求直流电机结构
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-08-03
直流电机有哪些组成结构？
一、概述
直流电动机的主要优点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重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单、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体、转子位置传感器和电子开关电路三部分组成的“电动机系统”。其基本结构如图5一20所示。
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，产生气隙磁通：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关键部件。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。它的作用相当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j 2l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体或硅钢片制成。在线圈的原边wl端输入高频激磁信号．在副边线圈中感应出耦合转子铁芯与定子铁芯相对位置的输出信号，图中的wa经过电子线路处理，变成与电动机定子、转子位置相对应的电平信号，再经整形处理，就得到了电动机的换向信号。而没有耦合转子铁芯的定子线圈Wb、Wc均无信号输出。
电磁式位置传感器具有输出信号大、工作可靠、寿命长、使用环境要求不高、适应性强、结构简单和紧凑等优点，但这种传感器信噪比较低．体积较大．而且其输出波形为交流，一般需经整流、滤波后方可使用，因而极大地限制了其在普通情况下的应用。
(2)磁敏式位置传感器。磁敏传感器利用电流的磁效应进行工作，所组成的位置检测器由与电机同轴安装、具有与电机转子同极数的永磁检测转子和多只空问均匀分布的磁敏元件构成。目前常用的磁敏元件为霍尔元件或霍尔集成电路，它们在磁场作用下会产生霍尔电
势，经整形、放大后即可输出所需电平信号，构成了原始的位置信号。图5-22为霍尔集成电路及其开关型输出特性。
为了获得三组互差120°电角度、宽180度电角度的方波原始位置信号。需要3只在空间互差机械角度分布霍尔元件，其中户为电机极对数。图5-23给出了一台四极电动机的霍尔位置检测器完整结构，3个霍尔元件Hl、H2、H3在空间互差60°机械角度分布。当永磁检测转子依次经过霍尔元件时。根据极性的不同，产生出三相互差120°电角度、宽180°电角度的方波位置信号，它正好反映了同轴安装的电动机转子磁极的空间位置信息。经整形电路和逻辑电路后，输出6路功率电子开关的触发信和逻辑电路号。霍尔位置检测器是永磁无刷直流电动机中采用较多的一种。
(3)光电式位置传感器和光电式位置传感元件的结构。这是一种利用与电动机转子同轴安装、带缺口旋转圆盘对光电元件进行通、断控制．以产生一系列反映转子空间位置脉冲信号的检测方式。由于三相永磁元刷直流电动机一般每l／6周期换相一次，因此只要采用与电磁式或霍尔式位置检测相似的简单检测方法即可，不必采用光电编码盘的复杂方式。简单光电元件的结构如图5一24所示．由红外发光二极管和光敏三极管构成。当元件凹槽内光线被圆盘挡住时，光敏三极管不导通：当凹槽内光线
由圆盘缺口放过时，光敏三极管导通．以此输出开关型的位置信号。圆盘缺口弧度及光电元件空间布置规律和开口变压器式位置检测器相同。
除了以上3种位置传感器外，还有正、余弦旋转变压器和光电编码器等其他位置传感元件，但成本高、体积大、线路复杂，较少采用。由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性等问题．因此近期来出现了元位置检测器。
元位置传感器检测技术的成功运用解决了位置传感器安装难的问题，而且减小了体积，提高了可靠性，受到了国内外的普遍关注。目前较为常用的方法有：反电动势检测法、续流二极管工作方式检测法、定子三次谐波检测法和瞬时电压方程法等。
必须注意：通过各种方法所得到的位置信号一般不能直接用来控制功率管的通断．往往需要经过一定的逻辑处理后才能作用于逻辑控制单元。
3．电子换向电路
