8）体积弹性大:实际比异步电机尺寸小,可以做成各种形状； 9）可设计成外转子电机(定子旋转)； 10）转速弹性大； 11）制动特性良好,可以选用四象限运转； 12）可设计成全密闭型,ip-54,ip-65,防爆型等均可； 13）允许高频度快速激活,电机不发烫； 14）通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同,易于技术改造。
【引例】 无刷直流电动机在中小功率传动场合应用日益普及，如图7.1 衣车无刷节能电机系统
7.1无刷直流电机的发展及分类
7.1.1 无刷直流电机的发展历史 1831年，法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的
基本理论基础。从19世纪40年代研制成功第一台直流电机。 1955年，美国人Harrison首次提出了用晶体管换相线路代 替电机电刷接触的思想，这就是无刷直流电机的雏形。 1962年试制成功了借助霍尔元件(霍尔效应转子位置传感器) 来实现换相的无刷直流电机。
图7.4 直流无刷电动机的组成框图
7.2.2 基本工作原理
用图7.2 的三相直流无刷电动机半控桥电路原理图说明。此处采用光 电器件作为位置传感器，以3个功率晶体管Vl 、V2 、V3 构成功率逻辑 单元。3个光电器件VP1 、VP2 、VP3 的安装位置各相差120。 ，均匀分 布在电动机一端。 假定此时光电器件VP1 被照射，从而使功率晶体管V1呈导通状态，电 流流入绕组A-A，，该绕组电流同转子磁极作用后所产生的转矩使转子 的磁极按照顺时针方向转动。当转子极转过120。以后，直接装在转子 轴上的旋转遮光板也跟着同时转动，并遮住VP1 而使VP2 受光照射，从 而使晶体管V1 截止，晶体管V2导通，电流从绕组A-A，断开而流入绕组 B-B，，使得转子磁极继续朝着箭头方向转动，并带动遮光板同时朝顺 时针方向旋转。当转子磁机再次转过120。以后，此时旋转遮光板已经 遮住VP2而使VP3 受光照射，从而使晶体管V2截止，晶体管V3 导通，电 流流入绕组C-C， ，于是驱动转子磁极继续朝着顺时针方向旋转过120。 以后，重新开始下次的360。旋转。
7.1.2 无刷直流电机分类
无刷直流电机按照工作特性，可以分为两大类： 1．具有直流电机特性的无刷直流电机 反电动势波形和供电电流波形都是矩形波的电机，称为
矩形波同步电机，又称无刷直流电机。这类电机由直流电 源供电，借助位置传感器来检测主转子的位置，由所检测 出的信号去触发相应的电子换相线路以实现无接触式换相。 显然,这种无刷直流电机具有有刷直流电机的各种运行特性。 2．具有交流电机特性的无刷直流电机
20世纪70年代初期，又试制成功了借助比霍尔元件的灵敏 度高千倍左右的磁敏二极管实现换相的无刷直流电机。 1968年，德国人W.Mieslinger提出采用电容移相实现换相 的新方法。在此基础上，德国人R-Hanitsch试制成功借助 数字式环形分配器和过零鉴别器的组合来实现换相的无位 置传感器无刷直流电机。
反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电机，称为 正弦波同步电机。这类电机也由直流电源供电，但通过逆 变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的同步电机。 因此，它们具有同步电机的各种运行特性。
7.1.3 无刷直流电动机特点
1）容量范围大:可达400kw以上； 2）电压种类多:直流供电,交流高低电压均不受限制； 3）低频转矩大:低速可以达到理论转矩输出,激活转矩可以 达到两倍或更高； 4）高精度运转:最高不超过1 rpm.(不受电压变动或负载变 动影响)； 5）高效率:所有调速装置中效率最高,比传统直流电机高出 5~30%； 6）调速范围:简易型/通用型(1:10),高精度型(1:100),伺服型； 7）过载容量高:负载转矩变动在200%以内输出转速不变；
第7章 无刷直流电动机及其控制
该系统采用霍尔无触点传感,成熟的可控硅控制、电子刹车技术，点针， 刹车精确，操作轻松灵活，具有通风、散热、降温的功能。该产品设计通 过数控调速系统驱动无刷电机直接拖动缝制设备，实现了驱动控制、制动 控制、控制反馈数字化控制多种功能；使员工在使用过程中调速方便、灵 敏，操作舒适，性能更加稳定。该电机的投放，是替代传统离合器电机的 有效产品。
7.2无刷直流电机的基本组成和工作原理
7.2.1 基本组成环节
直流无刷电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关 线路三部分组成。电动机本体主要包括定子和转子两部分，定 子绕组一般为多相，转子由永磁材料按一定极对数（2p = 2 , 4 ，… ）组成。A 相、B 相、C 相绕组分别与功率开关管V1、V2、 V3相连，位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。
图7.2直流无刷电动机的结构原理
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子磁极所产生的磁 场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转 子位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相 绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定 的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步 的，因而起到了机械换向器的换向作用。因此，所谓直流无刷 电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、 永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。
7.3 无刷直流电动机的原理框图
原理框图如图7.3所示。构成直流无刷电动机转子的永久磁钢与永磁有 刷电动机中所使用的永久磁钢的作用相似，都是在电动机的气隙中建立足 够的磁场。其不同之处在于，直流无刷电动机中永久磁钢装在转子上，而 直流有刷电动机的磁钢则装在定子上。
直流无刷电动机的电子开关线路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的逻辑分配关系分配给直流无刷电动机定 子上的各相绕组，以便使电动机产生持续不断的转矩。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，组成无 刷电动机各主要部件的框图，如图7.4所示。