无位置传感器的伺服电机(通常称为“无刷直流电机”或“无感伺服”),主要是为了在满足特定应用需求的同时,实现成本优化、结构简化、可靠性提升。其核心逻辑是:在性能要求允许的范围内,用先进的控制算法来替代物理传感器。不是为了替代高性能伺服,而是为了填补市场空白。它在成本、体积、可靠性具有优势,通过算法补偿在适合的场景下达到“够用”的性能。
应用场合有:
风机、水泵:对转速的稳态精度有要求,但对瞬间启停、快速响应(高动态性能)要求不高。
传送带、简单物料输送:需要稳定的速度控制,位置精度要求一般为中等或较低。
家用电器(如变频风扇、高端洗衣机泵):成本敏感,空间有限,环境可能潮湿。
搅拌设备:需要实现从低速(每分钟几转或几十转)到高速 (每分钟5000转)的稳定速度控制。
蠕动泵、注射泵、计量泵等:需要角度位置控制,要求电机尺寸小、高效率、发热低。
某些对成本极度敏感且工况简单的工业设备。
尼得科无位置传感器伺服电机24H:(Φ43× 43.4mm)
采用无传感器位置控制 。
基板集成式电机,内部捕获控制信息并进行控制 。
不需外置驱动板 。
电机转速0~5000rpm
输出功率70瓦,(240mN.m @ 3000rpm)
定位角度分辨率0.9°。
角度精度±3°
输入扭矩约等于42型混合式步进电机的大小,通过减速装置可接近57步进电机的速度与扭矩。
控制方式:脉冲+方向的控制方式(类似于步进电机+驱动器的控制方式),一个脉冲走一个角度。
高频注入法 是一种用于无位置传感器永磁同步电机或永磁辅助同步磁阻电机实现转子位置与角度估算的关键技术,从而实现对电机的精确角度控制。
其核心原理和实现方式如下:
- 基本原理: 在电机定子绕组中注入一个高频(通常远高于基波频率)的电压信号(通常是旋转高频或脉振高频)。由于电机转子的凸极效应(磁路磁阻随转子位置变化),高频电流的响应会包含转子位置信息。通过检测和解调这个高频响应电流,可以估算出转子的角度。
- 主要优点: 零低速性能优异:不依赖电机的反电动势,因此在电机零速和极低速下也能有效工作,可实现从零速启动和低速高转矩控制。 对电机参数变化相对不敏感:主要依赖凸极特性,对电阻、电感等参数的变化,鲁棒性较好。
- 主要缺点与挑战: 依赖凸极效应:对于表面贴式永磁同步电机等凸极率不明显的电机,效果会变差或无法使用。 带来噪音与转矩脉动:注入的高频信号会产生可闻的高频噪音,并可能引起额外的转矩脉动。 算法复杂:需要设计滤波器分离高频响应信号,并进行复杂的坐标变换和解算,对处理器算力有一定要求。
总结来说,高频注入法通过“主动探测”的方式,解决了无传感器控制中零低速下转子角度不可观测的难题,是实现全速域无传感器角度控制的核心方法之一,广泛应用于风机、泵、压缩机、伺服驱动等对启动和低速性能要求高的领域。