结构与工作原理探析

普通永磁直流电动机是以永久磁铁作定子，以电枢绕组作转子，在工作时除了要为旋转的电枢绕组供电，还要及时改变电压极性，这些需用到电刷和换向器。由于电刷和换向器长期摩擦，很容易出现接触不良、电火花和电磁干扰等问题。因此为了解决这些问题，无刷直流电动机采用永久磁铁作转子，通电绕组作定子，这样就不需要电刷和换向器，不过无刷直流电动机工作时需要配套的驱动电路。

1.工作原理

图9-2所示为一种无刷直流电动机结构和驱动电路简图。无刷直流电动机的定子绕组固定不动，而磁环转子运转。

图9-2 一种无刷直流电动机结构和驱动电路简图

无刷直流电动机工作原理说明如下：

无刷直流电动机位置检测器距离磁环转子很近，磁环的不同磁极靠近检测器时，检测器输出不同的位置信号（电信号）。这里假设S极接近位置检测器时，检测器输出高电平信号，N极接近检测器时输出低电平信号。

在起动电动机时，若磁环的S极恰好接近位置检测器，则检测器输出高电平信号，该信号送到晶体管VT1、VT2的基极，VT1导通，VT2截止，定子绕组L1、L1′马上有电流流过，电流途径是：电源V_cc→L1→L1′→VT1→地。L1、L1′绕组有电流通过，马上产生磁场，该磁场与磁环磁场产生排斥和吸引，它们的相互作用如图9-3a所示。

在图9-3a中，电流流过L1、L1′时，L1产生左N右S的磁场，L1′产生左S右N的磁场，这样就会出现L1的左N与磁环的左S吸引（同时L1的左N会与磁环的下N排斥），L1的右S与磁环的下N吸引，L1′的右N与磁环的右S吸引，L1′的左S与磁环的上N吸引，由于绕组L1、L1′固定在定子铁心上不能运转，而磁环受磁场作用就逆时针转起来。

图9-3 无刷电动机定子绕组与磁环转子受力分析

电动机运转后时，磁环的N极马上接近位置检测器，检测器输出低电平信号，该信号送到晶体管VT1、VT2的基极，VT1截止，VT2导通，有电流流过L2、L2′，电流途径是：电源V_cc→L2→L2′→VT2→地。L2、L2′绕组有电流通过，马上产生磁场，该磁场与磁环磁场产生排斥和吸引，它们的相互作用如图9-20b所示，两磁场的相互作用力推动磁环继续旋转。(www.xing528.com)

2.结构

无刷直流电动机的结构如图9-4所示。从图中可看出，无刷直流电动机主要由定子铁心、定子绕组、位置检测器、磁铁转子和控制电路等组成。

图9-4 无刷直流电动机的结构

位置检测器包括固定和运动两部分，运动部分安装在转子轴上，与转子联动，它可以反映转子的磁极位置，固定部分通过它就可以检测出转子的位置信息，有些无刷直流电动机位置检测器无运转部分，它可以直接检测转子位置信息。控制电路的功能是根据位置检测器送来的位置信号，用电子开关（如晶体管）来切换定子绕组的电源。

无刷直流电动机转子结构有表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极，如图9-5所示，表面式磁极转子是将磁铁黏贴在转子铁心表面，嵌入式磁极转子是将磁铁嵌入铁心中，环形磁极是在转子铁心上套一个环形磁铁。

无刷直流电动机一般采用内转子结构，即转子处在定子的内侧，也有些采用外转子形式，如电动车、摄录像机的无刷直流电动机常采用外转子结构，如图9-6所示。

图9-5 无刷直流电动机常见转子的结构

图9-6 外转子无刷电动机的结构