Pусский
Просмотры: 0 Автор: редактор сайта Публикация Время: 2025-05-15 Происхождение: Сайт
Бесщеточные двигатели DC (BLDC) лежат в основе многих современных роботизированных систем из -за их превосходной эффективности, долговечности и производительности. В отличие от традиционных матовых двигателей, двигатели BLDC используют электронные контроллеры для управления доставкой питания, устраняя необходимость в кистях и уменьшает механический износ. Эти преимущества делают двигатели BLDC идеальным выбором для робототехники, где необходимы точный контроль, долговечность и низкое обслуживание.
В этой статье мы рассмотрим, как BLDC Motors интегрируются в архитектуру системы роботов, их преимущества и ключевые соображения для выбора правильного двигателя BLDC для роботизированных приложений.
Бесщеточный двигатель DC (BLDC) - это тип электродвигателя, который использует постоянные магниты на роторе и опирается на электронный контроллер для переключения тока в обмотках двигателя. Это устраняет необходимость в кистях, которые обычно используются в традиционных двигателях постоянного тока для переключения тока в обмотках.
Двигатели BLDC, как правило, более эффективны и надежны, чем матовые двигатели. Они предлагают точный контроль над скоростью и положением, что делает их идеальными для применений, требующих высокой производительности и низкого обслуживания, таких как роботизированные системы.
А Бесщеточный двигатель постоянного тока (двигатель BLDC)-это тип 3-фазного двигателя, который работает через магнитные силы притяжения и отталкивания между постоянными магнитами и электромагнитами. В качестве синхронного двигателя он работает на мощности постоянного тока (DC). Этот двигатель часто называют «бесщеточным двигателем постоянного тока », потому что он устраняет необходимость в кистях, найденных в традиционных двигателях постоянного тока (щеткие двигатели постоянного тока или коммутаторные двигатели). По сути, бесщеточный двигатель постоянного тока представляет собой постоянный синхронный двигатель с постоянным магнитом, который использует вход мощности постоянного тока, который затем преобразуется в трехфазный источник питания переменного тока с помощью инвертора, а также обратную связь по положению для обеспечения правильного функционирования.
Бесщеточный двигатель DC (BLDC) работает на основе эффекта зала и состоит из нескольких важных компонентов: ротора, статора, постоянного магнита и контроллера приводного двигателя. Ротор оснащен несколькими стальными ядрами и обмотками, подключенными к валу ротора. Когда ротор вращается, контроллер использует датчик тока для определения его положения, что позволяет ему изменить направление и интенсивность тока, протекающего через обмотки статора, что, в свою очередь, генерирует крутящий момент.
Благодаря помощи электронного контроллера привода, который наблюдает за бесщеточной работой и преобразует входящую мощность постоянного тока в мощность переменного тока, двигатели BLDC могут достичь производительности, сравнимых с производительностью щетких двигателей постоянного тока, но без недостатков кистей, которые имеют тенденцию изнашиваться с течением времени. Следовательно, Двигатели BLDC часто называют двигателями в электронном виде (EC), выделяя их от обычных двигателей, которые зависят от механической коммутации, включающей кисти.
Бесщеточный двигатель постоянного тока S с двумя основными компонентами: ротор, встроенный с постоянными магнитами, и статор, оснащенный медными катушками, которые действуют как электромагниты, когда ток протекает через них.
Эти двигатели могут быть классифицированы на два типа: Inrunner (внутренние двигатели ротора) и Outrunner (внешние двигатели ротора). В двигателях Inrunner ротор вращается в пределах установленного внешнего статора, в то время как в Outrunner Motors ротор вращается за пределами статора. Когда ток применяется к катушкам статора, они создают электромагнит с различными северными и южными полюсами. Когда полярность этого электромагнича выровняется с полями смежного постоянного магнита, подобные полюсы отталкивают друг друга, в результате чего ротор поворачивается. Однако, если ток остается постоянным, ротор будет вращаться лишь кратко, прежде чем остановиться, поскольку противоположные электромагниты и постоянные магниты выровняются. Чтобы обеспечить непрерывное вращение, ток подается в виде трехфазного сигнала, который регулярно меняет полярность электромагнита.
