【技术】一文了解无刷直流电机是什么？

时间： 2023-03-01 来源：科力尔官网

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无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。无刷电机采用晶体管电子换向电路代替电刷与换向器机械换相装置来改变电流方向，克服了传统有刷电机碳刷寿命短的缺陷。无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量异步电动机缩小了一个机座号。本文中科力尔将为大家详细解析无刷直流电机。

无刷电机特点：

1、可替代有刷电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；
2、具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；
3、可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；
4、体积小、重量轻、出力大；
5、转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；
6、无级调速，调速范围广，过载能力强；
7、软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；
8、效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%~60%。
9、可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；
10、耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；
11、不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型；
12、根据需要可选梯形波磁场电机和正弦波磁场电机。

应用领域

基于以上特点，无刷电机被广泛应用于各种智能化应用领域与自动化应用领域，比如软硬盘驱动器、电单车、风机、水泵、航模、家用电器、办公自动化、医疗器械、汽车等领域。

无刷电机基本结构

直流无刷电动机的结构主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、无相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2，4，…）组成。

无刷直流电动机本体由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。

采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。

采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件（例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）

工作原理

众所周知，一般的永磁式直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。由于电刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运行的过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地运转。直流无刷电动机为了实现无电刷换相，首先要求把一般直流电动机的电枢绕组放在定子上，把永磁磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电动机的结构刚好相反。但仅这样做还是不行的，因为用一般直流电源给定子上各绕组供电，只能产生固定磁场，它不能与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。

所以，直流无刷电动机除了由定子和转子组成电动机本体以外，还要由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同构成的换相装置，使得直流无刷电动机在运行过程中定子绕组所产生的的磁场和转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，在空间始终保持在（π/2）rad左右的电角度。

通用特性

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