無刷直流電機(jī)

一、無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1、定子

(1)定子鐵芯：硅鋼片疊壓而成，內(nèi)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(zhuǎn)子：永磁體

(1)外轉(zhuǎn)子型

(2)內(nèi)轉(zhuǎn)子型

二、內(nèi)轉(zhuǎn)子型無刷直流電機(jī)的工作原理

1、兩相兩極無刷直流電機(jī)的工作原理(磁回路分析法)

(1)當(dāng)兩頭的線圈通上電流時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，會(huì)產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B(如粗箭頭方向所示)，而中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁力線方向與外磁力線方向保持一致以形成一個(gè)最短閉合磁力線回路，這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。

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

(3)如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)不停地轉(zhuǎn)起來了。改變電流方向的這一動(dòng)作，稱為換相。何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與轉(zhuǎn)子的速度無關(guān)。

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

2、三相兩極無刷直流電機(jī)的工作原理

(1)無刷直流電機(jī)定子的三相繞組有星形聯(lián)結(jié)方式和三角形聯(lián)結(jié)方式，其中“三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式”最為常用，故這里只對(duì)這種情況作詳細(xì)分析。

(2)如圖7所示，為定子三相繞組星形聯(lián)結(jié)方式的具體接線圖(轉(zhuǎn)子未畫出)，整個(gè)電機(jī)就引出三根線A、B、C。當(dāng)它們之間兩兩通電時(shí)，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(gè)通電線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向(紅、藍(lán)箭頭表示)和兩個(gè)線圈的合成磁感應(yīng)強(qiáng)度方向(綠色箭頭表示)。

(4)如圖9所示，當(dāng)AB相通電，C相不通電

A相定子線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如紅色箭頭所示;

B相定子線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如藍(lán)色箭頭所示;

A相和B相定子線圈合成的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向如綠色箭頭所示;

當(dāng)AB相通電，中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量往綠色箭頭方向?qū)R(中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致)。

(5)當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖8(a)中綠色箭頭位置時(shí)，外線圈換相，改成AC相通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，并盡量往圖8(b)圖中綠色箭頭處對(duì)齊，再往后以此類推。

(6)當(dāng)外線圈完成六次換相后，內(nèi)轉(zhuǎn)子正好旋轉(zhuǎn)一周(即360°)

3、三相多極無刷直流電機(jī)的工作原理

(1)一般而言，無刷直流電機(jī)的繞組數(shù)量和永磁極的數(shù)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(zhuǎn)子的磁鋼相吸而對(duì)齊，產(chǎn)生類似步進(jìn)電機(jī)的效果，此種情況下轉(zhuǎn)矩會(huì)產(chǎn)生很大波動(dòng)。

(2)三相六極無刷直流電機(jī)工作原理的分析方法與三相二極類似，原則是轉(zhuǎn)子的N極與通電繞組的S極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而轉(zhuǎn)子的S極與通電繞組的N極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

三、外轉(zhuǎn)子型無刷直流電機(jī)的工作原理

1、外轉(zhuǎn)子型和內(nèi)轉(zhuǎn)子型的區(qū)別在于，外轉(zhuǎn)子型電機(jī)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(jī)運(yùn)行時(shí)，是整個(gè)外殼在轉(zhuǎn)，而中間的定子線圈不動(dòng)。

2、外轉(zhuǎn)子型較內(nèi)轉(zhuǎn)子型來說，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大很多，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的主要質(zhì)量都集中在外殼上，所以轉(zhuǎn)速較內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)要慢。

3、外轉(zhuǎn)子型無刷直流電機(jī)工作原理的分析方法與內(nèi)轉(zhuǎn)子型類似，原則是轉(zhuǎn)子的N極與通電繞組的S極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而轉(zhuǎn)子的S極與通電繞組的N極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

四、無刷直流電機(jī)換相操作的實(shí)現(xiàn)(以星形聯(lián)結(jié)二二導(dǎo)通方式為例)

通過控制電機(jī)電子換相電路T1~T6六個(gè)開關(guān)管的開關(guān)順序，來調(diào)整電機(jī)定子線圈的通電順序，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換相操作，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

1、無刷直流電機(jī)換相電路

(1)換相電路也稱逆變電路，通過控制六個(gè)開關(guān)管的開關(guān)順序，可實(shí)現(xiàn)不同繞組加電，完成六步換相要求。

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

(3)任意時(shí)刻不能上下管同時(shí)導(dǎo)通，即T1和T2不能同時(shí)導(dǎo)通，T3和T4不能同時(shí)導(dǎo)通，T5和T6不能同時(shí)導(dǎo)通.

2、無刷直流電機(jī)換相控制方式(二二導(dǎo)通方式)

(1)二二導(dǎo)通方式是每次使兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通。

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

(3)當(dāng)T1、T4導(dǎo)通，電流流通的方向?yàn)椋弘娫?+)→T1→A相繞組→B相繞組→T4→地。

總結(jié)：無刷直流電機(jī)的工作原理

1、無刷直流電機(jī)要轉(zhuǎn)動(dòng)，須先根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出信號(hào)確定轉(zhuǎn)子位置。

2、然后通過電子換相線路去驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體使電樞繞組(定子繞組)依次饋電。

3、從而在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。