直流无刷电机工作原理及换相噪声的频率计算公

直流无刷电机工作原理及换相噪声的频率计算公式

1.直流无刷电机的基本结构

        直流无刷电机利用电子开关线路和位里传感器来代替电刷和换相器，使这种电机既具有直流电机的特性，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。

        直流电源通过开关线路向电机定子绕组供电，电机转子位置由位置传感器检测并提供信号去触发电子开关电路中的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电机的转动，结构如图1所示。

2.直流无刷电机的工作原理
        本文以LN65-ZL电机为例，说明电机的工作原理。该电机为8级12槽电机，在某一瞬间，定子和转子之间的位置关系如图2所示。取出该电机的一个单元电机(图2中1/4部分即定转子各一对极)进行简化分析，转子每转动一个角度，由位置传感器感应出转子的位置，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制信号经驱动电路隔离放大后控制电子开关电路中的的功率开关元件，使电机的各相绕组按一定的顺序工作。

3.换相噪声的频率计算公式推导
        图3表示电机的6个工作状态。其中，1和0表示三向绕组中电流的方向，1为正向，0为负向。三相绕组中从绕组的首端进、末端出为正，从绕组的末端进、首端出为负。
        从图3可看出，直流无刷电机的一个单元电机(即电机的定子或转子中一对极)在一个周期内有6种工作状态，相邻两种工作状态的转换，对定子和转子都会产生转矩脉动，即换相转矩脉动。由于电机有4对极，相应的一个周期内，将有4x6=24种工作状态。综上所述，可推导直流无刷电机换相转矩脉动频率，简称换相频率为:
        f=i×k×p×n/60(1)
        其中，i—频率的阶数;产一一换相噪声频率，Hz;
        k—电机定转子中每对极在一个周期内所对应的工作状态数;
        P—电机极对数;
        n—电机转速，rpm。
        由于大部分电机是上述第6种状态，所以公式也可简化为
        F=0.1×p×no                                   (2)
        当直流无刷电机的某一阶换相频率接近或等于电机系统中的任何一个部分的固有频率时，就会产生明显的振动和换相噪声，频率与换相频率f相同。