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无刷直流电机结构

无刷直流电机结构、类型和基本原理

一、概述

直流电动机的主要长处是调速和启动特性好，堵转转矩大，被广泛应用于各种驱动装置和伺服

系统中。但是,直流电动机都有电刷和换向器,其间形成的滑动机械接触严峻地影响了电动机的

精度、性能和可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰。缩短电动机寿命，换向器电刷装置又

使直流电动机结构复杂、噪声大、维护困难，长期以来人们都在寻求可以不用电刷和换向器装

置的直流电动机。

随着电子技术的迅速发展，各种大功率电子器件的广泛采用，这种愿望已被逐步实现。本章要

介绍的无刷直流电动机利用电子开关线路和位置传感器来代替电刷和换向器，使这种电动机既

具有直流电动机的特性。又具有交流电动机结构简朴、运行可靠、维护方便等优点;它的转速不

再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转要中运行。

元刷直流电动机用途非常广泛，可作为一般直流电动机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤

其适用于高级电子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。无刷

直流电动机将电子线路与电机融为一体,把先进的电子技术应用于电机领域,这将促使电机技术

更新、更快地发展.

二、无刷直流电动机的基本结构和类型

（一)基本结构

无刷直流电动机是一种自控变频的永磁同步电动机，就其基本组成结构而言．可以认为是由电

动机本动机本体体、转子、转子位位置置传感传感器和电子器和电子开关开关电电路三部分组路三部分组成的成的““电动机系统电动机系统。其基本结构如图5一

20所示。

无刷直流电机结构

电动机本体在结构上是一台普通的凸极式同步电动机．它包括主定子和主转子两部分，主定子

上放置空间互差120。的三相对称电枢绕组Ax、BY、cz，接成星形或三角形，主转子是用永久

磁钢制成的一对磁极。转子位置传感器也由定子、转子两部分组成。定子安装在主电动机壳内，

转子和主转子同轴旋转。它的作用是把主转子的位置检测出来．变成电信号去控制电子开关电

路，故也称转子位置检测器。电子开关电路中的功率开关元件分别与主定子上各相绕组相连

接．通过位置传感器输出的信号，控制三极管的导通和截止．从而使主定子上各相绕组中的电

流也随着转子位置的改变，按一定的顺序进行切换,实现无接触式的换向.

l.电机本体

元刷直流电动机是将普通直流电动机的定予与转子进行了互换。其转子为永久磁铁，产气愤隙

磁通:定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。

无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组（三

相、四相、五相不等）．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进

行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材

无刷直流电机结构

料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电

机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机.

2．转子位置传感器

转子位置传感器是无刷直流电动机的一个要害部件.可根据不同的原理构成如电磁感应式、光电

式、磁敏式等多种不同的结构形式.其中,电磁感应式工作可靠，维护简便,寿命长．所以应用较

多.它决定着电枢各相绕组开始通电的时刻.它的作用相称于一般直流电动机中的电刷。改变位

置检测器产生信号的时刻(相位）．相当于直流电动机中改变电刷在空间的位置，对无刷直流电

动机的特性有很大的影响。

位置传感器一般也由定子和转子两部分组成。转子是用来确定电动机本体磁极的位置，定子的

安放是为了检测和输出转子的位置信号。传感器种类较多．且各具特点。目前在无刷直流电动

机中常用的位置传感器有以下几种形式。

(1)电磁式位置传感器。是一种利用电磁效应来实现位置测量的传感元件,有开口变压器、铁磁

谐振电路、接近开关等多种形式，其中开_j变压器使用较多。

电磁感应式转子位置传感器原理如图j2l所示。其定子由原边线圈与副边线圈绕在同一铁芯组

成，转子则由一个具有一定角度(近似电动机的导通角）的导磁捌料组成，该导磁材料可由铁氧