无刷电机结构特点工作原理及应用领域
一、什么是无刷电机 无刷电机的基本概念 根据电机的结构和工作原理，我们可以将电机分为有刷电机、内转子无刷电机和外转子无刷电机。 有刷电机：我们也称为直流电机或者碳刷电机，是历史最悠久的电机类型，也是目前数量最多的电机类型。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。这种电机具有造价相对较低、扭力高、结构简单、易维护等优点。 无刷电机：这是模界中除了有刷电机以外用的最多的一种电机，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器，以钕铁硼 作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势。具有高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性、可伺服控制、无级变频调速等优点，至于缺点嘛……就是比有刷的贵、不好维护，广泛应用于航模、高速车模和船模。 不过，单个的无刷电机不是一套完整的动力系统，无刷基本必须通过无刷控制器也就是电调的控制才能实现连续不断的运转。普通的碳刷电机旋转的是绕组，而无刷电机不论是外转子结构还是内转子结构旋转的都是磁铁。所以任何一个电机都是由定子和转子共同构成的。 无刷电机的定子是产生旋转磁场的部分，能够支撑转子进行旋转，主要由硅钢片、漆包线、轴承、支撑件构成；而转子则是黏贴钕铁硼磁铁，在定子旋转磁场的作用进行旋转的部件，主要由转轴、磁铁、支持件构成。除此之外，定子与转子组成的磁极对数还影响着电机的转速与扭力。 二、无刷电机的结构 无刷电机没有电刷和换向器，采用电子控制器（也称为驱动器）来切换电流方向。 由定子、转子和电子驱动控制器组成，转子通常是永磁体，而定子是线圈。 通过传感器检测转子位置并调整定子线圈的电流方向来控制电机转动。 无刷电机的前盖、中壳、后盖主要是整体结构件，起到构建电机整体结构的作用。但是外转子无刷电机的外壳同时也是磁铁的磁路通路，所以外壳必须是导磁性的物质构成。内转子的外壳只是结构件，所以不限定材质。但是内转子电机比外转子电机多一个转子铁芯，这个转子铁芯的作用同样也是起到磁路通路的作用。 磁铁：是安装在转子上，是无刷电机的重要组成部分，无刷电机的绝大部分性能参数都与磁铁相关，包括功率、转速、扭矩等。 硅钢片：是有槽无刷电机的重要组成部分，当然，无槽无刷电机是没有硅钢片的，但是目前绝大多数的无刷电机都是有槽的。它在整个系统中的作用主要是降低磁阻、参与磁路运转。 转轴：是电机转子的直接受力部分，转轴的硬度必须能满足转子高速旋转的要求。 轴承：是电机运转顺畅的保证，轴承可以分为滑动轴承和滚动轴承，而滚动轴承又可以细分为深沟球轴承、滚针轴承和角接触轴承等十大类，而目前大多数的无刷电机都是采用深沟球轴承。 三、无刷电机的特点 优点： 缺点： 四、无刷电机的工作原理 通过电子控制器根据转子的实时位置来切换电流方向，驱动转子旋转。 因为没有机械接触部分，不存在电刷磨损的问题，使用寿命更长，效率更高。 电子控制器根据转子位置信号，按顺序向定子线圈供电，形成旋转磁场。转子的永磁体受磁场吸引或排斥，跟随旋转磁场转动，实现电能到机械能的转换。通常采用三相交流电驱动，通过逆变器将直流电转换为三相交流，形成120度相位差，确保平稳旋转。 无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。 直流无刷电机动力系统由转子、定子和位置传感器三部分等组成。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。 五、无刷直流电机的应用领域 应用领域一，办公计算机外围设备、电子数码消费品领域。 这是无刷直流电机普及最广、数量最大的领域。比如在生活中常见的打印机、传真机、复印机、硬盘驱动器、软盘驱动器、电影摄影机、磁带记录仪等，在它们的主轴和附属运动的带动控制中，都有无刷直流电机的身影。 应用领域二，工业控制领域。 近些年，由于无刷直流电机大规模的研发和技术的逐渐成熟，其驱动系统在工业生产中的分布范围也随之扩大，已逐步成为工业用电动机的发展主流。围绕降低生产成本和提高运行效率而展开的研究与尝试已取得显著的效益，各大厂商也提供不同型号的电机以满足不同驱动系统的需求。现阶段在纺织、冶金、印刷、自动化生产流水线、数控机床等工业生产方面，无刷直流电机都有涉猎。 应用领域三，医疗设备领域。 在国外，对无刷直流电机的使用已经较为普遍，可以用来驱动人工心脏中的小型血泵；在国内，手术用高速器具的高速离心机、热像仪和测温仪的红外激光调制器都使用了无刷直流电机。 应用领域四，汽车领域。 据分析在市面上，一般的家用轿车需要永磁电机 20-30
个，而每辆豪华轿车则需要59个之多，除了核心发动机外，在雨刷器、电动车门、汽车空调、电动车窗等部位都有电机的身影。随着汽车工业向着节能环保的方向发展，所使用的电机也必须满足高效率、低能耗的标准。而无刷直流电机的低噪声、寿命长、无火花干扰、方便集中控制等优点完全符合，随着其调速技术的日益成熟，性价比会越来越高，它在汽车电机驱动的各个环节中的应用会更加广泛。 应用领域五，家用电器领域。 前，“变频”技术已非常普遍，作为中国家电的标志逐渐占据了大部分的消费市场，“直流变频”受到生产厂商的青睐，已有逐渐替换掉“交流变频”的转变趋势。这种转变实质上就是家电所用的电动机由感应电动机向无刷直流电机及其控制器的过渡，以达到节能环保、低噪智能、舒适性高的要求。无刷直流电机的发展方向与电力电子、传感器、控制理论等技术的发展方向相同，它是多种技术相结合的产物，它的发展取决于与之相关的每一种技术的革新与进步。