无刷直流电机基础

3 无刷直流电动机的电磁设计3.1 基本要求和主要指标3.1.1基本要求(1) 运行方式直流无刷电动机的运行方式有连续、短时和断续三种(2) 防护形式一般直流电动机的防护型式主要有防护式和封闭式两种。

(3) 温升一般交流电机包括同步电机和感应电机，转子不计算铁耗，然而该类电机正常稳态运行时，定子绕组产生的2个旋转磁场转速与转子本体转速存在较大的转差，转子铁芯损耗不容忽视。

不仅电磁设计时，其电磁负荷的选择应与常规电机有所区别，而且对通风冷却结构设计应予足够的重视。

(4) 效率(5) 电动机的转速变化率明确电机转速运行的最大区间，并应指明电机的常用转速区间，以便选择合适的电机数据，获得良好的力能指标。

3.1.2主要指标①额定功率P N = 100W②额定电压U N = 270V③额定转速n N = 1000 r/min④定子相数m = 3⑤极对数p = 4⑥定子槽数Z = 183.2 主要尺寸的确定3.2.1 定子铁心内径D a的选择我国目前制造的直流电机，其D a 与输出功率P N 的关系曲线如下，它可以作为选定D a 的初步依据。

由于P N /n N =0.0001，从张琛的《直流无刷电动机原理及应用》中图3.1定子内径D a 与单位转速输出功率P N /n N 的关系曲线查得：cm D a 5.5~0.4=，则取cm D a 5=3.2.2 电磁负荷的选择电负荷A 与磁负荷B 的选择与电动机的主要尺寸直接相关。

同时，A ,B 的选择与电动机的运行性能和使用寿命也密切相关，因此必须全面考虑各种因素，才正确选择A,B 的值。

(1) 线负荷A 高，磁负荷B 不变① 电机体积减小，节约材料② B 一定时，由于铁心重量减小，铁耗减小 ③ 绕组用铜量增加④ 增大电枢单位表面上铜耗，绕组温升增高 ⑤ 影响电机参数和电机特性: q a =ρAJ (2) 磁负荷B 高，线负荷A 不变① 电机体积减小，节约材料 ② 基本铁耗增大 ③ 磁路饱和程度增大 ④ 影响电机参数和电机特性电负荷A 与磁负荷B 与定子的内径D a 有关，根据已生产的电动机的经验数据绘制成曲线。

无刷直流电机结构、类型和基本原理2009年10月14日无刷直流电动机一、概述直流电动机的主要优点是调速和启动特性好，堵转转矩大，被广泛应用于各种驱动装置和伺服系统中。

但是，直流电动机都有电刷和换向器，其间形成的滑动机械接触严重地影响了电动机的精度、性能和可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰。

缩短电动机寿命，换向器电刷装置又使直流电动机结构复杂、噪声大、维护困难，长期以来人们都在寻求可以不用电刷和换向器装置的直流电动机。

随着电子技术的迅速发展，各种大功率电子器件的广泛采用，这种愿望已被逐步实现。

本章要介绍的无刷直流电动机利用电子开关线路和位置传感器来代替电刷和换向器，使这种电动机既具有直流电动机的特性。

又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点；它的转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转要中运行。

元刷直流电动机用途非常广泛，可作为一般直流电动机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。

无刷直流电动机将电子线路与电机融为一体，把先进的电子技术应用于电机领域，这将促使电机技术更新、更快地发展。

二、无刷直流电动机的基本结构和类型(一)基本结构无刷直流电动机是一种自控变频的永磁同步电动机，就其基本组成结构而言．可以认为是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关电路三部分组成的“电动机系统”。

其基本结构如图5一20所示。

电动机本体在结构上是一台普通的凸极式同步电动机．它包括主定子和主转子两部分，主定子上放置空间互差120。

的三相对称电枢绕组Ax、BY、cz，接成星形或三角形，主转子是用永久磁钢制成的一对磁极。

转子位置传感器也由定子、转子两部分组成。

定子安装在主电动机壳内，转子和主转子同轴旋转。

它的作用是把主转子的位置检测出来．变成电信号去控制电子开关电路，故也称转子位置检测器。

电子开关电路中的功率开关元件分别与主定子上各相绕组相连接．通过位置传感器输出的信号，控制三极管的导通和截止．从而使主定子上各相绕组中的电流也随着转子位置的改变，按一定的顺序进行切换，实现无接触式的换向。

