從戴森吹風機馬達看中外差距

2021-01-21 開源Block


戴森,一家來自於英國的傳奇性家電產品公司。之所以說他傳奇,是因為他們的產品開始時在英國是賣不掉的,但是卻在日本這個家電大王的國家賣成功了。

我個人呢,因為愛國,所以不太關注外國產品,特別是戴森那樣的網紅產品,更沒有興趣關注,畢竟哥是有素質的人,不能看央視都批判了低俗的抖音快手那些東西。

 一直到前幾天,微信圈裡在傳播一個戴森吹風機拆解的文章,才注意到了「戴森數字馬達」。

又發現,很多人都特別關注這個東西,甚至有一個北大還是清華搞創業的,也在號稱自己研發出來了戴森馬達。

因為我從小關注馬達,所以就趁便也看了看戴森的這個很高級的數字馬達。

真是不看不知道,一看嚇一跳!

原來,中外在馬達領域,差別已經這麼大了!

隨著電動自行車和電動汽車的普及,中國每年都要生產很多被叫做BLDC的直流無刷馬達了,並且,在沒有特別說明下,這些被叫做BLDC的馬達,都是「三相無刷直流電機」。

顧名思義,就是說這種馬達有三組互成一定夾角的繞組,然後,我們在這些繞組中,按照特定的條件,送進三路驅動信號,馬達就能平穩轉動了。

直流無刷馬達,對比有刷馬達,具有很多的好處,參見我編寫的《BLDC三節課》中的內容,此處就不再贅述了。

同樣地,戴森的數字馬達,也是無刷的,在戴森公司的官方介紹中,能看到和表述直流無刷馬達優點的話語幾乎完全相同的話語。

為了理解戴森馬達原理,讓我們把時光穿越35年,來到我初中時代吧! 


初中物理中,我們學習了怎麼樣使用左手定則來判斷磁場中通電導線受力方向。

當我們把單根導線改成環形時,就可以得到直流馬達的原理圖了。

但是,在得到了這樣的原理後,又經過了很多年,人類才製造出來了真正的電機。原因是,圖中的線圈,轉動到水平位置時,線圈兩端受到的力的方向會正好相反,形成死點造成馬達無法繼續運轉。所以,一些聰明的人,就給電機的線圈增加了換向器和電刷,做出來了直流有刷馬達。這種無刷馬達,使用了三個繞組,所以可以保證轉子在任何角度通上電都會有力作用在轉子上。

後來,就有聰明人,把電刷和換向器改成了電子的,就出現了直流無刷馬達了。類似於上面的這種有刷電機的結構,做出來的無刷電機,因為有三個繞組,就會叫做「三相無刷直流電機」。

雖然我們講到BLDC時,通常都是指三相馬達,但是,馬達也有五相甚至更多相的。當然,也有兩相甚至單相的。

單相直流無刷電機和兩相無刷直流電機是指擁有一個繞組和兩個繞組的。有人把一個繞組的電機也叫兩相電機,實際上是不對的,兩相電機也是存在的,特點是有兩個繞組。

下面給出一個單相直流無刷馬達的結構示意圖,並且解釋一下單相直流無刷電機的問題。                   

單相無刷直流電機,由於只有一個線包,所以會像本文前面描述直流電機原理時的那樣,出現死點,在死點時,就算給定子繞組加上電壓,轉子也會因為沒有力矩而不會轉動起來。

單相和兩相直流無刷電機因為功率密度小、力矩小、啟動慢、轉矩波動大,但是因為結構簡單、電機和驅動電路成本都比較低,所以電腦風扇之類產品上具有廣泛的應用。

被神話了的戴森馬達,又是一個怎樣的工作原理呢? 

下面是戴森馬達的照片      


雖然這個電機有4個繞組,但是我們可以清楚的看到,這個電機僅僅有兩條引線罷了。也就是說,這個電機是一個典型的單相無刷直流電機。和我們滿大街的三相直流無刷電機相比,它一定具有「功率密度小、力矩小、啟動慢、轉矩波動大」的缺點,唯一的好處就是驅動電路簡單,成本低!

 那麼,文章的最後,該說什麼呢?

中國,在很多領域的進步,早已經超過了破英國之類了。但是,因為咱們中國的話語權都是掌握在一些崇洋媚外的文科生手中,以至於戴森那樣的低層次電機,到了中國就成為神仙般的存在了。

所謂的戴森數字電機,說穿了,比我們在大街上看到的電動自行車的電機要差幾十萬條大街!

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