近年來，伴隨著電子電力技術的發(fā)展和新型永磁材料的興起，無刷直流電機也出現(xiàn)在人們的視野當中，它是現(xiàn)代工業(yè)設備、科學技術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構、工作原理和工作特性，闡述了電機各個部分之間的關系，作為電磁設計計算和研究分析的基礎。

無刷直流電機的基本結構

無刷直流電機的基本組成結構包括電機本體、轉子位置傳感器和電子換相電路。具體如圖所示

電機本體在結構上與永磁同步電機類似，它是無刷直流電機能夠?qū)崿F(xiàn)機電能量轉換的核心部分，所以它的設計針對整個系統(tǒng)的可靠運行有著至關重要的作用。位置傳感器用來檢測轉子磁極的位置，它是代替機械換相得關鍵部件，傳感器輸出的位置信號經(jīng)過邏輯單元的處理，會產(chǎn)生相對應的開關信號，接收到開關信號后，驅(qū)動控制電路的功率開關元器件相繼被觸發(fā)，這樣直流側的電能轉換成了機械能，電機會產(chǎn)生輸出轉矩，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)生相應的磁勢，隨后與轉子永磁體產(chǎn)生的主磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉矩。當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，將電能轉換為機械能。

轉子

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

永磁體和導磁體是產(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軸、軸套和壓圈組成。它們起著固定永磁體和導磁體的作用。作為運行可靠、轉軸需要耐住一定的強度，所以通常有非導磁性材料，比如圓鋼等車磨而成。軸套和壓圈通常選用黃鋼和鋁。

無刷直流電機的轉子位置傳感器

轉子位置傳感器是無刷直流電機的一個關鍵部件。它的作用是測定某一時刻定轉子的磁極位置，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子兩個部分組成。轉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進行傳感，使用時電磁傳感器件裝在定子組件上，當永磁體轉子位置發(fā)證變化時，傳感器由于電磁感應會產(chǎn)生相應的高頻調(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構簡單、體積較小，對性能和環(huán)境要求不高的場合應用比較廣泛。

（3）光電式位置傳感器

它的工作原理是基于光電效應進行傳感，使用時光傳感器件裝在定子組件上，轉子上有遮光板，光源為發(fā)光二極管或者小燈泡。這樣轉子旋轉時，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，當遮光盤P隨電機轉子一起旋轉時，紅外光間斷低照在光敏三級管V1上，是其不斷導通和截止，其輸出信號反映了轉子位置，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，但是他的啟動轉矩不高，適合在小型電機、輕載條件下使用。

電子轉相電路

通常，無刷直流電機的電子環(huán)相線路由功率開關器件和邏輯控制電路組成。功率開關器件將直流電源的功率以一定的邏輯關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)生轉矩并輸出送出去?？刂撇糠质菍⑼ㄟ^傳感器檢測得到的信號換成對應的脈沖信號去驅(qū)動功率開關器件，從而實現(xiàn)控制電機定子各相繞組導通時間的功能。

目前，無刷直流電機的主開關一般是用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，它們的應用可以使整個系統(tǒng)可靠性大幅度提高。

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