直流无刷电机的原理
直流无刷电机的原理是基于电磁感应和电子控制技术。

它由定子、转子和电子控制器组成。

1. 定子：定子是电机的固定部分，通常由一组绕制在铁芯上的线圈构成。

定子线圈通过交流或直流电源提供电流，产生磁场。

2. 转子：转子是电机的旋转部分，通常由一组永磁体组成。

通过外加的磁场与定子磁场产生相互作用，驱动转子旋转。

3. 电子控制器：电子控制器是控制电机工作的关键部分。

它监测定子磁场和转子位置的信息，然后根据需求调整电流的方向和大小，使电机保持稳定转速或实现特定的运动控制。

在工作过程中，电子控制器会根据转子位置和速度来切换定子线圈的通电顺序，确保电流在各相线圈之间正确地流动，从而产生一个旋转的磁场。

这个旋转的磁场与转子磁场相互作用，使得转子始终被吸引到下一相线圈的磁力最强的位置，从而保持转子的旋转。

与传统的直流有刷电机相比，直流无刷电机减少了刷子和集电环的摩擦和磨损，提高了电机的效率和寿命。

另外，无刷电机的转子通过永磁体实现磁场，因此转子具有良好的动态响应，能够快速切换磁极，实现高速运动和精确控制。

总结来说，直流无刷电机利用电磁感应和电子控制技术，通过定子线圈和转子永磁体的相互作用，实现电能到机械能的转换。

它具有高效率、长寿命和精确控制等特点，广泛应用于各种领域，如家电、汽车、航空航天等。

无刷直流电机运行原理与基本控制方法无刷直流电机（Brushless DC Motor，BLDC）是一种采用电子换向器来实现转子绕组换向的直流电机。

相比传统的有刷直流电机，在控制系统和效率方面有很大的优势。

下面将详细介绍无刷直流电机的运行原理和基本控制方法。

运行原理：无刷直流电机的核心部件是转子，上面装有多个永磁体。

转子内的绕组通过电子换向器将电流应用到绕组上，从而产生旋转力。

电子换向器根据传感器反馈的位置信息，控制电流的输入，实现转子绕组的换向。

无刷直流电机根据电子换向器的类型可以分为传感器式和传感器无式两种。

传感器式无刷直流电机通过安装在转子上的霍尔传感器等位置传感器来监测转子位置，并将此信息反馈给电子换向器。

电子换向器根据转子位置信号，控制电机的相序和相电流，实现电机的转动。

传感器无式无刷直流电机则通过估计转子位置来进行控制，无需外部传感器。

在转子上安装的霍尔传感器被去除，由控制器利用电机的后电动势（back electromotive force, BEMF）信号来计算转子位置。

基本控制方法：1.电压控制：电压控制是最基本的控制方法，通过控制电压的大小和频率来改变电机的转速。

在电压控制模式下，电机的角速度和负载之间可通过非线性函数表达，反映了电机的特性。

这种控制方法简单易实现，适用于对转速要求不高的应用。

2.电流控制：电流控制是常用的无刷直流电机控制方法，通过控制电机的相电流大小和方向来实现转速和扭矩的控制。

电流控制可以实现电机的低速高扭矩输出，适用于需要精确控制扭矩输出的应用。

3.速度控制：速度控制是无刷直流电机常用的控制方法之一，通过控制电机绕组的电流来实现转速的控制。

在速度控制模式下，控制器根据转速反馈信号对电流进行调节，使电机保持设定的转速。

这种控制方法适用于需要稳定转速输出的应用。

除了以上三种基本控制方法外，还有一种称为“无刷伺服”（BLDS）的控制方法。

BLDS控制方法将电流控制和速度控制相结合，通过对电流和速度的双闭环控制，可以实现更高精度、更稳定的转速控制。

直流⽆刷电机⼯作原理详解⽆刷电机中的专业知识点⽆刷电机⼯作原理电磁学基本知识⾸先给⼤家复习⼏个基础定则：左⼿定则、右⼿定则、右⼿螺旋定则。

左⼿定则这个是电机转动受⼒分析的基础，简单说就是磁场中的载流导体，会受到⼒的作⽤。

⽤于判断导线在磁场中受⼒的⽅向：伸开左⼿，使拇指与其他四指垂直且在⼀个平⾯内，让磁感线从⼿⼼流⼊，四指指向电流⽅向，⼤拇指指向的就是安培⼒⽅向（即导体受⼒⽅向）。

右⼿定则这是产⽣感⽣电动势的基础，跟左⼿定则的相反，磁场中的导体因受到⼒的牵引切割磁感线产⽣电动势。

⽤于判断在磁场中运动的导体产⽣的电流⽅向：伸开右⼿，使⼤拇指跟其余四个⼿指垂直并且都跟⼿掌在⼀个平⾯内，把右⼿放⼊磁场中，让磁感线垂直穿⼊⼿⼼，⼤拇指指向导体运动⽅向，则其余四指指向感⽣电动势的⽅向。

也就是切割磁感线的导体会产⽣反电动势，实际上通过反电动势定位转⼦位置也是普通⽆感电调⼯作的基础原理之⼀。

右⼿螺旋定则（安培定则）⽤于判断通电线圈的磁场极性：⽤右⼿握螺线管，让四指弯向螺线管中电流⽅向，⼤拇指所指的那端就是螺线管的N极。

直线电流的磁场的话，⼤拇指指向电流⽅向，另外四指弯曲指的⽅向为磁感线的⽅向。

为什么要讲感⽣电动势呢？不知道⼤家有没有类似的经历，把电机的三相线合在⼀起，⽤⼿去转动电机会发现阻⼒⾮常⼤，这就是因为在转动电机过程中产⽣了感⽣电动势，从⽽产⽣电流，磁场中电流流过导体⼜会产⽣和转动⽅向相反的⼒，⼤家就会感觉转动有很⼤的阻⼒。

