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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
r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，
若采用咼速轴承， 还可以在咼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 龟动机系统”。其基本结构 如图5一20所示。
图＞20无刷直流电动机基本结构
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。
元刷直流电动机是将普通直流电动机的定予与转子进行了互换。 其转子为永久磁铁，产
生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。
无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同. 在铁芯中嵌入多相
绕组（三相、四相、五相不等）•绕组可接成星形或三角形， 并分别与逆变器的各功率管相连， 以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极 、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本 体为永磁电机，所以****惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。
2 •转子位置传感器
转子位置传感器是无刷直流电动机的一个关键部件。 可根据不同的原理构成如电磁感应
式、光电式、磁敏式等多种不同的结构形式。其中，电磁感应式工作可靠，维护简便，寿命 长•所以应用较多。它决定着电枢各相绕组开始通电的时刻。它的作用相当于一般直流电动 机中的电刷。改变位置检测器产生信号的时刻 (相位)•相当于直流电动机中改变电刷在空间
的位置，对无刷直流电动机的特性有很大的影响。
位置传感器一般也由定子和转子两部分组成。 转子是用来确定电动机本体磁极的位置，
定子的安放是为了检测和输出转子的位置信号。。目前在无刷 直流电动机中常用的位置传感器有以下几种形式。
(1) 电磁式位置传感器。是一种利用电磁效应来实现位置测量的传感元件，有开口变压
器、铁磁谐振电路、接近开关等多种形式，其中开 」变压器使用较多。
电磁感应式转子位置传感器原理如图 j 21所示。其定子由原边线圈与副边线圈绕在同一
铁芯组成，转子则由一个具有一定角度 (近似电动机的导通角)的导磁捌料组成，该导磁材料
可由铁氧体或硅钢片制成。在线圈的原边
合转子铁芯与定子铁芯相对位置的输出信号，图中的 wa经过电子线路处理，变成与电动机
定子、转子位置相对应的电平信号，再经整形处理，就得到了电动机的换向信号。而没有耦 合转子铁芯的定子线圈 Wb、Wc均无信号输出。
电磁式位置传感器具有输出信