Скорость вращения двигателя напрямую связана с частотой трехфазного сигнала. Для достижения более высокой скорости вращения частота сигнала может быть увеличена. Например, в транспортном средстве дистанционного управления увеличение дроссельной заслонки инструктирует контроллер поднять частоту переключения, тем самым ускоряя транспортное средство.
А Бесщеточный двигатель постоянного тока , широко известный как синхронный двигатель с постоянным магнитом, представляет собой электродвигатель, отмечаемый его высокой эффективностью, компактной конструкцией, низким уровнем шума и продолжительным сроком службы. Он широко используется как в промышленных приложениях, так и в потребительских продуктах.
Операция Бесщеточный двигатель постоянного тока опирается на взаимодействие между электричеством и магнетизмом. Он состоит из ключевых компонентов, таких как постоянные магниты, ротор, статор и электронный контроллер скорости. Постоянные магниты являются основным источником магнитного поля двигателя, часто изготовленного из редкоземельных материалов. Когда двигатель включен, эти постоянные магниты устанавливают стабильное магнитное поле, которое взаимодействует с током, протекающим через двигатель, создавая магнитное поле ротора.
Ротор Бесщеточный двигатель постоянного тока является вращающимся компонентом и состоит из нескольких постоянных магнитов. Его магнитное поле взаимодействует с магнитным полем статора, заставляя его вращаться. Статор, с другой стороны, является стационарной частью мотора, состоящей из медных катушек и железных ядер. Когда ток протекает через катушки статора, он генерирует различное магнитное поле. Согласно закону Фарадея электромагнитной индукции, это магнитное поле влияет на ротор, создавая вращательный крутящий момент.
Электронный контроллер скорости (ESC) управляет рабочим состоянием двигателя и регулирует его скорость, контролируя ток, поставляемый на двигатель. ESC регулирует различные параметры, включая ширину импульса, напряжение и ток, чтобы управлять производительностью двигателя.
Во время работы ток протекает как через статор, так и ротор, создавая электромагнитную силу, которая взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов. В результате двигатель вращается в соответствии с командами из электронного контроллера скорости, создавая механические работы, которые управляют подключенным оборудованием или оборудованием.
Таким образом, Бесщеточный двигатель постоянного тока работает на принципе электрических и магнитных взаимодействий, которые дают вращательный крутящий момент между вращающимися постоянными магнитами и катушками статора. Это взаимодействие приводит к вращению двигателя и преобразует электрическую энергию в механическую энергию, позволяя ему выполнять работу.
Чтобы включить а Мотор BLDC Для вращения важно контролировать направление и время тока, протекающего через его катушки. Диаграмма ниже иллюстрирует статор (катушки) и ротор (постоянные магниты) двигателя BLDC, который оснащен тремя катушками, помеченными u, v и w, распределенными на расстоянии 120 ° друг от друга. Работа двигателя обусловлена управлением фазами и токами в этих катушках. Ток течет последовательно через фазу U, затем фазу V и, наконец, фаза W. Вращение поддерживается путем непрерывного переключения магнитного потока, что заставляет постоянные магниты следовать вращающемуся магнитному полю, генерируемому катушками. По сути, энергия катушек U, V и W должно постоянно чередоваться, чтобы сохранить результирующий магнитный поток в движении, создавая тем самым вращающееся магнитное поле, которое постоянно привлекает магниты ротора.
В настоящее время есть три основных метода управления бесщеточным двигателем:
Контроль трапециеидальной волны, обычно называемый контролем 120 ° или 6-ступенчатого контроля коммутации, является одним из самых простых методов для управления бесщеточными двигателями DC (BLDC). Этот метод включает в себя применение квадратных волновых токов к моторным фазам, которые синхронизируются с трапециевидной кривой на задней части EMF BLDC Motor для достижения оптимального генерации крутящего момента. Управление лестницей BLDC хорошо подходит для различных конструкций системы управления двигателями в разных приложениях, включая бытовые приборы, охлаждения компрессоров, воздуходувки HVAC, конденсаторы, промышленные диски, насосы и робототехнику.
