近年來，伴隨著電子電力技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的興起，無刷直流電機也出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中，它是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備、科學(xué)技術(shù)和軍事裝備中的重要組成部分之一，有很好的發(fā)展前景。.

本文章主要討論無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性，闡述了電機各個部分之間的關(guān)系，作為電磁設(shè)計計算和研究分析的基礎(chǔ)。

無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu)

無刷直流電機的基本組成結(jié)構(gòu)包括電機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換相電路。具體如圖所示

電機本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電機類似，它是無刷直流電機能夠?qū)崿F(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的核心部分，所以它的設(shè)計針對整個系統(tǒng)的可靠運行有著至關(guān)重要的作用。位置傳感器用來檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置，它是代替機械換相得關(guān)鍵部件，傳感器輸出的位置信號經(jīng)過邏輯單元的處理，會產(chǎn)生相對應(yīng)的開關(guān)信號，接收到開關(guān)信號后，驅(qū)動控制電路的功率開關(guān)元器件相繼被觸發(fā)，這樣直流側(cè)的電能轉(zhuǎn)換成了機械能，電機會產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)可靠運行。

電機本體

無刷直流電機本體主要有定子和轉(zhuǎn)子組成

定子

定子是電動機靜止不動的部分。它通常由定子鐵心，電樞繞組以及機座三個部分組成。為了有效地降低定子鐵損，定子的鐵心一般采用硅鋼片疊壓而成。硅鋼片沖成帶有齒槽的環(huán)形沖片，同時會對沖片表面進行移動那個的絕緣處理來降低渦流損耗，為了減小電機的轉(zhuǎn)矩波動和噪音，定子鐵心會采用斜槽。定子的槽內(nèi)可以安放電電樞繞組。槽數(shù)的選擇需要綜合考慮永磁體的極對數(shù)和控制電路的相數(shù)。

定子的繞組也是電機本體的重要組成部分。接入電源后，電流流入繞組會產(chǎn)生相應(yīng)的磁勢，隨后與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的主磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)無刷直流電機處于負載運行的狀態(tài)時，會在繞組中產(chǎn)生一定得反電勢，整個過程電機消耗了一定得電功率而輸出了機械功率，將電能轉(zhuǎn)換為機械能。

轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子是電機的轉(zhuǎn)動部分，它能夠產(chǎn)生主磁場，通常由永磁體、導(dǎo)磁體和支撐零部件組成。

永磁體和導(dǎo)磁體是產(chǎn)生磁場的核心。鋁鎳鈷、鐵氧體是早期使用的第一、二代永磁材料，目前使用較多的是稀土永磁材料。它主要分為稀土鈷和釹鐵硼，特點是剩磁高、矯頑力高、磁能積高。但是釹鐵硼的磁性更好，價格更便宜，所以自從問世以來，在工業(yè)和民用的永磁電機中得到廣泛的推廣。導(dǎo)磁體一般用10號鋼或者工業(yè)用電工純鐵等。

機械支撐零部件由轉(zhuǎn)軸、軸套和壓圈組成。它們起著固定永磁體和導(dǎo)磁體的作用。作為運行可靠、轉(zhuǎn)軸需要耐住一定的強度，所以通常有非導(dǎo)磁性材料，比如圓鋼等車磨而成。軸套和壓圈通常選用黃鋼和鋁。

無刷直流電機的轉(zhuǎn)子位置傳感器

轉(zhuǎn)子位置傳感器是無刷直流電機的一個關(guān)鍵部件。它的作用是測定某一時刻定轉(zhuǎn)子的磁極位置，從而為電子換相電路提供正確的信號。

位置傳感器通常也是釘子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成。轉(zhuǎn)子是用來確定電動機本體磁極的位置，定子的安放是為了檢測和輸出轉(zhuǎn)子的位置信號。傳感器發(fā)展至今，形成了很多種類，可以滿足人們的不同場合應(yīng)用?，F(xiàn)在將常見的傳感器類型介紹如下：

（1）電磁式位置傳感器

它的工作原理是基于電磁感應(yīng)進行傳感，使用時電磁傳感器件裝在定子組件上，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)證變化時，傳感器由于電磁感應(yīng)會產(chǎn)生相應(yīng)的高頻調(diào)制信號。

電磁式位置傳感器的優(yōu)點是強度較高，可以經(jīng)受較大的沖擊，同時輸出信號大，一般不需要經(jīng)過放大就可以直接驅(qū)動開關(guān)管，但是它的輸出是交流電壓信號，需要調(diào)整流，同時體積比較笨重，信噪比較低，因而在普通的情況下使用并不廣泛

（2）磁敏式位置傳感器

它的工作原理就是利用電流的磁效應(yīng)進行工作，通常的磁敏傳感器有霍爾元件，磁敏電阻器或者專用集成電路等。磁敏式傳感器的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，對性能和環(huán)境要求不高的場合應(yīng)用比較廣泛。

（3）光電式位置傳感器

它的工作原理是基于光電效應(yīng)進行傳感，使用時光傳感器件裝在定子組件上，轉(zhuǎn)子上有遮光板，光源為發(fā)光二極管或者小燈泡。這樣轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，光敏元件由于遮光板的作用會按一定得頻率產(chǎn)生脈沖信號。

光電式傳感器的特點就是輸出的為直流信號，不需要進行整流，輕便可靠，但是信號較弱，需要經(jīng)過放大才能控制開關(guān)管。如圖所示，即為一個光電式位置傳感器的工作原理圖，紅外發(fā)光二級管VD1通過發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤P隨電機轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)時，紅外光間斷低照在光敏三級管V1上，是其不斷導(dǎo)通和截止，其輸出信號反映了轉(zhuǎn)子位置，經(jīng)過放大后驅(qū)動逆變器開光V2

除了以上常見的位置傳感器外，近年來也出現(xiàn)了無位置傳感器。當(dāng)電機本身體積較小，安裝傳感器不便時，就可以采用位置傳感器技術(shù)，但是他的啟動轉(zhuǎn)矩不高，適合在小型電機、輕載條件下使用。

電子轉(zhuǎn)相電路

通常，無刷直流電機的電子環(huán)相線路由功率開關(guān)器件和邏輯控制電路組成。功率開關(guān)器件將直流電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給定子的各相繞組，這樣的電機會持續(xù)不斷地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并輸出送出去。控制部分是將通過傳感器檢測得到的信號換成對應(yīng)的脈沖信號去驅(qū)動功率開關(guān)器件，從而實現(xiàn)控制電機定子各相繞組導(dǎo)通時間的功能。

目前，無刷直流電機的主開關(guān)一般是用IGBT或者MOS管等全控制器件，有些主電路已經(jīng)有了集成功率模塊和智能功率模塊，它們的應(yīng)用可以使整個系統(tǒng)可靠性大幅度提高。

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