無刷電機的工作原理

無刷直流電機運行原理圖，繞組為三相星形接法，120度均布，采用三相半橋驅動方式，轉子為一對極。在圖示位置，磁鋼的磁極中心線與A相繞組對齊，此時的控制電路根據轉子位置檢測信號，使S1開關管觸發導通，B相繞組通電，在B相繞組磁場的作用下，轉子將順時針旋轉120獨門，到達虛線轉子所示的位置，磁鋼的磁極中心線與B相繞組對齊，此時，控制電路根據轉子位置檢測信號，使S1開關管關斷，使S3開關管導通，A相繞組通電，轉子在A相繞組磁場的作用下，轉子將順時針旋轉120度，按上述通電順序循環導通，轉子就順時針旋轉下去。無刷直流電機采集轉子位置信號，前者，電機結構簡單，但電機起動困難;后者，電機結構稍復雜，但起動平穩、可靠，目前大部分的無刷直流電機均采用后者。位置傳感器的種類很多，空調用的無刷直流電機一般采用霍爾元件作為位置傳感器。

電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。 由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會象變頻調速下重載啟動的同步電機那樣在轉子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產生振蕩和失步。

霍耳信號傳遞給控制器，控制器通過電機相線（粗線，不是霍耳線）給電機線圈供電，電機旋轉，磁鋼與線圈（準確的說是纏在定子上的線圈，其實霍耳一般安裝在定子上）發生轉動，霍耳感應出新的位置信號，控制器粗線又給電機線圈重新改變電流方向供電，電機繼續旋轉（線圈和磁鋼的位置發生變化時，線圈必須對應的改變電流方向，這樣電機才能繼續向一個方向運動，不然電機就會在某一個位置左右擺動，而不是連續旋轉），這就是電子換相。

如圖所示

無刷電機內部結構電路圖

無刷直流電機的驅動原理

無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞，轉子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產生不變的磁場，電機不能轉動起來，只有實時檢測電機轉子的位置，再根據轉子的位置給電機的不同相通以對應的電流，使定子產生方向均勻變化的旋轉磁場，電機才可以跟著磁場轉動起來。

如圖1.4所示為無刷直流電機的轉動原理示意圖，為了方便描述，電機定子的線圈中心抽頭接電機電源POWER，各相的端點接功率管，位置傳感器導通時使功率管的G極接12V，功率管導通，對應的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉子的轉動，會依次導通，使得對應的相線圈也依次通電，從而定子產生的磁場方向也不斷地變化，電機轉子也跟著轉動起來，這就是無刷直流電機的基本轉動原理——檢測轉子的位置，依次給各相通電，使定子產生的磁場的方向連續均勻地變化。

永磁無刷直流電機基本結構

在傳統直流電機基礎上發展起來的永磁無刷直流電機，在結構上兩者基本一致，不同的是永磁無刷直流電機的電樞繞組置于定子上，這點類似于交流電機的繞組，同時一般采用多相的形式，其中目前情況下三相應用的最多；其轉子為永磁體，并且采用電子換向，定子磁場與轉子永磁磁場之間的相互作用產生電磁轉矩。永磁無刷直流電機根據永磁體的形狀和磁路結構的不同，其氣隙磁場波形有方波、梯形波、正弦波三種，反電勢的波形對應相同。通常，反電勢是正弦波的電機稱為永磁同步電機，如圖3所示；波形為其他兩種類型的則稱為永磁無刷直流電機，如圖4所示。

永磁無刷直流電機的組成如圖5所示。由此可見，它主要有三部分組成。轉子的結構有凸極式和內嵌式兩種，且由永磁材料制成。定子上的電樞與永磁有刷直流電機相反，所以它具有旋轉的磁場和固定的電樞。

電子開關電路中的功率管等可與電機電樞繞組直接相連接，再加上位置傳感器，其功能就相當于有刷電機中的機械換向裝置。永磁無刷直流電機結構簡單，其基本結構示意圖如圖6所示。

永磁無刷直流電機結構原理如圖7所示。從圖中可以看出，經過開關電路直流電源向定子繞組進行供電，控制系統對位置傳感器信號進行處理后實現對開關電路的控制，正確地判斷各電機繞組的通電和斷電狀況，進而實現電機的換向。

無刷直流電機的驅動方法

無刷直機電機的驅動方式按不同類別可分多種驅動方式，它們各有特點。

按驅動波形：

（1），這種驅動方式實現方便，易于實現電機無位置傳感器控制;

（2），這種驅動方式可以改善電機運行效果，使輸出力矩均勻，但實現過程相對復雜。同時，這種方法又有SPWM和SVPWM（空間矢量PWM）兩種方式，SVPWM的效果好于SPWM。

無刷電機為什么不用鐵氧體

經常有網友問到無刷電機為什么不用鐵氧體磁鐵？為何不用鐵氧體？原因在哪？

無刷電機中，是沒有碳刷的，跟有刷相反，所以無刷電機的磁鐵成了轉子。無刷電機，特別是模型界的無刷電機，幾乎100%用的釹鐵硼強磁鐵，主要是因為釹鐵硼磁力強，電機的功率跟磁鐵的性能息息相關，釹磁鐵的體積與牌號決定了電機的最大功率。

大家都知道鐵氧體的性能低，性能低導致電機功率小，所以用的很少很少。無刷電機通常選用燒結釹鐵硼（磁瓦）材質、粘結釹鐵硼（圓環）材質的多，無刷電機用磁瓦作為定子時，一般都超過6極，但磁瓦作為無刷電機的轉子時，可有4、6以上的極數。

無刷電機的磁環一般直徑大于20，充磁極數在4-12極之間，且其壁厚多在1.5-5.0之間。