無刷直流電機的結構與特性

近年來，伴隨着電子電力技藝的擴展和新型永磁材料的興起，無刷直流電機也出現在人們的視野當中，它是現代工業設備、科學技藝和軍事裝備中的重要組成部分之一，有很好的擴展前景。.

本文章主要討論無刷直流電機的基本結構、工作原理和工作特性，闡述了電機各個部分之間的關系，作為電磁策劃計算和研究分析的基礎。

無刷直流電機的基本結構

無刷直流電機的基本組成結構包括電機本體、轉子位置傳感器和電子換相電路。詳細如圖所示

永磁無刷直流電機系統的組成結構示意圖

電機本體在結構上與永磁同步電機類似，它是無刷直流電機能夠達成機電能量轉換的核心部分，所以它的策劃針對整個系統的可靠運行有着至關重要的作用。位置傳感器用來檢測轉子磁極的位置，它是代替機械換相得關鍵部件，傳感器輸出的位置信號經過邏輯單元的處理，會产生相對應的開關信號，接收到開關信號後，驅動控製電路的功率開關元器件相繼被觸發，這樣直流側的電能轉換成了機械能，電機會产生輸出轉矩，從而達成可靠運行。

電機本體

無刷直流電機本體主要有定子和轉子組成

定子

定子是電動機靜止不動的部分。它通常由定子鐵心，電樞繞組以及機座三個部分組成。為了有效地降低定子鐵損，定子的鐵心一般采用矽鋼片叠壓而成。矽鋼片沖成帶有齒槽的環形沖片，同時會對沖片表面進行移動那個的絕緣處理來降低渦流損耗，為了減小電機的轉矩波動和噪音，定子鐵心會采用斜槽。定子的槽內可以安放電電樞繞組。槽數的選擇需要彙總考慮永磁體的極對數和控製電路的相數。

定子的繞組也是電機本體的重要組成部分。接入電源後，電流流入繞組會产生相應的磁勢，隨後與轉子永磁體产生的主磁場相互作用而产生電磁轉矩。當無刷直流電機處於負載運行的狀態時，會在繞組中产生一定得反電勢，整個過程電機消耗了一定得電功率而輸出了機械功率，將電能轉換為機械能。

轉子

轉子是電機的轉動部分，它能夠产生主磁場，通常由永磁體、導磁體和支撐零部件組成。

永磁體和導磁體是产生磁場的核心。鋁镍钴、鐵氧體是早期使用的第一、二代永磁材料，目前使用較多的是稀土永磁材料。它主要分為稀土钴和钕鐵硼，特點是剩磁高、矫頑力高、磁能積高。但是钕鐵硼的磁性更好，價錢更便宜，所以自從問世以來，在工業和民用的永磁電機中得到廣泛的推廣。導磁體一般用10號鋼或者工業用電工純鐵等。

機械支撐零部件由轉軸、軸套和壓圈組成。它們起着固定永磁體和導磁體的作用。作為運行可靠、轉軸需要耐住一定的強度，所以通常有非導磁性材料，比如圓鋼等車磨而成。軸套和壓圈通常選用黃鋼和鋁。

無刷直流電機的轉子位置傳感器

轉子位置傳感器是無刷直流電機的一個關鍵部件。它的作用是測定某一時刻定轉子的磁極位置，從而為電子換相電路供應正確的信號。

位置傳感器通常也是釘子和轉子兩個部分組成。轉子是用來確定電動機本體磁極的位置，定子的安放是為了檢測和輸出轉子的位置信號。傳感器擴展至今，形成了很多種類，可以滿足人們的不同場合應用。現在將常見的傳感器類型展現如下：

（1）    電磁式位置傳感器

    它的工作原理是基於電磁感應進行傳感，使用時電磁傳感器件裝在定子組件上，當永磁體轉子位置發證變化時，傳感器由於電磁感應會产生相應的高頻調製信號。

     電磁式位置傳感器的優點是強度較高，可以經受較大的沖擊，同時輸出信號大，一般不需要經過放大就可以直接驅動開關管，但是它的輸出是交流電壓信號，需要調整流，同時體積比較笨重，信噪比較低，因而在普通的情況下使用並不廣泛

（2）    磁敏式位置傳感器

      它的工作原理就是利用電流的磁效應進行工作，通常的磁敏傳感器有霍爾元件，磁敏電阻器或者專用集成電路等。磁敏式傳感器的特點是結構簡單、體積較小，對性能和環境要求不高的場合應用比較廣泛。

（3）    光電式位置傳感器

   它的工作原理是基於光電效應進行傳感，使用時光傳感器件裝在定子組件上，轉子上有遮光板，光源為發光二極管或者小燈泡。這樣轉子旋轉時，光敏元件由於遮光板的作用會按一定得頻率产生脈沖信號。

   光電式傳感器的特點就是輸出的為直流信號，不需要進行整流，輕便可靠，但是信號較弱，需要經過放大才能控製開關管。如圖所示，即為一個光電式位置傳感器的工作原理圖，紅外發光二級管VD1通過發出紅外光，當遮光盤P隨電機轉子一起旋轉時，紅外光間斷低照在光敏三級管V1上，是其不斷導通和截止，其輸出信號反映了轉子位置，經過放大後驅動逆變器開光V2

光電式位置傳感器工作原理圖