化產品。工作原理與有刷電機相同,只是用位置傳感器與控制線路替代傳統的換向器與碳刷,通過傳感信號發出控制指令完成電流方向的轉換以實現換向工作,保證電機產生恒定的電磁轉矩與轉向,使電機旋轉。

          電動工具中的無刷直流電機剖析

          3、BLDC電機應用的優缺點

          3.1 BLDC電機的優點:

          3.1.1結構簡單,質量可靠:

          取消換向器、碳刷、刷臂等零件,無換向器焊接、精車工藝。

          3.1.2使用壽命長:

          采用電子元件替代傳統換向器結構,杜絕電機因碳刷與換向器換向火花、機械磨損等造成壽命短的問題,電機壽命以倍數提高。

          3.1.3靜音、效率高:

          無碳刷與換向器結構,避免了碳刷與換向器間的換向火花與機械摩擦,產生噪聲、發熱,造成電機能量損耗,降低電機效率。有刷直流電機效率在60~70%,而無刷直流電機效率能做到75~90%

          3.1.4更廣泛的調速、控制能力:

          采用精密電子元件及傳感器可以精準控制電機輸出轉速、力矩及位置,實現智能化、多功能化。

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