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AGV小車無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器操作原理及優(yōu)點(diǎn)
來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時(shí)間：2019-05-30 18:02
無(wú)刷直流（BLDC）馬達(dá)正在成為AGV小車的核心驅(qū)動(dòng)器，而且AGV小車領(lǐng)域也逐步用無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器替代了有刷驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)樗饤壛藗鹘y(tǒng)的電動(dòng)機(jī)中使用的機(jī)械換向器日益流行，與電子裝置取代它這提高了裝置的可靠性和耐用性。
BLDC電機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以制造得比具有相同功率輸出的電刷類型更小更輕，使得前者適用于空間緊張的應(yīng)用。
缺點(diǎn)是BLDC電機(jī)確實(shí)需要電子管理才能運(yùn)行。例如，需要一個(gè)微控制器-使用來自傳感器的輸入來指示轉(zhuǎn)子的位置-以在正確的時(shí)刻激勵(lì)定子線圈。精確的定時(shí)允許精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，以及確保電機(jī)以最高效率運(yùn)行。
本文介紹了BLDC電機(jī)運(yùn)行的基本原理，并介紹了三相單元運(yùn)行的典型控制電路。本文還考慮了一些集成模塊-設(shè)計(jì)人員可以選擇簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)-這些模塊專為BLDC電機(jī)控制而設(shè)計(jì)。
AGV小車無(wú)刷操作優(yōu)點(diǎn)
傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的電刷將動(dòng)力傳遞給轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組在通電時(shí)轉(zhuǎn)入固定的磁場(chǎng)。固定刷和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)金屬觸點(diǎn)之間的摩擦導(dǎo)致磨損。此外，由于刷子與金屬接觸不良和電弧放電，可能會(huì)損失電源。
由于BLDC電機(jī)省去了電刷-而不是使用“電子換向器”-通過消除這種磨損和功率損耗來提高電機(jī)的可靠性和效率。此外，BLDC電機(jī)還具有許多優(yōu)于有刷直流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，包括更好的速度與轉(zhuǎn)矩特性;更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng);無(wú)噪音操作;更高的速度范圍。
此外，相對(duì)于電機(jī)尺寸的扭矩傳遞比率更高，使其成為洗衣機(jī)和電動(dòng)車等應(yīng)用的理想選擇，這些應(yīng)用需要高功率但緊湊和輕便是關(guān)鍵因素。（但是，應(yīng)該注意的是，刷式直流電動(dòng)機(jī)確實(shí)具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。）
BLDC電動(dòng)機(jī)被稱為“同步”型，因?yàn)槎ㄗ雍娃D(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)以相同的頻率旋轉(zhuǎn)。這種布置的一個(gè)好處是BLDC電機(jī)不會(huì)經(jīng)歷感應(yīng)電機(jī)典型的“滑動(dòng)”。
雖然電機(jī)可以是單相，兩相或三相類型，但后者是最常見的類型，并且是將在此討論的版本。
BLDC電機(jī)的定子包括鋼制疊片，軸向開槽以沿內(nèi)周邊容納偶數(shù)個(gè)繞組（圖1）。雖然BLDC電機(jī)定子類似于感應(yīng)電機(jī)，但繞組的分布不同。
圖1：BLDC電機(jī)的定子，顯示帶軸向繞組的開槽鋼環(huán)。
轉(zhuǎn)子由具有2到8個(gè)NS極對(duì)的永磁體構(gòu)成。更多的磁鐵對(duì)增加了扭矩并平滑了所謂的扭矩波動(dòng)，使電機(jī)的功率輸出平穩(wěn)。缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)更復(fù)雜，成本增加，最高速度更低。
傳統(tǒng)上，鐵氧體磁鐵用于制造永磁體，但現(xiàn)代單元傾向于使用稀土磁體。雖然這些磁鐵更昂貴，但它們產(chǎn)生更大的磁通密度，允許轉(zhuǎn)子在給定的扭矩下制造得更小。使用這些強(qiáng)大的磁鐵是BLDC電機(jī)提供比相同尺寸的刷式直流電機(jī)更高功率的關(guān)鍵原因。
基本操作BLDC電機(jī)的電子換向器依次激勵(lì)定子線圈，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子“繞”轉(zhuǎn)動(dòng)。N“電氣旋轉(zhuǎn)”等同于一次機(jī)械旋轉(zhuǎn)，其中N是磁體對(duì)的數(shù)量。對(duì)于三相電機(jī)，三個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器嵌入定子中，以指示定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)于控制器的相對(duì)位置，以便它能夠以正確的順序和正確的時(shí)間激勵(lì)繞組?；魻杺鞲衅魍ǔ０惭b在設(shè)備的非驅(qū)動(dòng)端（圖2）。
圖2：霍爾傳感器嵌入BLDC電機(jī)的定子中，以確定繞組激勵(lì)順序。
當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極通過霍爾傳感器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高（對(duì)于一極）或低（對(duì)于相反極）信號(hào)。如下面詳細(xì)討論的，可以通過組合來自三個(gè)傳感器的信號(hào)來確定換向的確切順序。
由于繞組通過相關(guān)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，所有電動(dòng)機(jī)都產(chǎn)生電壓電位。這種電位被稱為電動(dòng)勢(shì)（EMF），根據(jù)倫茨定律，它在繞組中產(chǎn)生電流，其磁場(chǎng)與磁通量的原始變化相反。簡(jiǎn)而言之，這意味著EMF傾向于抵抗電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，因此被稱為“后”EMF。對(duì)于給定的固定磁通量和繞組數(shù)量的電動(dòng)機(jī)，EMF與轉(zhuǎn)子的角速度成比例。
但是反電動(dòng)勢(shì)雖然增加了一些“拖動(dòng)”電機(jī)，但可以用來獲得優(yōu)勢(shì)。通過監(jiān)控反電動(dòng)勢(shì)，微控制器可以確定定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，而無(wú)需霍爾效應(yīng)傳感器。這簡(jiǎn)化了電機(jī)結(jié)構(gòu)，降低了成本，并且消除了額外的布線和與電機(jī)的連接，否則將需要支持傳感器。當(dāng)存在污垢和濕氣時(shí)，這提高了可靠性。但是，固定電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，因此微控制器無(wú)法在啟動(dòng)時(shí)確定電機(jī)部件的位置。解決方案是以開環(huán)配置啟動(dòng)電機(jī)，直到為微控制器產(chǎn)生足夠的EMF來接管電機(jī)監(jiān)控。這些所謂的“無(wú)傳感器”BLDC電機(jī)越來越受歡迎。
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