试着回想一下,有没有哪一刻您没有使用过任何类型的电机?从家中的吊扇到汽车的车窗,再到医院里精密的手术器械——电机已成为现代技术的基石,消耗了世界上一半以上的电力。提高能效可以显著降低全球电力需求,而性能最佳的电机则配备了智能控制。
Qorvo公司应用工程师José Quiñones在其2024年的白皮书《无刷直流电机及其驱动器的设计挑战与注意事项》中,深入探讨了无刷直流(BLDC)电机所面临的挑战及其具备的优势。“电机的使用已有100到150年的历史。”José说道,“最初它们非常简单,只需连接到电源即可工作。然而,这并不是执行电机驱动任务的最有效方式,因此您可以想象在过去的一个世纪里,对这些电机提出了怎样的要求。它们不得不变得更加复杂,控制它们的设备也是如此。”
“在过去的12年里,我们一直致力于将电机控制集成到单个芯片中,以使应用更加紧凑。这样做还可以节省成本。有些应用确实需要较小的空间占用,比如电池驱动的电钻;其所有的可用空间基本上就在您的手掌大小之内。这就带来了许多设计上的挑战,但如果您能克服这些挑战,也将获得诸多益处。”
设计挑战
初期成本
与传统电机相比,BLDC电机及其驱动器的前期成本更高
集成先进的控制电子设备增加了初期投资
复杂的控制系统
需要复杂的控制算法来优化性能
需要强大的处理能力和先进的软件来优化运行
电机选型
根据应用要求(例如连续与间歇扭矩、速度等)选择合适的电机类型
确保与现有系统兼容并满足性能预期
传感器集成
决定传感器的类型和位置,以实现精确的转子位置检测
平衡不同传感技术(如霍尔效应传感器和光学编码器)的成本与性能
热管理
有效消散功率电子设备和电机运行产生的热量
在不同运行条件下保持性能及使用寿命
BLDC电机的优势
高效能
效率可达96%以上,从而实现显著的节能效果
由于耗电量减少,生命周期成本降低
使用寿命长
由于没有电刷磨损,维护需求极低
在各种应用中经久耐用,可靠性高
紧凑且轻便
更高的功率密度允许设计更为紧凑的电机
非常适合对空间和重量有严格要求的应用
性能增强
通过先进的驱动电子设备精确控制速度和扭矩
运行平稳,扭矩纹波更小;尤其针对正弦换向
应用广泛
适用于从小型手持工具到大型工业机械的广泛领域
可与电池供电系统和市电供电系统灵活配合
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