近年來，伴隨著電子電力技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的興起,，無刷直流電機(jī)也出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中,，它是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備、科學(xué)技術(shù)和軍事裝備中的重要組成部分之一，有很好的發(fā)展前景。.

　　本文章主要討論無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和工作特性,，闡述了電機(jī)各個部分之間的關(guān)系，作為電磁設(shè)計計算和研究分析的基礎(chǔ),。

　　無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

　　無刷直流電機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)包括電機(jī)本體,、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換相電路。具體如圖所示

　　電機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電機(jī)類似,，它是無刷直流電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的核心部分,，所以它的設(shè)計針對整個系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。位置傳感器用來檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置,，它是代替機(jī)械換相得關(guān)鍵部件,，傳感器輸出的位置信號經(jīng)過邏輯單元的處理，會產(chǎn)生相對應(yīng)的開關(guān)信號,，接收到開關(guān)信號后,，驅(qū)動控制電路的功率開關(guān)元器件相繼被觸發(fā)，這樣直流側(cè)的電能轉(zhuǎn)換成了機(jī)械能,，電機(jī)會產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩,，從而實現(xiàn)可靠運(yùn)行。

　　電機(jī)本體

　　無刷直流電機(jī)本體主要有定子和轉(zhuǎn)子組成

　　定子

　　定子是電動機(jī)靜止不動的部分,。它通常由定子鐵心,，電樞繞組以及機(jī)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硅鋼片疊壓而成,。硅鋼片沖成帶有齒槽的環(huán)形沖片，同時會對沖片表面進(jìn)行移動那個的絕緣處理來降低渦流損耗,，為了減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動和噪音,，定子鐵心會采用斜槽。定子的槽內(nèi)可以安放電電樞繞組,。槽數(shù)的選擇需要綜合考慮永磁體的極對數(shù)和控制電路的相數(shù),。

　　定子的繞組也是電機(jī)本體的重要組成部分。接入電源后,，電流流入繞組會產(chǎn)生相應(yīng)的磁勢,，隨后與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的主磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,。當(dāng)無刷直流電機(jī)處于負(fù)載運(yùn)行的狀態(tài)時,，會在繞組中產(chǎn)生一定得反電勢,，整個過程電機(jī)消耗了一定得電功率而輸出了機(jī)械功率，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,。

　　轉(zhuǎn)子

　　轉(zhuǎn)子是電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分,，它能夠產(chǎn)生主磁場，通常由永磁體,、導(dǎo)磁體和支撐零部件組成,。

　　永磁體和導(dǎo)磁體是產(chǎn)生磁場的核心。鋁鎳鈷,、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,。它主要分為稀土鈷和釹鐵硼,，特點(diǎn)是剩磁高、矯頑力高,、磁能積高,。但是釹鐵硼的磁性更好，價格更便宜,，所以自從問世以來,，在工業(yè)和民用的永磁電機(jī)中得到廣泛的推廣。導(dǎo)磁體一般用10號鋼或者工業(yè)用電工純鐵等,。

　　機(jī)械支撐零部件由轉(zhuǎn)軸,、軸套和壓圈組成。它們起著固定永磁體和導(dǎo)磁體的作用,。作為運(yùn)行可靠,、轉(zhuǎn)軸需要耐住一定的強(qiáng)度，所以通常有非導(dǎo)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(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器

　　轉(zhuǎn)子位置傳感器是無刷直流電機(jī)的一個關(guān)鍵部件,。它的作用是測定某一時刻定轉(zhuǎn)子的磁極位置,，從而為電子換相電路提供正確的信號。

　　位置傳感器通常也是釘子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成,。轉(zhuǎn)子是用來確定電動機(jī)本體磁極的位置,，定子的安放是為了檢測和輸出轉(zhuǎn)子的位置信號。傳感器發(fā)展至今,，形成了很多種類,，可以滿足人們的不同場合應(yīng)用?，F(xiàn)在將常見的傳感器類型介紹如下：

　　（1）    電磁式位置傳感器

　　它的工作原理是基于電磁感應(yīng)進(jìn)行傳感,，使用時電磁傳感器件裝在定子組件上,，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)證變化時，傳感器由于電磁感應(yīng)會產(chǎn)生相應(yīng)的高頻調(diào)制信號,。

　　電磁式位置傳感器的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度較高,，可以經(jīng)受較大的沖擊，同時輸出信號大,，一般不需要經(jīng)過放大就可以直接驅(qū)動開關(guān)管,，但是它的輸出是交流電壓信號，需要調(diào)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并不廣泛

　?。?）    磁敏式位置傳感器

　　它的工作原理就是利用電流的磁效應(yīng)進(jìn)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,、體積較小，對性能和環(huán)境要求不高的場合應(yīng)用比較廣泛,。

　?。?）    光電式位置傳感器

　　它的工作原理是基于光電效應(yīng)進(jìn)行傳感，使用時光傳感器件裝在定子組件上,，轉(zhuǎn)子上有遮光板,，光源為發(fā)光二極管或者小燈泡。這樣轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,，光敏元件由于遮光板的作用會按一定得頻率產(chǎn)生脈沖信號,。

　　光電式傳感器的特點(diǎn)就是輸出的為直流信號，不需要進(jìn)行整流,，輕便可靠,，但是信號較弱，需要經(jīng)過放大才能控制開關(guān)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(fā)光二級管VD1通過發(fā)出紅外光,，當(dāng)遮光盤P隨電機(jī)轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)時,，紅外光間斷低照在光敏三級管V1上，是其不斷導(dǎo)通和截止,，其輸出信號反映了轉(zhuǎn)子位置,，經(jīng)過放大后驅(qū)動逆變器開光V2

　　除了以上常見的位置傳感器外,，近年來也出現(xiàn)了無位置傳感器。當(dāng)電機(jī)本身體積較小,，安裝傳感器不便時,，就可以采用位置傳感器技術(shù)，但是他的啟動轉(zhuǎn)矩不高,，適合在小型電機(jī),、輕載條件下使用。

　　電子轉(zhuǎn)相電路

　　通常,，無刷直流電機(jī)的電子環(huán)相線路由功率開關(guān)器件和邏輯控制電路組成。功率開關(guān)器件將直流電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給定子的各相繞組,，這樣的電機(jī)會持續(xù)不斷地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并輸出送出去,。控制部分是將通過傳感器檢測得到的信號換成對應(yīng)的脈沖信號去驅(qū)動功率開關(guān)器件,，從而實現(xiàn)控制電機(jī)定子各相繞組導(dǎo)通時間的功能,。

　　目前，無刷直流電機(jī)的主開關(guān)一般是用IGBT或者M(jìn)OS管等全控制器件,，有些主電路已經(jīng)有了集成功率模塊和智能功率模塊,，它們的應(yīng)用可以使整個系統(tǒng)可靠性大幅度提高。