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德國馮哈伯FAULHABER直流電機工作原理
2022-12-6 閱讀(739)
德國馮哈伯FAULHABER直流電機工作原理如下:
將直流電能轉換為機械能的轉動裝置。電動機定子提供磁場，直流電源向轉子的繞組提供電流，換向器使轉子電流與磁場產生的轉矩保持方向不變。根據是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動機分為兩類，包括有刷直流電動機和無刷直流電動機。
無刷直流電機是近幾年來隨著微處理器技術的發展和高開關頻率、低功耗新型電力電子器件的應用，以及控制方法的優化和低成本、高磁能級的永磁材料的出現而發展起來的一種新型直流電動機。
無刷直流電機既保持了傳統直流電機良好的調速性能又具有無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優點，因而在航空航天、數控機床、機器人、電動汽車、計算機外圍設備和家用電器等方面都獲得了廣泛應用。
按照供電方式的不同，無刷直流電機又可以分為兩類：方波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形都是矩形波，又稱為矩形波永磁同步電動機；正弦波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形均為正弦波直流電機里邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。
直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。
感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。
導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。
直流無刷電機的控制原理，要讓電機轉動起來，首先控制部就必須根據hall-sensor感應到的電機轉子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經電機線圈產生順向(或逆向)旋轉磁場，并與轉子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉動。當電機轉子轉動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環電機就可以依同一方向繼續轉動直到控制部決定要電機轉子停止則關閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機轉子反向則功率晶體管開啟順序相反。
基本上功率晶體管的開法可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因為電子零件總有開關的響應時間，所以功率晶體管在關與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂(或下臂)尚未關閉，下臂(或上臂)就已開啟，結果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當電機轉動起來，控制部會再根據驅動器設定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉速快或慢的方式，如何產生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。
高轉速的速度控制必須考慮到系統的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實時性。至于低轉速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據電機特性適當配置控制參數值就顯得非常重要。或者速度回傳改變以encoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部電機轉速距離目標速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補償，方式有傳統的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態及環境其實是復雜多變的，若要控制的堅固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統的工程控制能掌握，所以模糊控制、專家系統及神經網絡也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。
德國馮哈伯FAULHABER直流電機工作原理如下:
1.FAULHABER S/G
貴金屬換向直流微電機
該產品系列突出的特點，是其轉子為無鐵心的自承式斜繞組漆包線 構成。由此產生的低重量可使慣性小化。運轉時無齒槽效應，這些電 機因而具有*的動態性。
緊湊、低功耗、確的低噪聲換向信號，以及控制簡單，使得該產品具 有的市場適用性，如電動手持裝置、泵、自動化技術、光學和設備 制造。
2.FAULHABER SR
貴金屬換向直流微電機
SR系列結構緊湊，貴金屬換向結合同樣緊湊的高分辨率編碼器技術， 再結合各種高精度行星和直齒輪減速箱，為精密定位控制提供了 的組合。
此類換向系統的特征在于體積小、接觸電阻低，換向信號確且低 噪，非常適用于低電流負載的系統和電池供電的應用。
3.FAULHABER CXR
碳刷直流微電機
CXR系列尺寸小巧，同時具有高功率、堅固耐用和高可控等特性，這是由 碳刷換向、高質量釹磁體和久經考驗的FAULHABER轉子共同實現的。
4.FAULHABER CR
碳刷直流微電機
高度穩定且低磨損的碳刷，*的釹磁體，以及FAULHABER轉子繞組 中高的銅占比，為CR系列提供了巨大的動力。19至224 mNm的持續 輸出轉矩引以為傲，非常適用于頻繁啟停或周期性過載的運行工況。得 益于高的功率密度，以及的動態性和低的轉動慣量，CR是整個 FAULHABER有刷電機中強大的產品系列。
5.FAULHABER SR-Flat
扁平直流和直流減速電機
貴金屬換向結合*的扁平線圈技術，SR-扁平系列中所使用的三個扁 平自承式銅繞組，讓驅動系統應用于其有限的空間成為可能。這些電 機憑借其強力的稀土磁體，提供0.8 W至4 W的連續輸出功率并了 低的轉動慣量。
其他型號：
FAULHABER 3257G024CR
FAULHABER 3257G048CR3257G
FAULHABER 3557K006C
FAULHABER 3557K009C
FAULHABER 3557K012C
FAULHABER 3557K020C
FAULHABER 3557K024C