无刷直流电动机的电子换相线路是用来控制电动机定子绕组通电的顺序和导通的时间。主要由功率开关管和逻辑控制电路组成．功率开关单元是核心部分．其功能是将电源的功率以一定的逻辑关系分配给无刷直流电动机定子E的各项绕组，从而使电动机产生持续不断的转矩。控制部分是将通过位置检测得到的信号．根据需要转化成相应的脉冲信号去驱动功率开关管。目前，无刷直流电动机的主开关一般采用IGBT或M0sFET等全控型器件，有些主电路已经有了集成功率模块(PIc)和智能功率模块(IPM)，它们的应用可以使整个系统的呵靠性大幅度提高。
(=)无刷直流电动机的类型
近年来出现的元刷直流电动机，用晶体管开关电路和位置传感器代替电刷和换向器。无刷直流电动机的类型按晶体管开关电路的不同可分为桥式和非桥式两种；按所使用的位置传感器形式的不同可分为光电式、电磁式、磁敏元件式和接近开关式等。
三、无刷直流电动机的基本工作原理
在实际应用中，永磁无刷直流电动机多采用三相桥式功率主电路形式，但为了便于说明，先从三相半桥式主电路开始分析其运行原理。
1.三相半桥主电路
图5-25为三相半桥式永磁无刷直流电机（P=1）三只光电式位置传感元件H1 H2 H3 空间互差120°均匀分布，宽180°缺口遮光圆盘与电动机转子同轴安装，调整圆盘缺口与转子磁极的相对位置，使缺口边沿能反映转子磁极的空间位置。
该缺口位置使光电元件H1受光而输出高电平，触发导通功率开关VTl使直流电流流入A相绕组Ax，形成位于A相绕组轴线上的电枢磁势。此时圆盘缺口与转子磁极的相对位置被调整得使转子永相绕组平面磁势Ff位于B相绕组B-X平面上所示，如图5—26(a)所示两者相互作用产生驱动转矩，驱使转子顺时针旋转。当转子磁极转至图5 26(b)所示的位置时，如仍保持A相绕组通电，则电枢磁势Ff的空间角度讲减为30°并继续减小，最终造成驱动转矩消失。然而由于同轴安装的旋转圆盘同步旋转，此时正好使光电元件H2受光，H1遮光，从而功率开关VT2导通，电流从A相绕组断开转而流人B相绕组B-Y，电流换相，电枢磁势变为Fb它又在旋转方向上重新领先永磁磁势Ff150°相，两者相互作用产生驱动转矩，驱使转子顺时针继续旋转。当转子磁极旋转到图5—26(c)所示的位置时，同理又发生电枢电流从B相向c相的换流，保证了电磁转矩的持续产生和电动机的继续旋转，直至重新回到图5—26(d)或图5-26(a)的起始位置。
可以看出，由于同轴安装转子位置检测圆盘的作用，定子各相绕组在位置检测器的控制下依次馈电，其相电流为120°宽的矩形波，如图5—27所示。这样的三相电流使得定子绕组产生的电枢磁场和转动中的转子永磁磁场在空间始终能保持近似垂直的关系，为最大限度地产生转矩创造了条件。同时也可以看出．经历换相过程的定子绕组电枢磁场不是匀
速旋转磁场而是跳跃式的步进磁场，转子旋转一周的范围内有3种磁状态，每种状态持续1／3周期(120。电角度)．如图5 26中FA、FB、Fc所示。可以想象，由此产生的电磁转矩存在很大的脉动．尤其低速运行时会使转速波动。为了解决这个问题，只有增加转子一周内的磁状态数，此时应采用三相桥式主电路结构。
2．三相桥式主电路
三相桥式主电路如图5一28所示，功率电子开关为标准三相桥式结构，上桥臂元件VTl、 VT3、VT5给各相绕组提供正向电流，产生正向电磁转矩；下桥臂元件VT4、VT6、VT2 给各相绕组提供反向电流，在相同极性转子永磁磁场作用下将产生反向电磁转矩。功率元件通电方式有两两通(120。导通型)和三三通电(180。导通型)，其输出转矩大小不同。
(1)两两通电方式。所谓两两导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期(60°)电角度)换相一次，每次换相一个功率管，不同桥臂之间左右换相。每个功率管导通120°电角度。功率管的导通顺序依次为：vTl、vT2；vT2、vT3；vT3、vT4；vT4
VT5；VT5、VT6；VT6、VTl．．…·在这种通电方式下各导通120°电角度，每个相绕组又与
两个开关元件相连，各相绕组会在正、反两个方向均流过120°宽的方波电流，三相绕组中电流波形如图5—29所示。
由于任一时刻均有一个上桥臂元件导通使某相绕组获得正向电流产生正转矩，又有一个下桥臂元件导通使另一相绕组获得反向电流产生负转矩，此时的合成转矩应是相关相绕组通电产生的正、负转矩的矢量和，如图5—30所示。可以看出，合成转矩是一相通电时所产生转矩的√3倍，每经过一次换相合成转矩方向转过60°电角度。一个输出周期内转矩要经历方向变换6次，从而使转矩脉动比三相半桥主电路时要平缓得多。
