无刷直流电动机

[拼音]：wushua zhiliu dian dongji

[外文]：brushless D.C. motor

一种用电子换向的小功率直流电动机。又称无换向器电动机、无整流子直流电动机。它是用半导体逆变器取代一般直流电动机中的机械换向器，构成没有换向器的直流电动机。这种电机结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声低，广泛应用于现代生产设备、仪器仪表、计算机外围设备和高级家用电器。

无刷直流电动机由一台同步电机、一组转子位置检测器和一套受位置检测器控制的自控式逆变器组成。中小型电机的逆变器一般由晶体管组成；大型电机的逆变器通常采用晶闸管构成，称为晶闸管电动机。

图1所示为一台用霍耳元件作为转子位置检测元件的小型晶体管无刷直流电动机。图中两个霍耳磁敏检测元件HG₁和HG₂安放在电动机定子的X相和Y相绕组的轴线上。它们的输出端子x₁、x₂，y₁、y₂分别用于控制晶体管BG₄、BG₂、BG₁和BG₃的通断。当磁极N的轴线对着霍耳元件HG₁时，在HG₁中产生x₁方向上的信号。此信号使晶体管BG₄导通，于是在相绕组W_X1中有电流流通，在x轴线上产生一个S极磁场，它将吸引转子上的N极旋转90°。当转子N极转到X相轴线上时，HG₁的输出将变为零，BG₄关断，而在霍耳元件HG₂中将产生y₂方向上的信号，使晶体管BG₃导通，相绕组W_y2中通入电流。又在 y₂轴线上产生S极，它再次吸引转子继续旋转90°。依此类推，定子绕组将按照W_x1→W_y2→W_x2→W_y1→W_x1的顺序轮流通电，形成一个步进式的旋转磁场，吸引着转子不断地转动。

在小型无刷直流电动机中逆变器常用半波中零式电路（图2a）。

这种线路结构比较简单，但采用半波逆变，电机电枢绕组中的电流只沿一个方向流通半个周期，所以电机的材料利用率较低。在容量较大的无刷直流电机中通常采用桥式电路（图2b），电枢绕组能在正负两个半周中均通过电流，产生转矩。

自控式逆变器

无刷直流电动机中采用的是自控式逆变器。它与一般的逆变器不同。它的输出频率不是独立调节的，而是受安装在同步电动机轴上的转子位置检测器控制。每当转子转过一定位置(例如90°或120°电角度)，位置检测器便产生相应的信号，作用于对应的半导体元件，使相应的相绕组通电，产生转矩。电动机转子每转过一对磁极，各半导体元件轮流导通一周，逆变器输出的交流电相应地变化一个周期。所以自控式逆变器的输出频率和电动机的转速始终保持同步，不会出现失步现象。

在小型无刷直流电动机中，逆变器由晶体管组成。由于晶体管具有自关断能力，只要其基极上的控制信号消失，晶体管就自行关断，所以控制比较简单。在容量较大的无刷直流电机中，逆变器由晶闸管组成。晶闸管没有自关断能力，不能靠除去触发信号使其关断。所以当一相电流需要截止，让另一相通电时，如何关断原先导通的晶闸管，把电流转移到新的一相晶闸管，即晶闸管之间的换流问题是晶闸管电机的技术关键。

位置检测器

装在电动机轴上的转子位置检测器是无刷直流电机的重要部件。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），相当于直流电机中改变电刷在空间的位置，对无刷直流电机的特性有很大的影响。位置检测器的结构型式很多，它通常包括一组静止的探测元件和一个随电机转子一起转动的位置信号形成器。在由霍耳元件构成的位置检测器中，霍耳元件就是探测元件，而电机转子磁极本身就是位置信号形成器。在其他的结构中，如电磁感应式、光电式、按近开关式中，常利用一个带缺口的圆盘作为位置信号形成器。例如，在光电式中利用这个缺口使光线照射到光电管上产生信号；在电磁感应式中用这个缺口改变开口变压器的磁路，使检测线圈中产生电动势等等。

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