Метод управления квадратной волной предлагает несколько преимуществ, в том числе простой алгоритм управления и низкие затраты на оборудование, что позволяет повысить скорость двигателя с использованием стандартного контроллера производительности. Тем не менее, он также имеет недостатки, такие как значительные колебания крутящего момента, некоторый уровень тока и эффективность, которые не достигают максимального потенциала. Контроль трапециевидной волны особенно подходит для применений, где высокая производительность вращения не требуется. В этом методе используется датчик зала или неиндуктивный алгоритм оценки для определения позиции ротора и выполняет шесть коммутаций (по одному каждые 60 °) в пределах электрического цикла 360 ° на основе этой позиции. Каждая коммутация генерирует силу в определенном направлении, что приводит к эффективной позиционной точности 60 ° в электрических терминах. Название 'управление трапециевидной волной ' происходит от того факта, что форма волны тока фазы напоминает трапециевидную форму.
Метод управления синусоидальной волной использует модуляцию ширины импульса пространственного векторного импульса (SVPWM) для получения трехфазного синусоидального напряжения, причем соответствующий ток также является синусоидальной волной. В отличие от контроля квадратных волн, этот подход не включает в себя дискретные шаги коммутации; Вместо этого он обрабатывается так, как будто в каждом электрическом цикле происходит бесконечное количество коммутаций.
Очевидно, что контроль синусоидальной волны предлагает преимущества по сравнению с квадратным управлением волной, включая уменьшенные колебания крутящего момента и меньшее количество гармоник тока, что приводит к более утонченному опыту контроля. Тем не менее, он требует немного более продвинутой производительности от контроллера по сравнению с контролем квадратной волны, и он по -прежнему не достигает максимальной эффективности двигателя.
Ориентированный на поле управление (FOC), также называемый векторным управлением (VC), является одним из наиболее эффективных методов для эффективного управления бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC) и постоянных синхронных двигателей магнитов (PMSM). В то время как контроль синусоидальной волны управляет вектором напряжения и косвенно контролирует величину тока, он не имеет возможности управлять направлением тока.
.png)
Метод управления FOC можно рассматривать как улучшенную версию синусоидального элемента управления волной, поскольку он позволяет контролировать вектор тока, эффективно управляя векторным управлением магнитным полем статора двигателя. Управляя направлением магнитного поля статора, он гарантирует, что магнитные поля статора и ротора остаются на угле 90 ° в любое время, что максимизирует выход крутящего момента для данного тока.
В отличие от обычных методов управления двигателем, которые полагаются на датчики, без датчиков управление позволяет двигателю работать без датчиков, таких как датчики зала или кодеры. Этот подход использует данные тока и напряжения двигателя для определения положения ротора. Затем скорость двигателя рассчитывается на основе изменений в положении ротора, используя эту информацию для эффективного регулирования скорости двигателя.
Основное преимущество контроля без датчиков заключается в том, что он устраняет необходимость в датчиках, что позволяет выполнять надежную работу в сложных средах. Это также экономически эффективно, требуя всего три булавки и занимая минимальное пространство. Кроме того, отсутствие датчиков зала повышает продолжительность жизни и надежность системы, поскольку нет компонентов, которые могут быть повреждены. Однако заметным недостатком является то, что он не обеспечивает плавного запуска. На низких скоростях или когда ротор является неподвижным, электроэлектродвижающая сила недостаточна, что затрудняет обнаружение точки нулевого пересечения.
Бесщеточные двигатели постоянного тока и матовые двигатели постоянного тока имеют определенные общие характеристики и принципы эксплуатации:
Как бесщеточные, так и матовые двигатели постоянного тока имеют аналогичную структуру, включающую статор и ротор. Статор производит магнитное поле, в то время как ротор генерирует крутящий момент через свое взаимодействие с этим магнитным полем, эффективно превращая электрическую энергию в механическую энергию.
