# 無刷直流電機(jī)在吸塵器中的低噪音驅(qū)動(dòng)控制策略

隨著家電智能化和用戶對使用體驗(yàn)的要求不斷提高，無刷直流電機(jī)在吸塵器中的應(yīng)用越來越廣泛。然而，與此同時(shí)，低噪音運(yùn)行成為用戶關(guān)注的重點(diǎn)。本文將從無刷直流電機(jī)的工作原理出發(fā)，深入探討其在吸塵器中的低噪音驅(qū)動(dòng)控制策略，并分析相關(guān)的硬件和軟件優(yōu)化方法。

## 無刷直流電機(jī)的工作原理

無刷直流電機(jī)（BLDCM，Brushless DC Motor）通過電子控制器模擬筆刷的作用，實(shí)現(xiàn)無接觸交換電流，具有高效能、高可靠性等特點(diǎn)。其通過電感器檢測轉(zhuǎn)子的位置，按需改變繞組的電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

在吸塵器中，電機(jī)的主要噪音來源包括以下幾個(gè)方面：

• 風(fēng)噪： 掃地或吸入物體時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)噪。
• 電機(jī)噪： 電機(jī)運(yùn)行中的振動(dòng)和通風(fēng)噪聲。

## 低噪音驅(qū)動(dòng)控制策略 ### 一、傳感器優(yōu)化

高精度的位置傳感器是實(shí)現(xiàn)低噪音控制的基礎(chǔ)。常用的傳感器包括Hall傳感器和通道傳感器。對于吸塵器中的無刷直流電機(jī)，選擇очка空格傳感器效果最為顯著。下表展示了幾種傳感器的特點(diǎn)：

傳感器類型	精度	抗干擾能力	成本
Hall傳感器	中等	較高	中等
通道傳感器	高	高	較高

表中的“中等”、“高”、“較高”分別表示傳感器的不同級(jí)別，通道傳感器在吸塵器中的應(yīng)用效果更優(yōu)，盡管成本較高，但其帶來的低噪音和高精度是值得的。

### 二、Sinusoidal矢量控制

正弦波矢量控制通過優(yōu)化電壓和電流的相位關(guān)系，減少電機(jī)振動(dòng)和噪音。其工作原理是：

在交流電機(jī)中，通過矢量控制實(shí)現(xiàn)電流的正弦波形輸出，使電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

該方法的優(yōu)點(diǎn)包括：

• 減小電機(jī)振動(dòng)
• 降低噪音水平
• 提高運(yùn)行效率

### 三、場導(dǎo)數(shù)控制

場導(dǎo)數(shù)控制（Field-Oriented Control，F(xiàn)OC）是一種用于無刷電機(jī)的高性能控制策略。其通過分割速度和電壓矢量實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效控制，尤其在低速運(yùn)行時(shí)的噪音表現(xiàn)尤為突出。

FOC的具體實(shí)現(xiàn)包括以下幾個(gè)步驟：

1. 電機(jī)參數(shù)檢測： 檢測電機(jī)的電感和電阻參數(shù)。
2. 速度估算： 根據(jù)位置傳感器的反饋，估算電機(jī)轉(zhuǎn)速。
3. 矢量分解： 將電壓矢量分解為交變分量和直流分量。

在家用吸塵器中，F(xiàn)OC能有效降低低于70dB的運(yùn)行噪音，并能減少能耗10%以上。

## 硬件優(yōu)化 ### 一、PCB布局優(yōu)化

PCB的布局設(shè)計(jì)對電機(jī)噪音有重要影響。應(yīng)盡量減少電源線路的_LENGTH_、采用分")==地設(shè)計(jì)以減少干擾。

表格對比了不同電源線路布局的噪音數(shù)據(jù)：

布局類型	噪音水平（dB）
普通布局	78
優(yōu)化后布局	72

優(yōu)化后的布局能降低6dB左右的噪音水平。

### 二、散熱設(shè)計(jì)

電機(jī)的散熱設(shè)計(jì)直接關(guān)系到其運(yùn)行溫度和噪音水平。高溫會(huì)增加電阻，影響驅(qū)動(dòng)效率，進(jìn)而導(dǎo)致噪音增加。

在吸塵器中，常用的散熱設(shè)計(jì)包括：

• 采用高導(dǎo)熱材料
• 增加散熱片面積
• 引入風(fēng)冷散熱

通過優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，能有效控制電機(jī)的運(yùn)行溫度，降低噪音和能耗。

## 軟件優(yōu)化 ### 一、算法優(yōu)化

在軟件層面，主要通過改進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制算法來降低噪音。常用的算法包括：

1. PI調(diào)節(jié)器： 用于速度控制環(huán)的穩(wěn)定。
2. 矢量控制算法： 用于實(shí)現(xiàn)高精度的電壓控制。
3. 自適應(yīng)控制： 根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)。

通過引入自適應(yīng)濾波器，可有效減少來自外部干擾的影響，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

### 二、噪音預(yù)測與控制

基于Model Predictive Control（MPC，模型預(yù)測控制），可通過建立電機(jī)噪聲模型，實(shí)時(shí)預(yù)測和調(diào)節(jié)噪聲水平。

下圖展示了MPC的控制流程：

``` [這里應(yīng)有模型預(yù)測控制流程圖] ```

該方法的優(yōu)勢在于能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整控制參數(shù)，確保噪聲始終處于較低水平。

## 實(shí)際應(yīng)用案例

在幾款.market上銷售的高端吸塵器中，采用了上述的低噪音控制策略。例如：

型號(hào)	噪音水平（dB）	采用的控制策略
Type A	65	FOC+Filter優(yōu)化
Type B	68	Sinusoidal

型號(hào)A在市.tree的同類產(chǎn)品中表現(xiàn)最為突出，其噪音水平低于65dB，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

## 未來發(fā)展方向

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來在以下幾個(gè)方向上可能會(huì)有新的突破：

• AI驅(qū)動(dòng)控制： 利用AI算法提高控制精確度，進(jìn)一步降低噪音水平。
• 新型驅(qū)動(dòng)芯片： 開發(fā)更高效低噪的驅(qū)動(dòng)芯片，提升整體性能。
• 蜂窩式驅(qū)動(dòng)技術(shù)： 將多個(gè)電機(jī)協(xié)同工作，分散噪音源，降低整體噪音水平。

通過這些技術(shù)的整合，未來吸塵器的噪音控制將展現(xiàn)出更高的潛力，為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。

總之，無刷直流電機(jī)在吸塵器中的低噪音驅(qū)動(dòng)控制需要從硬件和軟件兩個(gè)層面入手，綜合運(yùn)用多種優(yōu)化策略。通過不斷技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)，將有可能實(shí)現(xiàn)更高效、更安靜的吸塵設(shè)備。