无刷直流电机构成及工作原理详解.doc

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1、无刷直流电机构成及工作原理详解　　无刷直流电机（BLDC）是永磁式同步电机的一种，而并不是真正的直流电机，英文简称BLDC。区别于有刷直流电机，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的调速电机。　　　　一　　有刷直流电机简介　　介绍无刷直流电机之前，我们来看看有刷电机：　　无刷直流电机构成及工作原理详解　　无刷直流电机（BLDC）是永磁式同步电机的一种，而并不是真正的直流电机，英文简称BLDC。区别于有刷直流

2、电机，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的调速电机。　　　　一　　有刷直流电机简介　　介绍无刷直流电机之前，我们来看看有刷电机：　　　　直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称，其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器，使得驱动方法简单，其模型示意图如下图所示。　　　　直流电机模型示意图　　　　DC电机（有刷电机）的运转示意图　　电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子（电枢）、换向器

3、和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流，电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，这样，直流电机的转子就会持续运转下去。　　有直流电机有以下缺点　　结构相对复杂，增加了制造成本；　　容易被环境（如灰尘等）影响，降低了工作的可靠性；　　换向时会产生火花，限制了使用范围；　　容易损坏，增加了维护成本等。　　二　　无刷直流电机简介　　BLDC电机中的“BL”意为“无刷”，就是DC电机（有刷电机）中的“电刷”没有了。　　无刷直流电机(BLDC)以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具

4、有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。　　　　图1、无刷直流电机模型　　　　BLDC电机的运转示意图　　无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。可见，它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多(原来的定子变为转子，转子变为定子)，绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护成本，但无刷直流电机不能自动换向(相)，牺牲的代价是电机控制器成本的

5、提高(如同样是三相直流电机，有刷直流电机的驱动桥需要4只功率管，而无刷直流电机的驱动桥则需要6只功率管)。　　图1所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机，它的定子在内，转子在外。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。　　无刷直流电机有以下的特点　　无刷直流电机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩；　　无刷直流电机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行；　　无刷直流电机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的

6、表现；　　无刷直流电机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以进入发电机状态；　　无刷直流电机的体积小，功率密度高；　　无刷直流电机无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电机内部，可靠性高；　　无刷直流电机比异步电机的驱动控制简单。　　三　　无刷直流电机工作原理　　无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转

7、动起来。　　如图2所示为无刷直流电机的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的G极接12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。　　　　图2：无刷直流电机转动原理示意图　　为了方便理解，本文以下内容统一用如下图所示的这两种符号作

8、为模型简介，图A为电机转子和定子在同一圆心上，图B为不同一圆心上，是为了方便说明电机内部磁场。　　　　无刷直流电机结构示意图　　无刷直流电机工作原理视频　　电动机的定子绕组多做成三相对称星形接