无刷直流电机

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基础

基本配置

星型线组

无刷直流驱动电路的无刷直流电机使用的是定子绕组，而不是有刷直流电机所使用的转子绕组。机械换向器/电刷系统由电子换向器（即无刷直流驱动电路）所取代。

该驱动电路将直流电源电压切换到电机绕组。多数无刷直流电机有3个绕组，并采用星形连接。 星型点在内部连接，因此仅有三条线延伸出去。

应用PWM（脉冲宽度调制）的驱动电路可以改变转子的平均电压来控制速度。 永久磁体位于转子内。

3个内嵌于定子的的霍尔传感器用来测量转子的角位置。每当转子磁极靠近霍尔传感器时，霍尔传感器就会产生一个高信号或低信号，表明N极或S极转过。 这些信号使得驱动电路找到3个绕组的最佳切换时间。

无传感器类型

无刷直流电机的换向也可以不使用霍尔传感器信号，而是通过监控反电动势信号来实现。电机必须在开环启动。然后控制转移到反电动势感应。相对恒扭矩和无动态需求的应用会受到限制，例如风扇或泵驱动。 型号为 E7IHM-24 和 E9IWS-28 的JE电机无霍尔传感器，用于风扇。

接口类型

与无刷直流电机的接口有几种类型 带霍尔传感器的无刷直流 外部驱动电路 8极连接 三相电源 3个

霍尔传感器信号 霍尔传感器供电电压 霍尔传感器接地 无传感器的无刷直流 外部驱动电路 3极连接 3相电源 通常用于风扇/鼓风机

有霍尔传感器或无传感器的无刷直流 集成驱动电路 3极连接 速度、方向信号 (模拟电压、电流或总线信号) 驱动及霍尔传感器供电电压 驱动及霍尔传感器接地

对于固定速度和方向的应用，只需用到2极连接（供电电压和接地）

无刷直流电机与有刷直流电机

有刷直流 转子

绕组和换向器

定子 电机电压

永磁材料和电刷 两线直流电压

无刷直流 转子 定子绕组 电机电压

永磁材料 霍尔传感器

驱动电路的脉宽调制直流电压；三相

应用指南

高寿命（仅轴承寿命）

无刷磨损

无刷

不火花 无表面接触问题

低噪音 低电磁干扰 高可靠性 对环境污染不敏感 能达到高速度

转动惯性低于直流电机的快速加速

绕组与外罩接触 - 良好的导热

转子缩短 20...30%

转子的磁体 惯性-高动态

定子绕组 高功率/体积比

无换向器 高功率/体积比

总费用高于有刷直流电动机

驱动电路的霍尔传感器

额外费用

例外：

有刷直流电机的速度控制也需要驱动电路，另外还可能需要传感器

内转子电机/外转子电机

有两种基本设计形式： 内转子电机有一个封闭的外罩，磁体安装在轴上。 他们有低惯性，可以达到很高的速度。 应用在要求高动态的场合，通常与变速箱组合使用 闭合外罩能实现保护的高IP代码。

外转子电机没有封闭的外罩，他们的磁体安装在一个可移动外罩上。这种可移动外罩将转矩传送到轴。 在低速时，由于气隙与轴中心之间距离大，并且气隙长度也大，会产生很高的转矩。 他们通常用于直接驱动，不需要齿轮箱。 大惯性会造成低动态能力，但是也会带来低速脉动和平稳运行的结果。 只可能为保护的低IP代码。

外转子电机市场占有率较高，用于风机和鼓风机等大容量应用。

JE内转子无刷直流电机 E7IHL-240

外转子无刷直流电电机 E6EHS-12

高压类型

驱动电路供电电压为120伏交流电压或230交流。

使用特别驱动IC。它直接调整电压，没有变压器，并将高直流电压切换为电机绕组。 型号为 E7IHL-120 和 E7IHL-240 的电机是高电压类型。

性能曲线

性能曲线（PC）基本上与有刷直流电机的相类似，指定的空载转速制造公差为+ -10％左右。

额定工作

点（额定转矩）的定义通常适用于连续工作周期。较短工作周期允许较高的转矩负载（过载）。 过载不仅受到绕组温度升高的限制，还受到驱动电路电流的限制。 散热片增加了绕组的负载能力，但不增加驱动电子器件的负载能力。

更多信息

闭环速度控制

可以给驱动电路添加一个控制电路。

霍尔传感器（或额外的光学编码器）用来测量转子的实际速度。这个信号是控制电路的实际输入值，通常基于PI控制算法。

电机电压水平通过执行驱动电路内部的一个额外功能来调整：

PWM（脉冲波调制）。

3个绕组的平均电压为可通过开/关供电电压来改变。 开关频率非常高（10千赫或更高）。

速度可以保持在一个恒定值，这跟负载转矩无关。

但是，性能曲线不能高于开环操作。

设计闭环操作的性

能曲线时必须考虑这一点。

也应考虑到电机制造公差（空载速度据官方规格为+ -10％，生产目标为大约+-6％）。

无刷直流电机与节能

以无刷直流电机取代其他类型的电机，可节省能源并为最终客户节约许多成本。

例：在泵类产品上的应用

将罩极电机更换为无刷直流电机，带有集成驱动电路（显示安装在泵上）。

电机额定输出功率为8W@1600-2600转/分

操作8小时/每天;365天

假设能源成本为0.20欧元/千瓦时

能源成本每年节约16欧元

虽然罩极电机不属于JE电机，但是请看它与非常相似的SP61K20 型JE电机之间的比较：

在额定工作点： JE 无刷直流电机 电压供应 效率

输入功率[W] 输出功率[W] 功率损耗[W] 能源成本[欧元] / 年

E9IDS-24 24V 69% 12 8 4 7欧元

JE 罩极电机 电压供应 效率

输入功率[W] 输出功率[W] 功率损耗[W] 能源成本[欧元] / 年

SP61K20 230 Vac 20% 40 8 32 23欧元

无刷直流电机进一步的优势

相对于罩极电机，无刷直流电机还有几个的优点：

   

较高的峰值负载能力（取决于供电电压的电流极限） 较低的损耗-低发热量（里面有重要的密封器件） 闭合速度控制操作成为可能-恒速 双向操作成为可能

无刷直流电机的缺点

 

较高物料成本（包括车载电子装置） 必须添加直流电源（如果没有的话）

直流供电电压- 一个智能解决方案 无刷直流电机需要一个低压直流电源。

智能解决方案采用电子交流/直流转换器，而不是变压器/整流器/电容器。总价大概相同。 交流/直流转换器可接受的输入交流电压范围较宽。 因此，驱对动器可进行串激设计以应用于许多国家。 例：电子交流/直流转换器

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额定输出功率 24Vdc/500mA = 12W 带护罩类型或无护罩类型（仅印制电路板） 成本为4.80欧元（无护罩类型） 无时限的短路保护 输入电压 60 ...260Vac 热量损耗低- 仅0.5 W

24V恒定电压，电流最大为500mA以上