(2)三三通电方式。所谓三三导通方式是指每一瞬间有3个功率管导通，每隔l／6周期(60°）电角度)换相一次．每次换相是同一桥臂的上下管之间换相．每个功率管导通180°电角度。功率管的导通顺序依次为：VTl、VT2、VT3；VT2、VT3、VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、VT6；VT5、VT6、VTl；VT6、VTl、VT……：可见这种方式运转一个周期，转子合成驱动转矩的图示与两两方式下是一致的，均为6种状态，不同的是此时的合成转矩的幅值是单相绕组转矩幅值的1．5倍，这是由于三相电流同时作用的结果，电动机在运行过程中的转矩矢量合成图如图5-31所示。
虽然三相永磁无刷直流电动机是应用最广泛的一种，但人们从减少转矩的脉动、扩大单机容量等角度出发，开发出了多相电动机，如四相、五相，甚至十相、十二相电动机。为了提高电动机绕组的利用率，应采用多相同时通电运行的方式。
直流电机的结构和工作原理
答：直流电机主要由以下几部分组成：定子和转子。定子包括机壳、主磁极、换向极以及电刷装置等部分；转子则由电枢铁心、电枢绕组以及转轴等部分组成。其中，主磁极用于产生电机的主要磁场，电枢绕组则是电机电路中的主要部分，用于能量转换。此外，电刷装置在直流电机中起到与外部电源连接的作用。二、直流电机工作原...
直流电机有哪几个部件组成?
答：直流电机有定子和转子两个主要部件。一，定子 1.机座:机械资称和倒磁路作用。2.主磁极：产生磁场。3.换向极:改善直流电机的换向。4.电刷装置:转动的电枢绕组也外电路相连。二，转子 1:转轴:传递转矩。2:电枢铁芯:承受电磁力的作用部件。3;电枢绕组：产生感应电势和通过电流产生电势转矩。4:换向器:...
直流电机结构
答：直流电机主要由定子、转子和轴承等部分组成。其中，定子包括机壳、主磁极、换向极、电刷装置以及其它附件；转子则包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器以及转轴等。这些部件共同协作，使得直流电机能够实现能量的转换和传递。二、定子结构 定子主要是直流电机的固定部分，主要由机壳和主磁极构成。机壳是电机的外壳，...
直流电机的基本结构
答：1. 定子，即电机的静止部分，由主磁极、换向磁极、机座和端盖等部件构成。主磁极负责产生气隙磁场，由铁心和励磁绕组组成。励磁绕组用高强度漆包线绕制，并套在主磁极铁心上，再用螺钉固定于机座。2. 换向磁极位于两个主磁极之间，有助于改善换向。换向磁极由铁心和绕组构成，其铁心通常由低碳钢或10...
直流电机的结构是怎样的?
答：直流电机的简介 是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机，由定子和转子两大部分组成。是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机...
直流电动机的结构组成
答：直流电机的组成结构主要包括定子和转子两部分。定子是直流电机中静止不动的部分，主要负责产生磁场。定子由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。转子则是运行时转动的部分，主要负责产生电磁转矩和感应电动势，通常被称为电枢。转子由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。1. 主...
直流电动机的结构
答：直流电动机的结构可以分为两个主要部分：定子和转子。定子由主磁极、机座、换向极和电刷装置等组成。而转子则包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等部件。接下来，我们将对这两个部分中的各个组件进行详细的说明。1. 电枢铁芯部分：电枢铁芯的作用是放置电枢绕组并传递磁通。为了降低电机运行时电枢...
直流电机基本结构
答：直流电机的基本结构主要由定子和转子两部分组成，它们在电机运行中发挥着关键作用。定子是电机静止不动的部分，主要包括机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组件。主磁极，由主磁极铁心和励磁绕组构成，铁心由硅钢片冲压而成，励磁绕组则缠绕在铁心上，固定在机座上。换向极位于主磁极之间，用于...
直流电机有哪几部分组成
答：直流电机的结构由定子和转子组成。直流电机的静止部分称为定子，定子作用的主要部分是产生磁场，由机座、主磁极、换向器磁极、端盖、轴承和电刷装置组成。接下来我们具体看看它的组成都包括哪些方面。运转中的转动部分称为转子。其主要部件作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机的能的转换枢纽，所以通常...