Оба Бесщеточные двигатели постоянного тока и щеткие двигатели постоянного тока требуют источника питания постоянного тока для обеспечения электрической энергии, поскольку их операция зависит от постоянного тока.
Оба типа двигателей могут регулировать скорость и крутящий момент, изменяя входное напряжение или ток, что позволяет гибкость и управление в различных сценариях применения.
В то время как чистка и Бесщеточный двигатель постоянного тока имеет определенные сходства, они также демонстрируют значительные различия с точки зрения производительности и преимуществ. Мастичные двигатели постоянного тока используют щетки для работы в направлении двигателя, что позволяет вращать. Напротив, бесщеточные двигатели используют электронный контроль для замены процесса механической коммутации.
Есть много типов Бесщеточный двигатель постоянного тока, продаваемый JKongmotor, и понимание характеристик и использования различных типов шаговых двигателей, поможет вам решить, какой тип вам лучше всего подходит.
Jkongmotor поставляет NEMA 17, 23, 24, 34, 42, 52 рама и метрический размер 36 мм - 130 мм стандарт Бесщеточный двигатель постоянного тока Двигатели (внутренний ротор) включают 3 -фазу 12 В/24 В/36 В/48 В/72 В/110 В низкого напряжения и электродвигатели высокого напряжения 310 В с диапазоном мощности 10 Вт - 3500 Вт и диапазоном скорости 10 об/мин - 10000 об/мин. Интегрированные датчики зала могут использоваться в приложениях, которые требуют точного положения и скорости обратной связи. Хотя стандартные варианты предлагают отличную надежность и высокую производительность, большинство наших двигателей также могут быть настроены для работы с различными напряжениями, мощностью, скоростями и т. Д.
Бесщеточный двигатель постоянного тока представляет собой двигатель со встроенной коробкой передач (включая коробку передач, коробку передач червей и планетарную коробку передач). Шечени подключены к приводному валу двигателя. На этом рисунке показано, как коробка передач размещена в корпусе двигателя.
Коробки передач играют решающую роль в снижении скорости бесщеточных двигателей постоянного тока при увеличении выходного крутящего момента. Как правило, бесщеточные двигатели постоянного тока работают эффективно на скоростях в диапазоне от 2000 до 3000 об / мин. Например, в сочетании с коробкой передач с коэффициентом передачи 20: 1, скорость двигателя может быть уменьшена до 100-150 об / мин, что приводит к увеличению крутящего момента в двадцать раз.
Кроме того, интеграция двигателя и коробки передач в один корпус сводит к минимуму внешние размеры бесщеточных двигателей постоянного тока, оптимизируя использование доступного машинного пространства.
Недавние достижения в области технологий приводят к разработке более мощного беспроводного энергетического оборудования и инструментов. Примечательным инновацией в электроинструментах является внешний ротор бесщеточный мотор.
Внешний ротор двигатели BLDC, или безмолвные двигатели с внешним питанием, оснащены конструкцией, которая включает ротор снаружи, что обеспечивает более плавную работу. Эти двигатели могут достичь более высокого крутящего момента, чем конструкции внутреннего ротора аналогичного размера. Увеличенная инерция, обеспечиваемая внешними двигателями ротора, делает их особенно хорошо подходящими для применений, которые требуют низкого шума и последовательной производительности на более низких скоростях.
Во внешнем двигателе ротора ротор расположен снаружи, а статор расположен внутри двигателя.
Внешний ротор Двигатели BLDC , как правило, короче, чем их внутренние коллеги, предлагая экономически эффективное решение. В этой конструкции постоянные магниты прикреплены к корпусу ротора, который вращается вокруг внутреннего статора с обмотками. Из-за более высокой инерции ротора, двигатели наружного ротора испытывают более низкую волну крутящего момента по сравнению с внутренними роторными двигателями.
