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第468章 无刷电动机(1/2)

    【因为前文提到的有刷电动机的电刷磨损大,寿命短,以及受滑动摩擦导致产生电火花和发热极大限制了其转速上限,所以一直以来科学家们都希望发明出无刷电动机。

    但是早在1821年时,英国物理学家便首次发明了有刷电机。

    可直到1955年时,美国科学家才发明出用晶体管换向线路来替代机械换向,无刷电动机才由此诞生。

    这期间足足经历了一百三十四年之久。

    中国更是要直到1993年才发明出自己的无刷电动机,让人唏嘘的是中国的这项重大发明还是一位死刑犯研制出来的。

    也就意味着中国在这方面的科技发展,且在有充足经验可以借鉴的情况下,仍然晚了美西方三十八年。

    可见无刷电动机的复杂与电力应用的发展需要多么坚实的基础。

    说到底无刷电动机就是靠电子电路实现了电流可变且高效,没有了有刷电动机会磨损的关键缺陷。

    先从基础结构说起。

    无刷直流电机也是由电源、定子、转子构成,不过它多了一个控制电流的控制器。

    前面已知有刷电动机是中间靠通电赋予磁场的电磁铁在转,外围两侧的弯曲永磁体是不转的。

    而无刷电动机可根据结构设计需要有两种基本结构,一种是它中间的电磁铁是固定不转的,是其外围一圈的永磁体在转。

    这种是外转子无刷电动机。

    另一种是中间的永磁体转,而外面一圈的电磁体不转,以通电产生磁场和不断调整磁场驱动中间永磁体转。

    这种就是内转子无刷电动机。

    它们的区别是同等体积下,外转子的圆径大,离旋转中心圆,所以比内转子的转速要慢一些,不过它的转动惯量大,扭矩也就更大。

    适用于如电动汽车、工业机械等,需要高扭矩输出的应用。

    而内转子的无刷电动机圆径小,离旋转中心近,所以同等功率下转速可以更快,不过相应的扭矩也会更小。

    适用于需要高速运转但扭矩要求不高的电器,如航模、无人机、机器人、精密医疗设备等。

    两种无刷电动机的运行原理是一样的,都是利用磁体的吸引力和同斥力驱动转子旋转。

    以结构最简单的外转子无刷电动机为例。

    它的外围转子是两块不同极性的永磁体,而它的中间通常是三组、六组或九组磁极对称的电磁体围绕圆形组成。

    无刷电动机的电磁体数量通常是三的倍数,一是因为无刷电机多为三相电机,采用三相供电方式。

    二是多组电磁体可使转子在旋转过程中受到的磁场力更均衡。

    例如当一组电磁体通电,对外转子的永磁体施加异极吸引力牵引它移动后,便要在外转子移动至下一组电磁体前,立即断开对开始的那一组电磁体的电流,并同时给新一组的电磁体通电以施加新的吸引力。

    避免前一组电磁体施加的牵引力变成外转子旋转的阻力,确保持续牵引外转子维持旋转。

    所以电磁体数量太少的话,就无法做到无缝施加新的牵引力,旋转效率自然不高。

    为了增加动力效率,还可以通过电路配置精准控制两组相邻的电磁体对转子施加牵引力。

    不同于之前的一组通电,另一组就得断电,特定的电路设计可以让两组电磁体都通电,相当于转子受到两组电磁体牵引,只要前一组电磁体精准保持在对应位置断电的同时,后一组电磁体相邻的另一组电磁体通电就行。

    转子的旋转动力就能得到相当提升。

    而要准确知道该在什么时候给哪一组电磁体通电,就是无刷电动机之所以无刷的关键所在。

    这里借助的是一种能检测转子位置信息的霍尔传感器。

    它的原理是当电流垂直于外磁场方向通过导体或半导体材料时,在垂直于电流和磁场的方向上,会产生一个横向的电势差,这个现象被称为霍尔效应,产生的电势差便称为霍尔电势差。

    有些复杂,但理解为外转子磁场因位置不同产生磁力变化时,霍尔传感器就会以输出电压的大小变化来传递出这种信息。

    随后霍尔传感器输出的电压变化就会传输到控制电路,控制电路又会生成使驱动电路增加输出电流的控制信号,以此完成改对相应哪一组电磁体通电。

    (上述只是霍尔传感器和控制电路的运行概括,它们的结构原理则较为复杂。

    没有足够丰富的电学基础知识,就无法理解复杂的电路配合与电子元件实现其特有功能的原理。

    所以这里就不费力写出来了,我自己姑且都理解不全,写出来也只会让大家看得云里雾里。

    至于给古人播放的天幕就当完整播放出来了吧。

    不过我们这些有一定基础的现代人都很难理解透彻的科技,现阶段的古人只会更无法理解。

    无法理解,又谈何指望古人照着天幕学就能制造出相应的电子元
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