5、机电执行器：原理、设计与应用

机电执行器：原理、设计与应用

1. 无刷直流电机（BLDC）概述

无刷直流电机（BLDC）相较于常见的有刷电机，设计更为简单，组件更少。由于没有电刷，它具有低噪音、高可靠性和高耐用性的特点，这使其成为心室辅助装置（VADs）执行器的首选。同时，通过应用具有高磁通量密度的材料，能够实现高功率密度。例如，在制造永磁体和转子时，使用钕（Nd）、钐（Sm）、钐钴合金（SmCo）以及钕铁硼合金（NdFeB）等稀土元素，有助于减小体积并提高效率。

2. 轴向流无刷电机

轴向流无刷电机属于永磁同步电机，其旋转与供电电流同步，无滑差现象。与径向流电机相比，它的电磁学基本原理相似，但更为紧凑，适用于物理空间受限的项目。

轴向电机可分为单面和双面电机两类。单面电机的结构配置包括有槽或无槽定子以及凸极定子；双面电机的结构配置有有槽或无槽定子、有芯或无芯定子，甚至定子和转子都无芯。

控制BLDC电机启动有两种方式：有传感器控制和无传感器控制。大多数驱动器使用霍尔效应传感器来确定转子位置，这些传感器安装在定子中。传感器将位置信息发送给控制系统，控制系统按顺序为各相通电，以实现可控的旋转运动。然而，在执行器设计中，为了开发更小的设备，插入霍尔传感器会增加空间、体积和导体数量，且可靠性和维护也是重要问题。若传感器出现故障，无法立即更换，这在VAD应用中可能会导致严重后果，因此需要冗余系统。

无传感器驱动器控制则是指没有指示转子位置的传感器。检测转子位置的技术主要有：
- 检测感应电压（断电线圈中电压的过零点）。
- 检测三次谐波。
- 检测三相逆变器回流二极管的导通区间。

3. 电磁学原理 </