Интегрированные бесщеточные двигатели представляют собой передовые мехатронные продукты, предназначенные для использования в системах автоматизации и управления промышленной автоматизацией. Эти двигатели оснащены специализированным высокопроизводительным чипом двигателя постоянного тока, обеспечивая многочисленные преимущества, включая высокую интеграцию, компактную размер, полную защиту, простую проводку и повышенную надежность. Эта серия предлагает ряд интегрированных двигателей с выходными мощностью от 100 до 400 Вт. Кроме того, встроенный драйвер использует передовую технологию ШИМ, позволяя бесщеточному двигателю работать на высоких скоростях с минимальной вибрацией, низкой шумом, превосходной стабильностью и высокой надежностью. Интегрированные двигатели также оснащены пространственным дизайном, который упрощает проводку и снижает затраты по сравнению с традиционными отдельными моторными и приводными компонентами.
Одна из основных причин Motors BLDC предпочтительнее в робототехнике - это их высокая эффективность. Поскольку нет кистей, чтобы вызвать трение, потери энергии сведены к минимуму, что приводит к меньшему тепла и большему количеству мощности, доступной для движения. Это особенно важно в роботизированных системах, где энергопотребление и управление теплом могут напрямую влиять на производительность и срок службы батареи.
Без кистей, которые изнашиваются со временем, Motors BLDC , как правило, имеют гораздо более длительный срок службы, чем матовые двигатели. Это делает их идеальными для применений, требующих длительных рабочих периодов, таких как роботизированные оружие, автономные роботы и беспилотники. Их долговечность снижает необходимость технического обслуживания, что делает их экономически эффективным выбором для роботов, используемых в промышленных и коммерческих средах.
BLDC Motors предлагают точную скорость и контроль положения, что важно для многих роботизированных приложений. Используя систему управления с обратной связью с обратной связью, такую как кодеры или резолюры, гарантирует, что двигатель работает на желаемой скорости и положении с высокой точностью. Эта функция имеет решающее значение в роботизированных приложениях, которые требуют тонких настраиваемых движений, таких как роботы сборки, хирургические роботы и мобильные роботы.
Моторы BLDC , как правило, более компактные и легче, чем их матовые аналоги, что делает их подходящими для мобильных роботов, которые требуют высокого крутящего момента в небольшом форм -факторе. Будь то мобильный робот или автономный автомобиль, уменьшение размера двигателя при сохранении мощности является значительным преимуществом в архитектуре системы.
Поскольку нет кистей для изнашивания или вызвать проблемы с техническим обслуживанием, Моторы BLDC требуют минимального содержания. Это особенно выгодно в робототехнике, где простоя для ремонта или замены двигателя может быть дорогостоящим и разрушительным. Сокращенная потребность в техническом обслуживании увеличивает общую надежность и эффективность работы роботизированной системы.
Motors BLDC могут обеспечить больше мощности для их размера по сравнению с матовыми двигателями. Эта характеристика делает их превосходным выбором в приложениях, где ограничения веса являются проблемой, например, в воздушных беспилотниках или мобильных роботов. Используя легкий мощный двигатель, дизайнеры могут оптимизировать производительность робота и срок службы батареи.
Требования к крутящему моменту и скорости роботизированной системы должны быть первым соображением при выборе Мотор BLDC . Например, роботизированная рука может потребовать высокого крутящего момента на низких скоростях для точных движений, в то время как для мобильного робота может потребоваться двигатель, который может обеспечить высокий и умеренный крутящий момент для более быстрого движения по всей местности.
А Двигатель BLDC требует электронного контроллера или драйвера для управления переключением тока в обмотках двигателя. Эти контроллеры гарантируют, что двигатель работает с желаемой скоростью и крутящим моментом, а также обеспечивает такие функции, как защита от перегрузки, обратная связь скорости и обнаружение неисправностей. Полевой ориентированный контроль (FOC)-это общий метод, используемый в передовых контроллерах двигателя BLDC для обеспечения гладкой, эффективной и точной работы двигателя.