求直流电机结构
答：又具有交流电动机结构简单、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。
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。1、定子（1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上。（2）换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。（3）机座电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。（4）电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。2、转子（1）电枢铁心电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。（2）电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。（3）换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。（4）转轴转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。
直流电机是由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
无刷直流电动机一、概述
直流电动机的主要优点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重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单、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体、转子位置传感器和电子开关电路三部分组成的“电动机系统”。其基本结构如图5一20所示。
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，产生气隙磁通：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关键部件。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。它的作用相当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j 2l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体或硅钢片制成。在线圈的原边wl端输入高频激磁信号．在副边线圈中感应出耦合转子铁芯与定子铁芯相对位置的输出信号，图中的wa经过电子线路处理，变成与电动机定子、转子位置相对应的电平信号，再经整形处理，就得到了电动机的换向信号。而没有耦合转子铁芯的定子线圈Wb、Wc均无信号输出。
电磁式位置传感器具有输出信号大、工作可靠、寿命长、使用环境要求不高、适应性强、结构简单和紧凑等优点，但这种传感器信噪比较低．体积较大．而且其输出波形为交流，一般需经整流、滤波后方可使用，因而极大地限制了其在普通情况下的应用。
(2)磁敏式位置传感器。磁敏传感器利用电流的磁效应进行工作，所组成的位置检测器由与电机同轴安装、具有与电机转子同极数的永磁检测转子和多只空问均匀分布的磁敏元件构成。目前常用的磁敏元件为霍尔元件或霍尔集成电路，它们在磁场作用下会产生霍尔电
势，经整形、放大后即可输出所需电平信号，构成了原始的位置信号。图5-22为霍尔集成电路及其开关型输出特性。
为了获得三组互差120°电角度、宽180度电角度的方波原始位置信号。需要3只在空间互差机械角度分布霍尔元件，其中户为电机极对数。图5-23给出了一台四极电动机的霍尔位置检测器完整结构，3个霍尔元件Hl、H2、H3在空间互差60°机械角度分布。当永磁检测转子依次经过霍尔元件时。根据极性的不同，产生出三相互差120°电角度、宽180°电角度的方波位置信号，它正好反映了同轴安装的电动机转子磁极的空间位置信息。经整形电路和逻辑电路后，输出6路功率电子开关的触发信和逻辑电路号。霍尔位置检测器是永磁无刷直流电动机中采用较多的一种。
(3)光电式位置传感器和光电式位置传感元件的结构。这是一种利用与电动机转子同轴安装、带缺口旋转圆盘对光电元件进行通、断控制．以产生一系列反映转子空间位置脉冲信号的检测方式。由于三相永磁元刷直流电动机一般每l／6周期换相一次，因此只要采用与电磁式或霍尔式位置检测相似的简单检测方法即可，不必采用光电编码盘的复杂方式。简单光电元件的结构如图5一24所示．由红外发光二极管和光敏三极管构成。当元件凹槽内光线被圆盘挡住时，光敏三极管不导通：当凹槽内光线
由圆盘缺口放过时，光敏三极管导通．以此输出开关型的位置信号。圆盘缺口弧度及光电元件空间布置规律和开口变压器式位置检测器相同。
