無刷直流電動機

無刷直流電動機是指一種用電子換向的小功率直流電動機，又稱無換向器電動機、無整流子直流電動機。在結構上相當於一台反裝式直流電動機，它的電樞放置在定子上，轉子為永磁體。它的電樞繞組為多相繞組，一般為三相，可接成星形或三角形。各相繞組分別與電子換向器電路中的電晶體開關連線。

在無刷直流電動機的轉子軸上裝有轉子位置檢測器、測速發電機和光電脈衝編碼器。轉子位置檢測器的輸出信號控制電子換向器，實現對電動機的換向,即電子換向器中的電晶體的導通與截止由轉子位置檢測器的輸出信號決定。測速發電機的輸出信號用於速度反饋。而光電脈衝編碼器的信號送入CNC裝置。用於位置反饋。轉子位置檢測器有多種類型，但其輸出信號的波形均為三路方波。

基本介紹

• 中文名：無刷直流電動機
• 外文名：brushless direct current motor
• 別稱：無換向器電動機
• 組成：一台同步電機、一組轉子位置
• 特點：結構簡單，運行可靠
• 又稱：無整流子直流電動機

簡介

一種用電子換向的小功率直流電動機。又稱無換向器電動機、無整流子直流電動機。它是用半導體逆變器取代一般直流電動機中的機械換向器，構成沒有換向器的直流電動機。這種電機結構簡單，運行可靠，沒有火花，電磁噪聲低，廣泛套用於現代生產設備、儀器儀表、計算機外圍設備和高級家用電器。

無刷直流電動機由同步電動機和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。同步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。而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感測器。驅動器由功率電子器件和積體電路等構成，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；接受位置感測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。

無刷直流電動機由和一套受位置檢測器控制的自控式逆變器組成。中小型電機的逆變器一般由電晶體組成；大型電機的逆變器通常採用晶閘管構成,稱為晶閘管電動機。

晶閘管

自控式逆變器

無刷直流電動機中採用的是自控式逆變器。它與一般的逆變器不同。它的輸出頻率不是獨立調節的，而是受安裝在同步電動機軸上的轉子位置檢測器控制。每當轉子轉過一定位置(例如90°或120°電角度),位置檢測器便產生相應的信號，作用於對應的半導體元件，使相應的相繞組通電，產生轉矩。電動機轉子每轉過一對磁極，各半導體元件輪流導通一周，逆變器輸出的交流電相應地變化一個周期。所以自控式逆變器的輸出頻率和電動機的轉速始終保持同步，不會出現失步現象。

在小型無刷直流電動機中，逆變器由電晶體組成。由於電晶體具有自關斷能力，只要其基極上的控制信號消失，電晶體就自行關斷，所以控制比較簡單。在容量較大的無刷直流電機中，逆變器由晶閘管組成。晶閘管沒有自關斷能力，不能靠除去觸發信號使其關斷。所以當一相電流需要截止，讓另一相通電時，如何關斷原先導通的晶閘管，把電流轉移到新的一相晶閘管，即晶閘管之間的換流問題是晶閘管電機的技術關鍵。

位置檢測器

裝在電動機軸上的轉子位置檢測器是無刷直流電機的重要部件。它決定著電樞各相繞組開始通電的時刻。它的作用相當於一般直流電機中的電刷。改變位置檢測器產生信號的時刻（相位），相當於直流電機中改變電刷在空間的位置，對無刷直流電機的特性有很大的影響。位置檢測器的結構型式很多，它通常包括一組靜止的探測元件和一個隨電機轉子一起轉動的位置信號形成器。在由霍爾元件構成的位置檢測器中，霍爾元件就是探測元件，而電機轉子磁極本身就是位置信號形成器。在其他的結構中，如電磁感應式、光電式、按近開關式中，常利用一個帶缺口的圓盤作為位置信號形成器。例如，在光電式中利用這個缺口使光線照射到光電管上產生信號；在電磁感應式中用這個缺口改變開口變壓器的磁路，使檢測線圈中產生電動勢等等。

特點

無刷直流電機的外特性好，能夠在低速下輸出大轉矩，使得它可以提供大的起動轉矩；
無刷直流電機的速度範圍寬，任何速度下都可以全功率運行；
無刷直流電機的效率高、過載能力強，使得它在拖動系統中有出色的表現；
無刷直流電機的再生制動效果好，由於它的轉子是永磁材料，制動時電機可以進入發電機狀態；
無刷直流電機的體積小，功率密度高；
無刷直流電機無機械換向器，採用全封閉式結構，可以防止塵土進入電機內部，可靠性高；
無刷直流電機比異步電機的驅動控制簡單。

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：
方波驅動，這種驅動方式實現方便，易於實現電機無位置感測器控制；
正弦驅動，這種驅動方式可以改善電機運行效果，使輸出力矩均勻，但實現過程相對複雜。同時，這種方法又有 SPWM 和 SVPWM（空間矢量 PWM）兩種方式，SVPWM的效果好於 SPWM。