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。

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。

无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较1.在电动机结构与设计方面这两种电动机的基本结构相同，有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。

但永磁同步电动机要求有一个正弦的反电动势波形，所以在设计上有不同的考虑。

它的转子设计努力获得正弦的气隙磁通密度分布波形。

而无刷直流电机需要有梯形反电动势波，所以转子通常按等气隙磁通密度设计。

绕组设计方面进行同样目的的配合。

此外，BLDC控制希望有一个低电感的绕组，减低负载时引起的转速下降，所以通常采用磁片表贴式转子结构。

内置式永磁（IPM）转子电动机不太适合无刷直流电动机控制，因为它的电感偏高。

IPM结构常常用于永磁同步电动机，和表面安装转子结构相比，可使电动机增加约15%的转矩。

2.转矩波动两种电动机性能最引人关注的是在转矩平稳性上的差异。

运行时的转矩波动由许多不同因素造成，首先是齿槽转矩的存在。

已研究出多种卓有成效的齿槽转矩最小化设计措施。

例如定子斜槽或转子磁极斜极可使齿槽转矩降低到额定转矩的1%～2%以下。

原则上，永磁同步电动机和无刷直流电动机的齿槽转矩没有太大区别。

其他原因的转矩波动本质上是独立于齿槽转矩的，没有齿槽转矩时也可能存在。

如前所述，由于永磁同步电动机和无刷直流电动机相电流波形的不同，为了产生恒定转矩，永磁同步电动机需要正弦波电流，而无刷直流电动机需要矩形波电流。

但是，永磁同步电动机需要的正弦波电流是可能实现的，而无刷直流电动机需要的矩形波电流是难以做到的。

因为无刷直流电动机绕组存在一定的电感，它妨碍了电流的快速变化。

无刷直流电动机的实际电流上升需要经历一段时间，电流从其最大值回到零也需要一定的时间。

因此，在绕组换相过程中，输入到无刷直流电动机的相电流是接近梯形的而不是矩形的。

每相反电动势梯形波平顶部分的宽度很难达到120°。

正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩波动。

在永磁同步电动机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩纹波主要是电流纹波造成的。

永磁无刷直流电机的构造永磁无刷直流电机是一种重要的电动机类型，其构造与传统的有刷直流电机有所不同。

在本文中，我们将深入探讨永磁无刷直流电机的构造，了解其工作原理以及与其他类型电机的区别。

一、永磁无刷直流电机的构造永磁无刷直流电机由多个关键组件构成，包括转子、定子和电子调速器。

下面我们将逐一介绍这些部件的功能和特点。

1. 转子转子是电机中的旋转部分，由永磁体和轴承组成。

其中，永磁体通常由稀土永磁材料制成，具有较高的磁场强度和矫顽力，能够提供较大的转矩。

轴承则用于支撑转子的转动，通常采用滚珠轴承或磁悬浮轴承。

2. 定子定子是电机中的固定部分，由线圈、铁心和绕组等组成。

线圈通常由导电材料绕制而成，绕制方式包括单层绕组和多层绕组。

铁心则用于增强磁场，并且通过绕组与转子的磁场相互作用，实现电能到机械能的转换。

3. 电子调速器电子调速器是永磁无刷直流电机的控制中枢，通过电子器件对电机的电流进行控制和调节。

常见的电子调速器包括三相桥式整流器、逆变器和控制芯片等。

电子调速器通过控制转子上的永磁体和定子上的绕组之间的电流关系，实现对电机转速和扭矩的精准调控。

二、永磁无刷直流电机的工作原理永磁无刷直流电机的工作原理基于磁场的相互作用，其具体过程如下：1. 磁场形成当电流通过定子绕组时，会在定子和转子之间产生一个旋转磁场。

这个旋转磁场由定子绕组的电流和转子上的永磁体形成。

2. 磁场相互作用转子上的永磁体与定子绕组之间的磁场相互作用，导致转子受到力矩的作用而开始旋转。

这个力矩的大小与磁场强度、永磁体形状和绕组电流等因素有关。

3. 电子调速器控制电子调速器通过控制定子绕组的电流和磁场强度，可以实现对电机转速和扭矩的调节。

通过改变电子调速器的工作方式，可以实现电机的正转、反转和调速等功能。

三、永磁无刷直流电机与其他电机的区别与传统的有刷直流电机相比，永磁无刷直流电机具有以下特点：1. 无刷结构永磁无刷直流电机采用了无刷结构，消除了传统电机中刷子的使用，减少了能量损耗和机械磨损，并提高了电机的可靠性和寿命。

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
无刷直流电机（BLDC）构成及工作原理详解（附部
分生产厂家）
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：
直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点着称，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。

