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    电机技术 | 无刷直流电机在电动工具中的应用详解

    2020-12-26 11:33:07 86

    摘要

    阐述便捷充电式电动工具中选用的有刷直流电机(PMDC)与无刷直流电机(BLDC)的工作原理,设计制造及优缺点,以及市场应用现状与前景。                           


    关键词

    电动工具、无刷直流电机


    参考标准

    IEC60841 / EN60745

    无刷直流电机在电动工具中的应用剖析图

    1、引言

    随着新型电池与电子控制技术的提升,无刷直流电机的设计制造成本大幅降低,需采用无刷直流电机的便捷充电式工具得到普及,应用更加广泛。在工业制造、装配、维修行业大量应用,特别随着经济发展,对于家用需求也越来越高,每年的增长率明显高于其它行业。

    2、便捷充电式电动工具电机应用类型

    2.1 有刷直流电机

    常规的有刷直流电机结构包括转子(轴,铁芯、绕组、换向器、轴承),定子(机壳、磁石、端盖等)以及碳刷组件、碳刷臂等零件组成。

    工作原理:有刷直流电机的定子上安装有固定的主磁极(磁石)和电刷,转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过碳刷和换向器进入电枢绕组,产生电枢电流,电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩,使电机旋转带动负载。

    缺点:由于碳刷和换向器的存在,有刷电机的可靠性差,故障多,电流不稳定,寿命短,并且换向火花会产生电磁干扰。

    2.2 无刷直流电机

    常规的无刷直流电机结构包括电机转子(轴,铁芯、磁石、轴承),定子(机壳、铁芯、绕组、传感器、端盖等)以及控制器等零件组成。

    工作原理:无刷直流电机由电机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。工作原理与有刷电机相同,只是用位置传感器与控制线路替代传统的换向器与碳刷,通过传感信号发出控制指令完成电流方向的转换以实现换向工作,保证电机产生恒定的电磁转矩与转向,使电机旋转。

    电动工具中的无刷直流电机剖析

    3、BLDC电机应用的优缺点

    3.1 BLDC电机的优点:

    3.1.1结构简单,质量可靠:

    取消换向器、碳刷、刷臂等零件,无换向器焊接、精车工艺。

    3.1.2使用寿命长:

    采用电子元件替代传统换向器结构,杜绝电机因碳刷与换向器换向火花、机械磨损等造成寿命短的问题,电机寿命以倍数提高。

    3.1.3静音、效率高:

    无碳刷与换向器结构,避免了碳刷与换向器间的换向火花与机械摩擦,产生噪声、发热,造成电机能量损耗,降低电机效率。有刷直流电机效率在60~70%,而无刷直流电机效率能做到75~90%

    3.1.4更广泛的调速、控制能力:

    采用精密电子元件及传感器可以精准控制电机输出转速、力矩及位置,实现智能化、多功能化。

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