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电机与拖动基础
图 2-1-2 直流无刷电机的原理框图
电机转子的永久磁钢与永磁有刷电机中所使用的永久磁钢的作用相似，均是
在电机的气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于直流无刷电机中永久磁钢装在
转子上，而直流有刷电机的磁钢装在定子上，图 2-1-3 示出了典型直流无刷电机
本体基本结构图。
3哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告
图 2-1-3 直流无刷电机基本结构图
直流无刷电机电子开关线路是用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序
和时间，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。功
率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以一定逻辑关系分配
给直流无刷电机定子上各相绕组，以便使电机产生持续不断的转矩。而各相绕组
导通的顺序和时间主要取决于来自位置传感器的信号。但位置传感器所产生的信
号一般不能直接用来控制功率逻辑开关单元，往往需要经过一定逻辑处理后才能
去控制逻辑开关单元，综上所述，组成直流无刷电机各主要部件的框图，如图
2-1-4 所示。
图 2-1-4 直流无刷电机的组成框图
直流无刷电机的基本工作原理
众所周知，一般的永磁式直流电机的定子由永久磁组成，钢 其主要的作用是
在电机气隙中产生磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。由于电刷的换向作用，
使得这两个磁场的方向在直流电机运行的过程中始终保持相互垂直，从而产生最
大转矩而驱动电动机不停地运转。直流无刷电机为了实现无电刷换相，首先要求
把一般直流电机的电枢绕组放在定子上，把永磁磁钢放在转子上， 这与传统直流
永磁电机的结构刚好相反。但仅这样做还是不行的，因为用一般直流电源给定子
上各绕组供电，只能产生固定磁场，它不能与运动中转子磁所产生的永磁磁钢 场
相互作用，以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。所以，直流无刷电动机除了
由定子和转子组成电机本体以外，还要由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开
关共同构成的换相装置，使得直流无刷电机在运行过程中定子绕组所产生的的磁
场和转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，在空间始终保持在（π /2）rad 左右的
电角度。
下面以图 2-1-1 所示电路对直流无刷电机工作过程作简要说明。
设三相桥式逆变器采用“120°导通型”通断规律。即：每隔 1/ 6 周期（60°
电角度）换相一次，每次换相一个功率管，每一功率管导通 120°电角度。各功
率管的导通顺序是 V1V2、V2V3、V3V4、V4V5、V5V6、V6V1、…。当功率管
V1 和 V2 导通时，电流从 V1 管流入 A 相绕组，再从 C 相绕组流出，经 V2 管回
到电源。如果认定流入绕组的电流所产生的转矩为正，那么从绕组流出所产生的
转矩则为负，它们合成的转矩如图 2-2-1（a）所示，其大小为 3 Ta，方向在 Ta
和－ Tc 的角平分线上。当电机转过 60 °后，由 V1V2 通电换成 V2V3 通电。这
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时，电流从 V3 流入 B 相绕组再从 C 相绕组流出，经 V2 回到电源，此时合成的