无刷直流水泵是相对于有刷直流泵而言的。
一:无刷直流水泵简介
无刷直流水泵即BLDC PUMP,其中“BL”意为“无刷”,DC即直流电机。
无刷直流水泵(BLDC PUMP)以电子换向器取代了机械换向器,所以无刷直流水泵既具有直流电机良好的调速性能等特点,又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。
无刷直流水泵主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。可见,它和直流电机有着很多共同点,定子和转子的结构差不多(原来的定子变为转子,转子变为定子),绕组的连线也基本相同。但是,结构上它们有一个明显的区别:无刷直流水泵没有直流电机中的换向器和电刷,取而代之的是位置传感器。这样,电机结构就相对简单,降低了电机的制造和维护成本,但无刷直流水泵不能自动换向(相),牺牲的代价是电机控制器成本的提高(如同样是三相直流电机,有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管,而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管)。
三、无刷直流水泵工作原理
无刷直流水泵的定子是线圈绕组电枢,转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流,则电机只能产生不变的磁场,电机不能转动起来,只有实时检测电机转子的位置,再根据转子的位置给电机的不同相绕组通以对应的电流,使定子产生方向均匀变化的旋转磁场,电机才可以跟着磁场转动起来。
如图所示为无刷直流水泵的转动原理示意图,为了方便描述,电机定子的线圈中心抽头接电机电源 POWER,各相的端点接功率管,位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V,功率管导通,对应的相线圈通电导通。由于三个位置传感器随着转子的转动,会依次导通,使得对应的相线圈也依次通电,从而定子产生的磁场方向也不断地变化,电机转子也跟着转动起来,这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置,依次给各相通电,使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。
四、无刷直流水泵的驱动方法
无刷直流水泵的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式,它们各有特点。
1.按驱动波形:方波驱动,这种驱动方式实现方便,易于实现电机无位置传感器控制;
2.正弦驱动:这种驱动方式可以改善电机运行效果,使输出力矩均匀,但实现过程相对复杂。同时,这种方法又有 SPWM和SVPWM(空间矢量 PWM)两种方式,SVPWM的效果好于SPWM。一般高端水泵基本采用旋波驱动方式,也就是大家熟悉的FOC算法。