无刷直流电动机的结构

无刷直流电机的组成及工作原理

2.1 引言

直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。下文从无刷直流电动机的三个部分对其发展进行分析。

2.2 无刷直流电机的组成

2.2.1 电动机本体

无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样，但它的电枢绕组放在定子上，转子采用的重量、简化了结构、提高了性能，使其可*性得以提高。无刷电动机的发展与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性材料的一场革命。第三代钕铁硼永磁材料的应用，进一步减少了电机的用铜量，促使无刷电机向高效率、小型化、节能的方向发展。

目前，为提高电动机的功率密度，出现了横向磁场永磁电机，其定子齿槽与电枢

线圈在空间位置上相互垂直，电机中的主磁通沿电机轴向流通，这种结构提高了气隙磁密，能够提供比传统电机大得多的输出转矩。该类型电机正处于研究开发阶段。

2.2.2 电子换相电路

控制电路：无刷直流电动机通过控制驱动电路中的功率开关器件，来控制电机的转速、转向、转矩以及保护电机，包括过流、过压、过热等保护。控制电路最初采用模拟电路，控制比较简单。如果将电路数字化，许多硬件工作可以直接由软件完成，可以减少硬件电路，提高其可靠性，同时可以提高控制电路抗干扰的能力，因而控制电路由模拟电路发展到数字电路。

驱动电路：驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。驱动电路由大功率开关器件组成。正是由于晶闸管的出现，直流电动机才从有刷实现到无刷的飞跃。但由于晶闸管是只具备控制接通，而无自关断能力的半控性开关器件，其开关频率较低，不能满足无刷直流电动机性能的进一步提高。随着电力电子技术的飞速发展，出现了全控型的功率开关器件，其中有可关断晶体管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）、金属栅双极性晶体管IGBT 模块、集成门极换流晶闸管（IGCT）及近年新开发的电子注入增强栅晶体管（IEGT）。随着这些功率器件性能的不断提高，相应的无刷电动机的驱动电路也获得了飞速发展。目前，全控型开关器件正在逐渐取代线路复杂、体积庞大、功能指标低的普通晶闸管，驱动电路已从线性放大状态转换为脉宽调制的开关状态，相应的电路组成也由功率管分立电路转成模块化集成电路，为驱动电路实现智能化、高频化、小型化创造了条件。

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Word资料 二相导通星形三相六状态无刷直流永磁电动机工作原理

直流电动机运行效率高、调速性能好，直流永磁电动机又有节能的优点，但电机中的电刷换向器存在火花、无线电干扰、噪声，因磨损而寿命短，使直流电动机的应用受到很大限制。近年来功率电子器件的迅速发展使得采用电子开关代替换向器成为现实，无刷直流永磁电动机才得以迅速发展。

有电刷直流永磁电动机工作原理还是基于通电导体在磁场中受力的原理，而无刷直流永磁电动机的工作原理则不同，是靠定子磁场与转子磁场间的作用力拉动转子转动的。定子的基本结构类似交流三相电机，三个线圈绕组由电子开关元件按规律接通直流电源形成旋转磁场，从而拉动转子旋转。

ABC三组线圈的连接方式也与交流电机的三相线圈一样，有星形接法与三角形接法，图1下左是星形接法，图1下右是三角形接法。 .

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星形接法在无刷直流永磁电动机应用较多，图2是星形接法线圈与电子换向器的连接图，由换向器中六个开关晶体管BG1至BG6组成的桥式电路切换通过ABC三个线圈的电流。例如BG1与BG5导通时电流从A线圈流进B线圈流出；如果BG2与BG4与BG6导通时电流从B线圈流进从A线圈与C线圈并联流出。每个开关晶体管旁并联有续流二极管为开关晶体管关断时提供续流通路。

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我们通过一个实际的结构模型来展示三个线圈电流的切换顺序，这是一个典型结构，模型由六槽结构的定子与两极永磁转子组成，图3是六槽定子示意图，定子内圆周有六个嵌线槽。 .

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在嵌线槽内嵌有ABC三个线圈，三个线圈按星形连接，图4是嵌有线圈的定子示意图。 .

(完整)永磁无刷直流电动机的基本工作原理

永磁无刷直流电动机的基本工作原理

无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。

1. 电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。

无刷直流电动机的原理简图如图一所示：

永磁无刷直流电动机的基本工作原理

主电路是一个典型的电压型交-直-交电路,逆变器提供等幅等频5—26KHZ调制波的对称交变矩形波。

永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波,结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号:101、100、110、010、011、001,通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3—T6导通、T3-T2导通、T5—T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C—、B+C-、B+A-、C+A-、C+B—上,这样转子每转过一对N—S极,T1—T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度,转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码,新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度,如此循环，无刷直流电动机将产(完整)永磁无刷直流电动机的基本工作原理

生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。

第４０卷第７期・学术　Ｖｏ１．４０　Ｊｕｌｙ　７　湖南农机　ＨＵＮＡＮ　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　２Ｏ１３年７月　Ｊｕｌｙ．２０１　３　

直流无刷电动机的结构与性能分析　

唐小元　

（林泉航天电机有限公司，贵州　贵阳５５０００８）　

摘要：新世纪以来精密伺服装置向朝着高端不断发展，作为动力的直流无刷电动机作为高性能、高功率密度和长　

寿面的特种电机越来越引起了，＆－＇ｆｆｌ的重视。通过研究总结无刷电机结构与性能的各种联系与区别，有助于无刷电机的　设计和使用。　关键词：无刷电动机；结构；生产工艺性；性能　中图分类号：ＴＰ３５１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—８３２０（２０１３）０７—０１２６—０２　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＤＣ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ　

ⅣＧ　口ｏ－ｙｕａｎ　

（Ｌｉｎｑｕａｎ　ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　５５０００８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｃｅｎｔｕｒｙ，ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎ　ｔｈｅ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ａｓ　ａ　ｓｐｅｃｉａｌ—　ｔｙ　ｍｏｔｏｒｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｎｇｅｖｉｔｙ　ｈａｖｅ　ａｔｔｒａｃｔｅｄ　ｐｅｏｐｌｅ　Ｓ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｂｙ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　

ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ．Ｉｔ　ｉｓ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｆｏｒ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｕｓｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｉｌｉｔｙ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