除了以上3种位置传感器外，还有正、余弦旋转变压器和光电编码器等其他位置传感元件，但成本高、体积大、线路复杂，较少采用。由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性等问题．因此近期来出现了元位置检测器。
元位置传感器检测技术的成功运用解决了位置传感器安装难的问题，而且减小了体积，提高了可靠性，受到了国内外的普遍关注。目前较为常用的方法有：反电动势检测法、续流二极管工作方式检测法、定子三次谐波检测法和瞬时电压方程法等。
必须注意：通过各种方法所得到的位置信号一般不能直接用来控制功率管的通断．往往需要经过一定的逻辑处理后才能作用于逻辑控制单元。
3．电子换向电路
无刷直流电动机的电子换相线路是用来控制电动机定子绕组通电的顺序和导通的时间。主要由功率开关管和逻辑控制电路组成．功率开关单元是核心部分．其功能是将电源的功率以一定的逻辑关系分配给无刷直流电动机定子E的各项绕组，从而使电动机产生持续不断的转矩。控制部分是将通过位置检测得到的信号．根据需要转化成相应的脉冲信号去驱动功率开关管。目前，无刷直流电动机的主开关一般采用IGBT或M0sFET等全控型器件，有些主电路已经有了集成功率模块(PIc)和智能功率模块(IPM)，它们的应用可以使整个系统的呵靠性大幅度提高。
(=)无刷直流电动机的类型
近年来出现的元刷直流电动机，用晶体管开关电路和位置传感器代替电刷和换向器。无刷直流电动机的类型按晶体管开关电路的不同可分为桥式和非桥式两种；按所使用的位置传感器形式的不同可分为光电式、电磁式、磁敏元件式和接近开关式等。
三、无刷直流电动机的基本工作原理
在实际应用中，永磁无刷直流电动机多采用三相桥式功率主电路形式，但为了便于说明，先从三相半桥式主电路开始分析其运行原理。
1.三相半桥主电路
图5-25为三相半桥式永磁无刷直流电机（P=1）三只光电式位置传感元件H1 H2 H3 空间互差120°均匀分布，宽180°缺口遮光圆盘与电动机转子同轴安装，调整圆盘缺口与转子磁极的相对位置，使缺口边沿能反映转子磁极的空间位置。
该缺口位置使光电元件H1受光而输出高电平，触发导通功率开关VTl使直流电流流入A相绕组Ax，形成位于A相绕组轴线上的电枢磁势。此时圆盘缺口与转子磁极的相对位置被调整得使转子永相绕组平面磁势Ff位于B相绕组B-X平面上所示，如图5—26(a)所示两者相互作用产生驱动转矩，驱使转子顺时针旋转。当转子磁极转至图5 26(b)所示的位置时，如仍保持A相绕组通电，则电枢磁势Ff的空间角度讲减为30°并继续减小，最终造成驱动转矩消失。然而由于同轴安装的旋转圆盘同步旋转，此时正好使光电元件H2受光，H1遮光，从而功率开关VT2导通，电流从A相绕组断开转而流人B相绕组B-Y，电流换相，电枢磁势变为Fb它又在旋转方向上重新领先永磁磁势Ff150°相，两者相互作用产生驱动转矩，驱使转子顺时针继续旋转。当转子磁极旋转到图5—26(c)所示的位置时，同理又发生电枢电流从B相向c相的换流，保证了电磁转矩的持续产生和电动机的继续旋转，直至重新回到图5—26(d)或图5-26(a)的起始位置。
可以看出，由于同轴安装转子位置检测圆盘的作用，定子各相绕组在位置检测器的控制下依次馈电，其相电流为120°宽的矩形波，如图5—27所示。这样的三相电流使得定子绕组产生的电枢磁场和转动中的转子永磁磁场在空间始终能保持近似垂直的关系，为最大限度地产生转矩创造了条件。同时也可以看出．经历换相过程的定子绕组电枢磁场不是匀
速旋转磁场而是跳跃式的步进磁场，转子旋转一周的范围内有3种磁状态，每种状态持续1／3周期(120。电角度)．如图5 26中FA、FB、Fc所示。可以想象，由此产生的电磁转矩存在很大的脉动．尤其低速运行时会使转速波动。为了解决这个问题，只有增加转子一周内的磁状态数，此时应采用三相桥式主电路结构。
2．三相桥式主电路
三相桥式主电路如图5一28所示，功率电子开关为标准三相桥式结构，上桥臂元件VTl、 VT3、VT5给各相绕组提供正向电流，产生正向电磁转矩；下桥臂元件VT4、VT6、VT2 给各相绕组提供反向电流，在相同极性转子永磁磁场作用下将产生反向电磁转矩。功率元件通电方式有两两通(120。导通型)和三三通电(180。导通型)，其输出转矩大小不同。
(1)两两通电方式。所谓两两导通方式是指每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期(60°)电角度)换相一次，每次换相一个功率管，不同桥臂之间左右换相。每个功率管导通120°电角度。功率管的导通顺序依次为：vTl、vT2；vT2、vT3；vT3、vT4；vT4
VT5；VT5、VT6；VT6、VTl．．…·在这种通电方式下各导通120°电角度，每个相绕组又与
两个开关元件相连，各相绕组会在正、反两个方向均流过120°宽的方波电流，三相绕组中电流波形如图5—29所示。