При разработке роботизированной системы выбор правильного контроллера двигателя так же важен, как и выбор самого двигателя. Контроллер должен быть совместим со спецификациями двигателя и системой управления роботом.
Для высокопроизводительной робототехники необходимы системы обратной связи, такие как кодеры, резолюры или датчики зала. Эти системы предоставляют данные в реальном времени о положении, скорости и направлении двигателя, что позволяет контроллеру регулировать ток и напряжение для достижения точного управления. Обратная связь особенно важна в таких приложениях, как роботизированные руки, где точность и повторяемость имеют решающее значение.
Моторы BLDC требуют источника питания постоянного тока, который должен соответствовать спецификациям напряжения двигателя и тока. В зависимости от приложения, двигатель может потребоваться аккумулятор или внешний источник питания, чтобы обеспечить необходимое напряжение и ток. Например, в мобильных роботах выбор батареи и ее эффективности играет важную роль в определении общей производительности и времени выполнения робота.
Условия окружающей среды, в которых работает робот, также являются важным фактором при выборе двигателя BLDC. Двигатели, которые будут использоваться в суровых условиях (например, под водой, при высоких температурах или пыльных условиях), должны быть выбраны на основе их способности противостоять этим условиям. Например, двигатели с рейтингом IP обеспечивают защиту от пыли и водного входа, обеспечивая надежность в сложных условиях.
Доступное пространство в роботизированной системе диктует размер и форм -фактор двигателя. Компактные и легкие двигатели часто требуются для мобильных роботов или беспилотников, в то время как промышленные роботы могут иметь больше места для более крупных, более высоких моторов. Обеспечение того, чтобы мотор вписывался в архитектуру робота при удовлетворении требований к производительности, имеет важное значение для оптимизации общего дизайна.
Моторы BLDC обычно используются в мобильных роботах и автономных транспортных средствах. Эти роботы требуют высокой эффективности и надежной работы, особенно при навигации сложных сред. Двигатели BLDC обеспечивают необходимый баланс высокого крутящего момента и высокой скорости для эффективного движения, что делает их идеальными для наземных роботов, беспилотников и автоматизированных управляемых транспортных средств (AGV).
В роботизированных руках двигатели BLDC предлагают высокую точность и контроль крутящего момента, которые имеют решающее значение для таких задач, как сборка, сварка и упаковка. Использование двигателей BLDC обеспечивает точное позиционирование и плавное движение, особенно в промышленной автоматизации, хирургии и других приложениях, где точность имеет первостепенное значение.
Беспилотники и беспилотные воздушные транспортные средства (БПЛА) полагаются на BLDC Motors для их движущих сил. Высокое соотношение мощности к весу и низкие требования к обслуживанию двигателей BLDC делают их идеальными для воздушных роботов, которые требуют быстрого и эффективного движения. Дроны, оснащенные двигателями BLDC, могут выполнять такие задачи, как наблюдение, доставка упаковки и аэрофотосъемка с минимальными потребностями в техническом обслуживании.
Моторы BLDC также используются в протезировании и экзоскелетах, где точность и надежность являются жизненно важными. Эти устройства полагаются на двигатели BLDC для гладких контролируемых движений, которые имитируют естественное движение человека. Их способность обеспечивать высокий крутящий момент в компактном форм -факторе делает их идеальными для носимых роботизированных систем.
Motors BLDC играют ключевую роль в архитектуре современных роботизированных систем, обеспечивая многочисленные преимущества, такие как высокая эффективность, долговечность и точность. При выборе двигателя BLDC для роботизированного применения крайне важно учитывать такие факторы, как крутящий момент, скорость, совместимость с контроллером и условия окружающей среды. Тщательно выбирая правильный мотор BLDC, дизайнеры могут обеспечить оптимальную производительность, надежность и долговечность для своих роботизированных систем, что позволяет создавать более продвинутых и способных роботов.