专注下一代成长，为了孩子。

图文讲解无刷直流电机的工作原理电动无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成导读：,是一种典型的机电一体化产品。

同三相异步电动机十分相似。

它的应用非常广泛，,机的定子绕组多做成三相对称星形接法在很多机电一体化设备上都有它的身影。

什么是无刷电机？无刷直流电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。

由于无刷所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另直流电动机是以自控式运行的，加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

中小容量的无刷直流电动机的永磁体，稀土永磁无刷电动机的体积比材料。

因此，现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

. . .无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于统的接触式换向器和电刷。

它具有可靠性高、高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。

位置传感按转子（即检测转子磁极相对定子绕组的位位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流按并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，置，定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开。

一定的逻辑关系进行绕组电流切换）关电路提供。

位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。

采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。

采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。

转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

（例是在定子组件上安装有电磁传感器部件采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将如耦合变压器、接近开关、LC 使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）。

（完整版）三相⽆刷直流电机系统结构及⼯作原理三相⽆刷直流电机系统结构及⼯作原理2.1电机的分类电机按⼯作电源种类可分为：1.直流电机：(1)有刷直流电机：①永磁直流电机：·稀⼟永磁直流电动机；·铁氧体永磁直流电动机；·铝镍钴永磁直流电动机；②电磁直流电机：·串励直流电动机；·并励直流电动机；·他励直流电动机；·复励直流电动机；(2)⽆刷直流电机：稀⼟永磁⽆刷直流电机；2.交流电机：(1)单相电动机；(2)三相电动机。

2.2⽆刷直流电机特点·电压种类多:直流供电交流⾼低电压均不受限制。

·容量范围⼤:标准品可达400Kw更⼤容量可以订制。

·低频转矩⼤:低速可以达到理论转矩输出启动转矩可以达到两倍或更⾼。

·⾼精度运转:不超过1 rpm.(不受电压变动或负载变动影响)。

·⾼效率:所有调速装置中效率最⾼⽐传统直流电机⾼出5～30%。

·调速范围:简易型/通⽤型(1:10)⾼精度型(1:100)伺服型。

·过载容量⾼:负载转矩变动在200%以内输出转速不变。

·体积弹性⼤:实际⽐异步电机尺⼨⼩可以做成各种形状。

·可设计成外转⼦电机(定⼦旋转)。

·转速弹性⼤:可以⼏⼗转到⼗万转。

·制动特性良好可以选⽤四象限运转。

·可设计成全密闭型IP-54IP-65防爆型等均可。

·允许⾼频度快速启动电机不发烫。

·通⽤型产品安装尺⼨与⼀般异步电机相同易于技术改造。

2.3⽆刷直流电机的组成直流⽆刷电动机的结构如图2.1所⽰。

它主要由电动机本体、位置传感器和电⼦开关线路三部分组成。

电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。

其定⼦绕组⼀般制成多相（三相、四相、⽆相不等），转⼦由永久磁钢按⼀定极对数（2p=2,4，…）组成。

2.1无刷直流电动机的基本结构无刷直流电动机的主要组成部分有电动机主体、位置传感器与电子开关线路等3部分，如图1-3所示。

电动机本体主要包括带有电枢绕组的定子和转子，定子部分最重要的部件是电子的绕组，当电机接上电源后，电流流入绕组，产生磁动势，后者与转子产生的励磁磁场相互作用而产生电功率，并通过转子输出一定的机械功率从而实现了将电能转换为机械能这个过程。

电机的转子是产生励磁磁场的部件，由三部分组成：永磁体、导磁体和支撑零部件。

永磁体和导磁体是产生磁场的核心，由永磁材料和导磁材料组成。

无刷直流电动机在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼形绕组和其他起动装置。

定子绕组一般制成多相（三、四、五相不等），转子由永久磁铁按一定的极对数（2p=2,4,...）组成，电子开关一般是由功率电子器件和它的控制电路以及转子位置传感器等所组成，以此代替了有刷直流电动机的机械换向装置并通过位置传感器来检测主转子在运行过程中的位置。

检测到的位置信号将提供给电动机的控制器，为其正确驱动电子换相提供依据。

图1-3所示的电动机本体为2极三相。

定子A 、B 、C 相绕组分别于电力开关元件1V 、2V 、3V 相接。

位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。

位置传感器电动机电子开关线路图2-1 无刷直流电动机的组成原理图 AC ’BA ’C B ’V1V2V3图1-3 无刷直流电动机的组成原理图定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁铁的磁极产生的磁场相互作用，从而产生转矩，驱动转子旋转；再由位置传感器将转子磁极位置信号变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定顺序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的顺序换相。

由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。

直流无刷电动机中的电子开关线路是用来控制电动机定子各相绕组的通电顺序和时间的，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两部分组成。