无刷直流电机原理无刷直流电动机得工作原理ﻫ普通直流电动机得电枢在转子上,而定子产生固定不动得磁场。

为了使直流电动机旋转,需要通过换向器与电刷不断改变电枢绕组中电流得方向,使两个磁场得方向始终保持相互垂直，从而产生恒定得转矩驱动电动机不断旋转。

无刷直流电动机为了去掉电刷,将电枢放到定子上去,而转子制成永磁体,这样得结构正好与普通直流电动机相反;然而，即使这样改变还不够,因为定子上得电枢通过直流电后，只能产生不变得磁场,电动机依然转不起来。

为了使电动机转起来,必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电,这样才能使定子磁场随着转子得位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持左右得空间角,产生转矩推动转子旋转。

无刷直流电动机由电动机主体与驱动器组成,就是一种典型得机电一体化产品。

ﻫ●电动机得定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。

电动机得转子上粘有已充磁得永磁体，为了检测电动机转子得极性，在电动机内装有位置传感器。

驱动器由功率电子器件与集成电路等构成,其功能就是:接受电动机得启动、停止、制动信号,以控制电动机得启动、停止与制动;接受位置传感器信号与正反转信号,用来控制逆变桥各功率管得通断,产生连续转矩;接受速度指令与速度反馈信号,用来控制与调整转速;提供保护与显示等等。

无刷直流电动机得原理简图如图一所示:ﻫ主电路就是一个典型得电压型交-直－交电路,逆变器提供等幅等频5-26KH Ｚ调制波得对称交变矩形波。

永磁体N-Ｓ交替交换,使位置传感器产生相位差１20°得U、V、Ｗ方波,结合正/反转信号产生有效得六状态编码信号:1０1、１00、110、０１０、０11、001,通过逻辑组建处理产生T1-T４导通、T1－T6导通、Ｔ3-T6导通、T3-T2导通、Ｔ5-T２导通、T5-T4导通,也就就是说将直流母线电压依次加在A+B-、Ａ＋C-、Ｂ+C-、B+Ａ-、C+Ａ-、C＋B-上,这样转子每转过一对N-S极,T1-T6功率管即按固定组合成六种状态得依次导通。

每种状态下,仅有两相绕组通电,依次改变一种状态,定子绕组产生得磁场轴线在空间转动60°电度角,转子跟随定子磁场转动相当于６0°电度角空间位置,转子在新位置上,使位置传感器Ｕ、V、W按约定产生一组新编码，新得编码又改变了功率管得导通组合,使定子绕组产生得磁场轴再前进60°电度角,如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩,拖动负载作连续旋转。

正因为无刷直流电动机得换向就是自身产生得,而不就是由逆变器强制换向得,所以也称作自控式同步电动机。

ﻫ●无刷直流电动机得位置传感器编码使通电得两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置,所以不论转子得起始位置处在何处,电动机在启动瞬间就会产生足够大得启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。

由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直,在铁芯不饱与得情况下,产生得平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正就是她励直流电动机得电流－转矩特性。

电动机得转矩正比于绕组平均电流；TM=Ｋtｌａｖ(N?Ｍ)电动机两相组反电势得差比于电动机得角速度;ＥLL=Ｋeω(V)所以电动机绕组中得平均电流为:Iav=（Vm－ＥLL）／2Ｒa(Ａ)其中,Vｍ=δ？VＤC就是加在电动机线间电压平均值,VＤC就是直流母线电压,δ就是调制波得占空比,Ra为每相绕组电阻。

由此可以得到直流电动机得电磁转矩:Tm＝δ?(VDC?Kt/2Ra）-Kｔ？（Kｅω/2Ra)Kt、Ｋｅ就是电动机得结构常数,ω为电动机得角速度(rad/s)，所以,在一定得ω时,改变占空比δ，就可以线性地改变电动机得电磁转矩,得到与她励支流电动机电枢电压控制相同得控制特性与机械特性。

无刷直流电动机得转速设定,取决于速度指令Ｖｃ得高低，如果速度指令最大值为+5Ｖ对应得最高转速:Vc（mａｘ)óｎmax,那么,+５V以下任何电平即对应相当得转速n,这就实现了变速设定。

当Vc设定以后,无论就是负载变化、电源电压变化,还就是环境温度变化,当转速低于指令转速时，反馈电压Ｖfb 变小,调制波得占空比δ就会变大,电枢电流变大,使电动机产生得电磁转矩增大而产生加速度，直到电动机得实际转速与指令转速相等为止;反之,如果电动机实际转速比指令转速高时，δ减小,Tm减小。

发生减速度,直至实际转速与指令转速相等为止。

可以说,无刷直流电动机在允许得电网波动范围内,在允许得过载能力以下,其稳定转速与指令转速相差在1％左右,并可以实现在调速范围内恒转矩运行。

由于无刷直流电动机得励磁来源于永磁体,所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通,其转子上既无铜耗又无铁耗,所以效率比同容量异步电动机高10%左右,一般来说,无刷直流电动机得能力指针(ηcosθ)比同容量三相异步电动机高12％－２0％。

●由于无刷直流电动机就是以自控式运行得,所以不会像变频调速下重载启动得同步电动机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡与失步。

中小容量得无刷直流电动机得永磁体,现在多采用高磁能积得稀土钕铁硼（Nd-fe-B)材料。

因此,稀土永磁无刷电动机得体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

近三十年针对异步电动机变频调速得研究，归根到底就是在寻找控制异步电动机转矩得方法,而无刷直流电动机得电流或电枢得端电压，就就是直接控制电动机转矩得物理量。

过去,由于稀土永磁体价格比较高等因素,限制了稀土永磁无刷直流电动机得应用领域,但就是随着技术得不断创新,其价格已迅速下降,例如,我公司推出推出BS系列无刷直流电动机得售价已与异步电动机与普通变频器价格之与相差无几。

稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率与稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。

无刷电机就是指无电刷与换向器（或集电环)得电机,有称无换向器电机。

早在上世纪诞生电机得时候,产生得实用性电机就就是无刷形式,即交流鼠笼式异步电动机,这种电动机得到了广泛得应用。

但就是,异步电动机有许多无法克服得缺陷,以致电机技术发展缓慢。

本世纪中叶诞生了晶体管,因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器得直流无刷电机就应运而生了。

这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机得缺陷。

ﻫ实用性新型无刷电机就是与电子技术、微电子技术、数字技术、自控技术以及材料科学等发展紧密联系得。

它不仅限于交直流领域,还涉及电动、发电得能量转换与信号传感等领域。

在电机领域中新型无刷电机得品种就是较多得,但性能优良得无刷电机因受到价格得限制,其应用还不十分广泛。

下面分别就主要得新型无刷电机进行探索与研究。

ﻫﻫ1直流无刷电动机ﻫ直流无刷电动机与一般直流电动机具有相同得工作原理与应用特性,而其组成就是不一样得。

除了电机本身外，前者还多一个换向电路，电机本身与换向电路紧密结合在一起。

许多小功率电动机得电机本身就是与换向电路合成一体,从外观上瞧直流无刷电动机与直流电动机完全一样。

直流无刷电动机得电机本身就是机电能量转换部分,它除了电机电枢、永磁励磁两部分外,还带有传感器。

电机本身就是直流无刷电机得核心,它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性与使用寿命等,还涉及制造费用及产品成本。

由于采用永磁磁场，使直流无刷电机摆脱一般直流电机得传统设计与结构,满足各种应用市场得要求,并向着省铜节材、制造简便得方向发展。

永磁磁场得发展与永磁材料得应用密切相关，第三代永磁材料得应用,促使直流无刷电机向高效率、小型化、节能方向迈进。

ﻫ为了实现电子换向必须有位置信号来控制电路。

早期用机电位置传感器获得位置信号，现已逐步用电子式位置传感器或其它方法得到位置信号，最简便得方法就是利用电枢绕组得电势信号作为位置信号。

ﻫ要实现电机转速得控制必须有速度信号。

用获得位置信号相近方法取得速度信号,最简单得速度传感器就是测频式测速发电机与电子线路相结合。

ﻫ直流无刷电机得换向电路由驱动及控制两部分组成,这两部分就是不容易分开得，尤其小功率用电路往往将两者集成化成为单一专用集成电路。

ﻫ在功率较大得电机中,驱动电路与控制电路可各自成为一体。

驱动电路输出电功率,驱动电动机得电枢绕组，并受控于控制电路。

目前，驱动电路已从线性放大状态转成脉宽调制得开关状态,相应电路组成也从晶体管分立电路转成模块化集成电路。

模块化集成电路有功率双极晶体管、功率场效应管与隔离栅场效应双极晶体管等组成形式。

虽然,隔离栅场效应双极晶体管价格较贵,但从可靠安全与性能角度瞧,选用它还就是较合适得。

ﻫ控制电路用作控制电机得转速、转向、电流(或转矩）以及保护电机得过流、过压、过热等。

上述参数容易转成模拟信号,用此来控制较简单,但从发展来瞧,电机得参数应转换成数字量，通过数字式控制电路来控制电机。

当前,控制电路有专用集成电路、微处理器与数字信号处理器等三种组成方式。

在对电机控制要求不高得场合，专用集成电路组成控制电路就是简单实用得方式。

采用数字信号处理器组成控制电路就是今后发展方向,有关数字信号处理器将在下面交流同步伺服电动机中介绍。

目前,在微小功率范畴直流无刷电动机就是发展较快得新型电机。

由于各个应用领域需要各自独特得直流无刷电动机,所以直流无刷电动机得类型较多。

大体上有计算机外存储器以及VCD、ＤＶD、CＤ主轴驱动用扁平式无铁心电机结构,小型通风机用外转子电机结构，家电用多极磁场结构及内装式结构,电动自行车用多极、外转子结构等等。

上述直流无刷电动机得电机本身与电路均成一体,使用十分方便,它得产量也非常大。

为了满足大批量、低成本得市场需要,直流无刷电动机得生产必须要形成规模经济。

因此，直流无刷电动机就是一种高投入、高产出得行业。

同时,我们应该考虑到市场也在不断地发展，如家用空调用电机正由3A转向3Ｄ,需要大量得中小功率得直流无刷直流电动机,研究与开发中小功率得直流无刷电动机也成当务之急。

ﻫ无刷直流电机（BＬDCM)就是在有刷直流电动机得基础上发展来得,但它得驱动电流就是不折不扣得交流;无刷直流电机又可以分为无刷速率电机与无刷力矩电机。

一般地,无刷电机得驱动电流有两种,一种就是梯形波（一般就是“方波”),另一种就是正弦波。

有时候把前一种叫直流无刷电机,后一种叫交流伺服电机，ﻫ无刷直流电机为了减少转动惯量,通常采用“细长”得结构。

无确切地讲就是交流伺服电动机得一种。

ﻫ刷直流电机在重量与体积上要比有刷直流电机小得多,相应得转动惯量可以减少40％—50％左右。

由于永磁材料得加工问题,致使无刷直流电机一般得容量都在100kＷ以下。

ﻫ这种电动机得机械特性与调节特性得线性度好，调速范围广，寿命长,维护方便噪声小,不存在因电刷而引起得一系列问题，所以这种电动机在控制系统中有很大得应用潜力。