
电机是我们生活中经常用到的实现电能与机械能转换的机械装置。电机按结构及工作原理可分为无刷电机和有刷电机。无刷电机凭借其干扰低、噪音小、维护成本低等优点被广泛使用。
英创汇智很多产品,如TBS、EPS、IPB等都用到了无刷电机。例如,EPS系统采用的电动机,必须适用于其系统的工作条件。根据汽车转向时处于不同的工况,助力电机需要不同的工作状态,比如起动、停止、反向助力等。因此,EPS系统要求助力电机具有较高的性能。一般EPS系统对助力电机的基础要求为:噪声低、转矩大、可靠性较高等,无刷电机则是一个很好的选择。
TBS产品图
TBS产品代替了常规电动车真空助力器、电子真空泵、踏板行程传感器以及外围件等零部件,其电机制动助力相较于常规的电子真空泵与真空助力器的制动助力更加的有助于结构的简化、噪音的降低和调节踏板的感受。TBS产品还需要在不同的环境条件下(高温、常温、低温)进行工作,那么在与有刷电机相比较之下无刷电机能够更好的实现TBS产品的需求。
结构上,无刷电机和有刷电机有相似之处,都有转子和定子,只不过和有刷电机的结构相反:有刷电机的转子是线圈绕组,和动力输出轴相连,定子是永磁磁钢;无刷电机的转子是永磁磁钢,连同外壳一起和输出轴相连,定子是绕组线圈,去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷,故称之为无刷电机(Brushless motor)。
(1)方波控制:通过霍尔传感器获得电机转子的位置,然后根据转子的位置在360°的电气周期内,进行6次换向(每60°换向一次)。每个换向位置电机输出特定方向的力,因此可以说方波控制的位置精度是电气60°。由于在这种方式控制下,电机的相电流波形接近方波,所以称为方波控制。
(2)弦波控制:使用的是SVPWM波,输出的是3相正弦波电压,电机相电流为正弦波电流。可以认为在一个电气周期内进行了多次的连续变化换向,无换相电流突变。显然,正弦波控制相比方波控制,其转矩波动较小,电流谐波少,控制程度更好。
简单而言,依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形,在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场,这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动,电机就转起来了。

实际上,想要控制无刷电机旋转,根本的问题就是产生6拍工作方式的电压信号(称为BLDC的六步控制)。举个例子来说明,假设一个无刷电机的额定电压为24V,电机三根线就定义为A、B、C:

(1)为A接24V、B悬空、C接GND,此时对应上图中的①,电机转轴被固定在一个位置;
(2)在(1)的基础上,我们修改接线方式,为A接24V、B接GND、C悬空,此时对应图中的②,电机转轴就在(1)基础上旋转一个角度,达到另外一个位置;
(3)在(2)的基础上,我们修改接线方式,为A悬空、B接GND、C接24V,此时对应图中的③,电机转轴就在(2)基础上旋转一个角度,达到另外一个位置;
(4)在(3)的基础上,我们修改接线方式,为A接GND、B悬空、C接24V,此时对应图中的④,电机转轴就在(3)基础上旋转一个角度,达到另外一个位置;
(5)在(4)的基础上,我们修改接线方式,为A接GND、B接24V、C悬空,此时对应图中的⑤,电机转轴就在(4)基础上旋转一个角度,达到另外一个位置;
(6)在(5)的基础上,我们修改接线方式,为A悬空、B接24V、C接GND,此时对应图中的⑥,电机转轴就在(5)基础上旋转一个角度,达到另外一个位置。
无刷电机是重要的机械装置,为了让它在运行的过程中更易于控制,其安全性与稳定性得到提高,所以关于它的研究一直都在不断地创新中。