直流无刷电机总体结构及原理

什么是直流无刷电机？

无刷直流电机总体结构及原理

无刷直流电机（BLDC）是永磁同步电机（定子产生的磁场与转子的运动频率相同）的一种。区别于有刷直流电机，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能相较一般的传统直流电机有很大的优势，是当今理想的调速电机。

BLDC电机可以配置为单相、双相和三相。三相电机使用最普遍。

无刷直流电机以电子换向器（三相逆变桥电路）取代了机械换向器（有刷电机的电刷），所以无刷直流电机既具有直流电机的良好调速性能，又具有交流的结构简单、无换向火花。

• 定子

• BLDC定子是由许多硅钢片经过叠压和冲压而成，每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组。

• 

• 定子绕组可以分成梯形和正弦两种绕组，它们的根本区别在于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势不同，分别呈现梯形和正弦波形。梯形和正弦波绕组产生的反电动势波形如下图：

梯形反电动势↑

正弦反电动势↑

绕组的不同不仅在反电动势上有梯形和正弦的区别，在相电流上也呈现出梯形和正弦波的差异。正弦波绕组由于波形平滑，所以运行起来相对于梯形绕组来说更加平稳一些。

• 转子

• BLDC电动机的转子部分由永磁体（通常是稀土合金磁体，例如钕（Nd），钐钴（SmCo）和钕铁硼（NdFeB）组成。

• 根据应用，极数可以在2到8个之间变化，北极（N）和南极（S）交替放置。下图显示了磁极的三种不同布置。

• （a）磁体放置在转子的外周上。

• （b）称为电磁嵌入式转子，其中矩形永磁体嵌入转子的铁心中。

• （c）将磁体插入转子的铁芯中。

• 

• 霍尔传感器
  

要使得BLDC转起来，必须按照一定的顺序给定子通电，那么我们就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电。转子的位置是由嵌入到定子的霍尔传感器感知的。

通常设计三个霍尔传感器在转子的旋转路径周围。多数BLDC电机在非驱动端上的定子中嵌入了三个霍尔传感器。无论何时，只要转子的磁极掠过霍尔元件时，根据转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高或低电平，表示北磁极或南磁极正经过该传感器。这样只需要根据三个霍尔元件产生的电平时序就可以判断当前转子的位置，并相应的对定子绕组进行通电。

BLDC电机运转示意图

TOUR