不信可以试试。

三相线分开，电机可以轻松转动三相线合并，电机转动阻⼒⾮常⼤看完了三⼤定则，我们接下来先看看电机转动的基本原理。

第⼀部分：直流电机模型我们找到⼀个中学物理学过的直流电机的模型，通过磁回路分析法来进⾏⼀个简单的分析。

状态1当两头的线圈通上电流时，根据右⼿螺旋定则，会产⽣⽅向指向右的外加磁感应强度B（如粗箭头⽅向所⽰），⽽中间的转⼦会尽量使⾃⼰内部的磁感线⽅向与外磁感线⽅向保持⼀致，以形成⼀个最短闭合磁⼒线回路，这样内转⼦就会按顺时针⽅向旋转了。

电机控制技术《直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用》直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用一、直流无刷电机的工作原理直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。

在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。

直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。

也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。

直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。

电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。

不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器 (inverter)转成3相电压来驱动电机。

换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂 (Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。

控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。

直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall- sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。

但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。

图一：直流无刷驱动器包括电源部及控制部要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器 (inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二） inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。

无刷电机基础知识一、无刷直流电机基本概念无刷直流电机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化电机，它是现代电子技术（包括电子电力、微电子技术）、控制理论和电机技术相结合的产物。

和普通的有刷直流电机利用电枢绕组旋转换向不同，无刷电机是利用电子换向并磁钢旋转的电机。

普通的直流电机是利用碳刷进行换向的，碳刷换向存在很大的缺点，主要包括1、机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短。

2、结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维护。

3、由于换向器存在，限制了转子惯量的进一步下降，影响了动态性能。

而无刷直流电机的命名就说明了电机的特性：在电机性能上和直流电机性能相近，同时电机没有碳刷。

无刷电机是通过电子换向达到电机连续运转目的的。

无刷电机的换向模式分为方波和正弦波驱动，就其位置传感器和控制电路来说，方波驱动相对简单、价廉而得到广泛利用。

目前，绝大多数无刷电机采用方波驱动，目前市场上的模型电机全部是方波驱动。

二、无刷电机的技术优势及劣势无刷电机的技术优势：1、良好的可控性、宽调速范围。

2、较高的可靠性、工作寿命长、无需经常维护。

3、功率因数高、工作效率高、功率密度大。

同样的，无刷直流电机也存在一定的技术劣势1、需要电子控制器才能工作，增加了技术复杂性和成本、降低了可靠性。

2、转子永磁材料限制了电机使用环境，不适用于高温环境。

3、有明显的转矩波动，限制了电机在高性能伺服系统、低速度纹波系统的应用。

三、无刷电机基本参数命名：外转子电机的命名原则，各个厂家有所不同，有以电机定子的直径高度来命名，也有以电机的直径高度来命名，我司的电机都是以电机定子的直径与高度来命名。

例如2212电机，指的是该电机定子直径22MM，高度8MM。

定子直径：硅钢片定子的直径定子高度（厚度）：硅钢片定子的高度铁芯极数（槽数）：定子硅钢片的槽数量磁钢极数（极数）：转子上磁钢的数量匝数（T）：电机定子槽上面所绕漆包线的圈数，注意，常规匝数指的是相邻2个槽所绕线圈数量的和，即一个槽绕8圈，另外一个也是8圈，就是16T。

直流无刷电机基本原理
1什么是无刷直流电机
无刷直流电机（Brushed DC Motors）是一种经典的电动机，也是最常用的一种电动机。

无刷直流电机（Direct Current Motors）可以使产品运转并实现控制，它一般被用在家用电器、品牌折叠摩托车、电子游戏机、自动售货机、钻头等各类主动势机械上。

2无刷直流电机的基本原理
无刷直流电机可以把电能转换成机械能来实现转动，且能把转动结果反馈给控制系统，所以可以实现转动的控制，主要依靠电磁作用，从而实现无传动机构的转动。

无刷直流电机的内部结构是有磁极的永磁和带有铁心的旋转子构成的。

当外部通过端子接入电源，从而引起电磁感应产生旋转力，进而将机械动能传递给轴心。

此外，电流改变时，也可以改变转动角度，完成控制。

3无刷直流电机的优点
无刷直流电机是工业自动化应用中简易实用的一种传动机械机型，它有几个优点：它可以无极性调速，不需要复杂的调速装置，并可启动、停止和正反转；它可以实现低速多台联合的批量化操作；它具有极高的效率，可以使用效率相对比较高的驱动器；它可以操纵灵巧，完美满足传动系统的非常苛刻的要求。

无刷直流电机也有一些缺点，但是无刷直流电机依然成为机器人工业发展领域中电动机实用性应用最广泛、功能最强大的一种电动机。