無刷電機(jī)的工作原理

無刷直流電機(jī)運(yùn)行原理圖，繞組為三相星形接法，120度均布，采用三相半橋驅(qū)動方式，轉(zhuǎn)子為一對極。在圖示位置，磁鋼的磁極中心線與A相繞組對齊，此時的控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測信號，使S1開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通，B相繞組通電，在B相繞組磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將順時針旋轉(zhuǎn)120獨(dú)門，到達(dá)虛線轉(zhuǎn)子所示的位置，磁鋼的磁極中心線與B相繞組對齊，此時，控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測信號，使S1開關(guān)管關(guān)斷，使S3開關(guān)管導(dǎo)通，A相繞組通電，轉(zhuǎn)子在A相繞組磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將順時針旋轉(zhuǎn)120度，按上述通電順序循環(huán)導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子就順時針旋轉(zhuǎn)下去。無刷直流電機(jī)采集轉(zhuǎn)子位置信號，前者，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但電機(jī)起動困難;后者，電機(jī)結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但起動平穩(wěn)、可靠，目前大部分的無刷直流電機(jī)均采用后者。位置傳感器的種類很多，空調(diào)用的無刷直流電機(jī)一般采用霍爾元件作為位置傳感器。

電動機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機(jī)十分相似。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號，以控制電動機(jī)的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。 由于無刷直流電動機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。

霍耳信號傳遞給控制器，控制器通過電機(jī)相線（粗線，不是霍耳線）給電機(jī)線圈供電，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，磁鋼與線圈（準(zhǔn)確的說是纏在定子上的線圈，其實(shí)霍耳一般安裝在定子上）發(fā)生轉(zhuǎn)動，霍耳感應(yīng)出新的位置信號，控制器粗線又給電機(jī)線圈重新改變電流方向供電，電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)（線圈和磁鋼的位置發(fā)生變化時，線圈必須對應(yīng)的改變電流方向，這樣電機(jī)才能繼續(xù)向一個方向運(yùn)動，不然電機(jī)就會在某一個位置左右擺動，而不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)），這就是電子換相。

如圖所示

無刷電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖

無刷直流電機(jī)的驅(qū)動原理

無刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動起來，只有實(shí)時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。

如圖1.4所示為無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動原理示意圖，為了方便描述，電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源POWER，各相的端點(diǎn)接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時使功率管的G極接12V，功率管導(dǎo)通，對應(yīng)的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，會依次導(dǎo)通，使得對應(yīng)的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來，這就是無刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

永磁無刷直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的永磁無刷直流電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上兩者基本一致，不同的是永磁無刷直流電機(jī)的電樞繞組置于定子上，這點(diǎn)類似于交流電機(jī)的繞組，同時一般采用多相的形式，其中目前情況下三相應(yīng)用的最多；其轉(zhuǎn)子為永磁體，并且采用電子換向，定子磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場之間的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。永磁無刷直流電機(jī)根據(jù)永磁體的形狀和磁路結(jié)構(gòu)的不同，其氣隙磁場波形有方波、梯形波、正弦波三種，反電勢的波形對應(yīng)相同。通常，反電勢是正弦波的電機(jī)稱為永磁同步電機(jī)，如圖3所示；波形為其他兩種類型的則稱為永磁無刷直流電機(jī)，如圖4所示。

永磁無刷直流電機(jī)的組成如圖5所示。由此可見，它主要有三部分組成。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有凸極式和內(nèi)嵌式兩種，且由永磁材料制成。定子上的電樞與永磁有刷直流電機(jī)相反，所以它具有旋轉(zhuǎn)的磁場和固定的電樞。

電子開關(guān)電路中的功率管等可與電機(jī)電樞繞組直接相連接，再加上位置傳感器，其功能就相當(dāng)于有刷電機(jī)中的機(jī)械換向裝置。永磁無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，其基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

永磁無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖7所示。從圖中可以看出，經(jīng)過開關(guān)電路直流電源向定子繞組進(jìn)行供電，控制系統(tǒng)對位置傳感器信號進(jìn)行處理后實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電路的控制，正確地判斷各電機(jī)繞組的通電和斷電狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換向。

無刷直流電機(jī)的驅(qū)動方法

無刷直機(jī)電機(jī)的驅(qū)動方式按不同類別可分多種驅(qū)動方式，它們各有特點(diǎn)。

按驅(qū)動波形：

（1），這種驅(qū)動方式實(shí)現(xiàn)方便，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)無位置傳感器控制;

（2），這種驅(qū)動方式可以改善電機(jī)運(yùn)行效果，使輸出力矩均勻，但實(shí)現(xiàn)過程相對復(fù)雜。同時，這種方法又有SPWM和SVPWM（空間矢量PWM）兩種方式，SVPWM的效果好于SPWM。

無刷電機(jī)為什么不用鐵氧體

經(jīng)常有網(wǎng)友問到無刷電機(jī)為什么不用鐵氧體磁鐵？為何不用鐵氧體？原因在哪？

無刷電機(jī)中，是沒有碳刷的，跟有刷相反，所以無刷電機(jī)的磁鐵成了轉(zhuǎn)子。無刷電機(jī)，特別是模型界的無刷電機(jī)，幾乎100%用的釹鐵硼強(qiáng)磁鐵，主要是因?yàn)殁S鐵硼磁力強(qiáng)，電機(jī)的功率跟磁鐵的性能息息相關(guān)，釹磁鐵的體積與牌號決定了電機(jī)的最大功率。

大家都知道鐵氧體的性能低，性能低導(dǎo)致電機(jī)功率小，所以用的很少很少。無刷電機(jī)通常選用燒結(jié)釹鐵硼（磁瓦）材質(zhì)、粘結(jié)釹鐵硼（圓環(huán)）材質(zhì)的多，無刷電機(jī)用磁瓦作為定子時，一般都超過6極，但磁瓦作為無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子時，可有4、6以上的極數(shù)。

無刷電機(jī)的磁環(huán)一般直徑大于20，充磁極數(shù)在4-12極之間，且其壁厚多在1.5-5.0之間。