无刷电动机工作原理

无刷电动机是近几年的新产品，技术已经成熟，已在电动车上普及使用。它是在保留有刷电动机的优良性能的基础上，为减少电刷和换相器而研究开发的。由于无刷直流电动机没有电刷和换相器，它的线圈里电流的通断是通过电子（霍尔）换相电路及功率放大器实现的。要在电动机中产生恒定方向的电磁转矩，就应使电枢电流随磁场位置的变化而变化。为实现这一点，就需要确认磁极与线圈之间的相对位置信息，一般采用位置传感器来完成。由位置传感器将转子磁极的位置信号转换成电信号，然后去驱动功率器件，控制相应线圈电流的通断。与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的永久磁钢磁极安装在转子上，而电枢线圈安装在定子上。位置传感器也有相应的两部分，转动部分和电动机本体中的转子同轴连接（转动部分通常由电动机转子代替），固定部分与定子相连。

下面介绍无刷直流电动机的工作原理。在电动机装配过程中，首先调整好位置传感器的三个信号元件（A、B、C）与电动机定子三相线圈（AX、BY、CZ）之间的相对位置，使得转子磁场转到定子的某相线圈下时，该相线圈才导通，以保证转子磁极下的线圈导体电流方向始终保持一致。当电动机转子的N极位于A（a）处时，传感器的A元件感应出信号，使功率晶体管VT1导通，A相线圈中便有电流通过，设其方向为由A流入、由X流出，便产生水平向左的定子磁场。定子磁场与向上的转子磁场相互作用而产生电磁转矩，驱动转子逆时针旋转。当N极旋转至B处时，B元件输出信号使晶体管VT2导通而其余的功率晶体管关断，B相线圈中通过电流，同样产生逆时针方向的电磁转矩。当磁极旋转至C处时，其动作过程与前两处相同。如此反复循环，电动机即可旋转起来。

电动自行车用电动机受体积和成本限制，通常制成盘式电动机并安装在车轮的轮毂内，轮毂由辐条与车圈连接，直接带动车轮转动。无刷直流电动机除电动机本体外，还包括位置传感器等。

无刷电动机内部结构分定子和转子两部分。定子是由定子铁心、定子支架和轴等部分组成。定子铁心是由硅钢片冲片叠压而成的。由于电动机径向尺寸大，轴向尺寸小，定子铁心一般做成多对极多个槽数，以满足大转矩、低转速的要求。定子线圈的形式和多相的永磁同步电动机类似，它在实现能量转换过程中起着重要的作用。线圈相数多取三相，并采用Y形连接，三相线圈分别与电子开关电路中相应的功率开关器件连接，即为三相半控驱动方式，由永久磁钢按一定极对数（2p=2、4、…）组成。磁钢材料一般采用铁氧体、钕铁硼或钐钴（稀土磁钢）等。无刷直流电动机主要普及用于电动自行车。