第二章无刷直流电机的基本原理

2.1无刷直流电机的基本结构

无刷直流电机包括转子组件和定子组件。转子组件包括多个第一极性的转子永久磁铁。定子组件包括面向转子组件的多个定子磁场组件。每个定子磁场组件包括具有面向转子组件的开口的盒类磁芯。一种永磁磁芯被配置在盒内,该磁芯具有面向转子组件的表面,并且在该表面具有第二极性。一个磁场线圈是邻近箱形磁芯,用于励磁定子磁场组件。在箱形磁芯的外表面设有一个提高永磁体。

无刷直流电动机的主要包括电动机本体、电子开关线路与位置传感器[7]等几个重要部分[8]。

2.1.1电机本体

电机的本体一般包括带有电枢绕组的定子还有带有永磁极的转子这两个关键的部分[9]。电动机转子是电机本体的转动部分，是个永磁体，所以我们也可以称作这种电动机叫永磁无刷直流电动机。它能够产生出励磁磁场，并且从而产生感应电动势，使得无刷直流电机快速运行。

无刷直流电机产生磁场的核心是通过永磁体和导磁体形成的，它们分别由永磁材料和导磁材料制成的。现在的生产工厂大多使用铁氧体、汝铁硼还有铝镍站等材料来生产制造无刷直流电机转子的永磁材料。它的好处是节省成本，抗氧化性能好。

转子有内转子型和外转子型两类，这两种类型的区别在于：处于转子的外部还是内嵌于转子的内部的永磁体是否为2到8对永磁体，如图2-1和图2-2所示。

图2-1内、外转子结构图

图2-2 无刷直流电动机结构图

而无刷直流电机的定子部分则与没什么变化，还是以铁心中的多相绕组为核心(三相、四相、五相)。绕组可以连接成星形或三角形，然后和逆变器的功率管相连接，实现换流的功能。无刷直流电机中，定子是不动的，而转子则在通入电流后开始转动，从而使定子上的电枢绕组切割转自磁场，产生感应电动势。

2.1.2电子开关线路

电力电子开关线路可以实现电能的变换和控制，它可以直接作用于主电路，电力电子开关线路所包含的电力电子器件是当前使用最为广泛的电子器件之一。它的特征很明显，例如，它工作在放大状态，并且它能承受的电流和电压比其它的电子器件要大得多。电力电子器件的不足也有，例如，它的功率损耗比一般的电子器件都要大，所以使用电力电子器件时的损耗通常都会随着它开关频率的升高而变大，使用成本较高。

目前无刷直流电机的电子开关电路经常使用的是以三相全控整流电路为原理的全控开关器件，如图2-3所示。如图2-3所示，三相全控制电路中的IGBT数为6，这是相数的两倍，每一组上下两个桥臂各与其中的一相绕组相连接。使用这三相全控电路作为电子开关电路时，我们要注意的是，任何一组上、下两个桥臂都必须防止它们之间的导通，因为如果它们一旦导通的话，会导致电路短路从而烧毁电源甚至是整个电路。

通过控制整个控制电路，我们可以随时实现两相导通，其导通角为120°，具有电机控制模式的六种状态。

这种整流电路的设计扩大了无刷直流电机的使用范畴，使之在三相交流电的境况下也能实现运转，并且它的工作状态运行平稳快速。