無刷直流電機

一、無刷直流電機的基本結構

1、定子

(1)定子鐵芯：硅鋼片疊壓而成，內圓表面開有槽，用于布置定子繞組。

(2)定子繞組：若干線圈。

2、轉子：永磁體

(1)外轉子型

(2)內轉子型

二、內轉子型無刷直流電機的工作原理

1、兩相兩極無刷直流電機的工作原理(磁回路分析法)

(1)當兩頭的線圈通上電流時，根據右手螺旋定則，會產生方向指向右的外加磁感應強度B(如粗箭頭方向所示)，而中間的轉子會盡量使自己內部的磁力線方向與外磁力線方向保持一致以形成一個最短閉合磁力線回路，這樣內轉子就會按順時針方向旋轉了。

(2)磁場與外部磁場方向一致時，轉子所受磁力最大。但此時轉子呈水平狀態(tài)，轉子力臂為0。雖然不再受到轉動力矩的作用，但由于慣性，還會繼續(xù)順時針轉動。這時若改變兩頭螺線管的電流方向，轉子就會繼續(xù)順時針向前轉動。

(3)如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內轉子就會不停地轉起來了。改變電流方向的這一動作，稱為換相。何時換相只與轉子的位置有關，而與轉子的速度無關。

(4)以上是最簡單的**兩相兩極無刷直流電機的工作原理，僅僅用來說明概念用。**從嚴格意義上來說，并不是傳統(tǒng)的經典的工業(yè)用的無刷直流電機結構，而是屬于開關磁阻電機結構的變種(原始的開關磁阻電機的轉子上沒有永磁體)。

2、三相兩極無刷直流電機的工作原理

(1)無刷直流電機定子的三相繞組有星形聯結方式和三角形聯結方式，其中“三相星形聯結的二二導通方式”最為常用，故這里只對這種情況作詳細分析。

(2)如圖7所示，為定子三相繞組星形聯結方式的具體接線圖(轉子未畫出)，整個電機就引出三根線A、B、C。當它們之間兩兩通電時，有六種情況，分別是AB、AC、BC、BA、CA、CB。

(3)如圖8所示，分別描述了這六種情況下每個通電線圈產生的磁感應強度的方向(紅、藍箭頭表示)和兩個線圈的合成磁感應強度方向(綠色箭頭表示)。

(4)如圖9所示，當AB相通電，C相不通電

A相定子線圈產生的磁感應強度方向如紅色箭頭所示;

B相定子線圈產生的磁感應強度方向如藍色箭頭所示;

A相和B相定子線圈合成的磁感應強度方向如綠色箭頭所示;

當AB相通電，中間的轉子會盡量往綠色箭頭方向對齊(中間的轉子會盡量使自己內部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致)。

(5)當轉子到達圖8(a)中綠色箭頭位置時，外線圈換相，改成AC相通電，這時轉子會繼續(xù)運動，并盡量往圖8(b)圖中綠色箭頭處對齊，再往后以此類推。

(6)當外線圈完成六次換相后，內轉子正好旋轉一周(即360°)

3、三相多極無刷直流電機的工作原理

(1)一般而言，無刷直流電機的繞組數量和永磁極的數量是不一致的(比如有九繞組六極，而不是六繞組六極)。這樣是為了防止定子的齒與轉子的磁鋼相吸而對齊，產生類似步進電機的效果，此種情況下轉矩會產生很大波動。

(2)三相六極無刷直流電機工作原理的分析方法與三相二極類似，原則是轉子的N極與通電繞組的S極有對齊的運動趨勢，而轉子的S極與通電繞組的N極有對齊的運動趨勢。

三、外轉子型無刷直流電機的工作原理

1、外轉子型和內轉子型的區(qū)別在于，外轉子型電機將原來處于中心位置的磁鋼做成一片片，貼到了外殼上。無刷直流電機運行時，是整個外殼在轉，而中間的定子線圈不動。

2、外轉子型較內轉子型來說，轉子的轉動慣量要大很多，因為轉子的主要質量都集中在外殼上，所以轉速較內轉子電機要慢。

3、外轉子型無刷直流電機工作原理的分析方法與內轉子型類似，原則是轉子的N極與通電繞組的S極有對齊的運動趨勢，而轉子的S極與通電繞組的N極有對齊的運動趨勢。

四、無刷直流電機換相操作的實現(以星形聯結二二導通方式為例)

通過控制電機電子換相電路T1~T6六個開關管的開關順序，來調整電機定子線圈的通電順序，以實現電機的換相操作，使電機運轉起來。

1、無刷直流電機換相電路

(1)換相電路也稱逆變電路，通過控制六個開關管的開關順序，可實現不同繞組加電，完成六步換相要求。

(2)T1~T6為功率開關器件，此開關器件在低壓電機電路中多采用MOSFET器件;在高壓電機(大于100V)電路中多采用IGBT器件。

(3)任意時刻不能上下管同時導通，即T1和T2不能同時導通，T3和T4不能同時導通，T5和T6不能同時導通.

2、無刷直流電機換相控制方式(二二導通方式)

(1)二二導通方式是每次使兩個開關管同時導通。

(2)以圖15為例，其導通順序有：T1、T4→T1、T6→T3、T6→T3、T2→T5、T2→T5、T4。

(3)當T1、T4導通，電流流通的方向為：電源(+)→T1→A相繞組→B相繞組→T4→地。

總結：無刷直流電機的工作原理

1、無刷直流電機要轉動，須先根據轉子位置傳感器的輸出信號確定轉子位置。

2、然后通過電子換相線路去驅動電機本體使電樞繞組(定子繞組)依次饋電。

3、從而在定子上產生旋轉的磁場，驅動永磁轉子轉動。