由于任一时刻均有一个上桥臂元件导通使某相绕组获得正向电流产生正转矩，又有一个下桥臂元件导通使另一相绕组获得反向电流产生负转矩，此时的合成转矩应是相关相绕组通电产生的正、负转矩的矢量和，如图5—30所示。可以看出，合成转矩是一相通电时所产生转矩的√3倍，每经过一次换相合成转矩方向转过60°电角度。一个输出周期内转矩要经历方向变换6次，从而使转矩脉动比三相半桥主电路时要平缓得多。
(2)三三通电方式。所谓三三导通方式是指每一瞬间有3个功率管导通，每隔l／6周期(60°）电角度)换相一次．每次换相是同一桥臂的上下管之间换相．每个功率管导通180°电角度。功率管的导通顺序依次为：VTl、VT2、VT3；VT2、VT3、VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、VT6；VT5、VT6、VTl；VT6、VTl、VT……：可见这种方式运转一个周期，转子合成驱动转矩的图示与两两方式下是一致的，均为6种状态，不同的是此时的合成转矩的幅值是单相绕组转矩幅值的1．5倍，这是由于三相电流同时作用的结果，电动机在运行过程中的转矩矢量合成图如图5-31所示。
虽然三相永磁无刷直流电动机是应用最广泛的一种，但人们从减少转矩的脉动、扩大单机容量等角度出发，开发出了多相电动机，如四相、五相，甚至十相、十二相电动机。为了提高电动机绕组的利用率，应采用多相同时通电运行的方式。
答：直流电机主要由以下几部分组成：定子和转子。定子包括机壳、主磁极、换向极以及电刷装置等部分；转子则由电枢铁心、电枢绕组以及转轴等部分组成。其中，主磁极用于产生电机的主要磁场，电枢绕组则是电机电路中的主要部分，用于能量转换。此外，电刷装置在直流电机中起到与外部电源连接的作用。二、直流电机工作原...
答：直流电机有定子和转子两个主要部件。一，定子 1.机座:机械资称和倒磁路作用。2.主磁极：产生磁场。3.换向极:改善直流电机的换向。4.电刷装置:转动的电枢绕组也外电路相连。二，转子 1:转轴:传递转矩。2:电枢铁芯:承受电磁力的作用部件。3;电枢绕组：产生感应电势和通过电流产生电势转矩。4:换向器:...
答：直流电机主要由定子、转子和轴承等部分组成。其中，定子包括机壳、主磁极、换向极、电刷装置以及其它附件；转子则包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器以及转轴等。这些部件共同协作，使得直流电机能够实现能量的转换和传递。二、定子结构 定子主要是直流电机的固定部分，主要由机壳和主磁极构成。机壳是电机的外壳，...
答：1. 定子，即电机的静止部分，由主磁极、换向磁极、机座和端盖等部件构成。主磁极负责产生气隙磁场，由铁心和励磁绕组组成。励磁绕组用高强度漆包线绕制，并套在主磁极铁心上，再用螺钉固定于机座。2. 换向磁极位于两个主磁极之间，有助于改善换向。换向磁极由铁心和绕组构成，其铁心通常由低碳钢或10...
答：直流电机的简介 是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机，由定子和转子两大部分组成。是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机...
答：直流电机的组成结构主要包括定子和转子两部分。定子是直流电机中静止不动的部分，主要负责产生磁场。定子由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。转子则是运行时转动的部分，主要负责产生电磁转矩和感应电动势，通常被称为电枢。转子由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。1. 主...
答：直流电动机的结构可以分为两个主要部分：定子和转子。定子由主磁极、机座、换向极和电刷装置等组成。而转子则包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、轴和风扇等部件。接下来，我们将对这两个部分中的各个组件进行详细的说明。1. 电枢铁芯部分：电枢铁芯的作用是放置电枢绕组并传递磁通。为了降低电机运行时电枢...
答：直流电机的基本结构主要由定子和转子两部分组成，它们在电机运行中发挥着关键作用。定子是电机静止不动的部分，主要包括机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组件。主磁极，由主磁极铁心和励磁绕组构成，铁心由硅钢片冲压而成，励磁绕组则缠绕在铁心上，固定在机座上。换向极位于主磁极之间，用于...
答：直流电机的结构由定子和转子组成。直流电机的静止部分称为定子，定子作用的主要部分是产生磁场，由机座、主磁极、换向器磁极、端盖、轴承和电刷装置组成。接下来我们具体看看它的组成都包括哪些方面。运转中的转动部分称为转子。其主要部件作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机的能的转换枢纽，所以通常...
答：又具有交流电动机结构简单、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。
