無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

　　介紹無刷直流電機(jī)前，需要先了解直流有刷電機(jī)。圖1-1所示為直流有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖，其主要部件組成如圖1-2所示。

　　其工作原理非常簡單，當(dāng)DC電流通過電刷進(jìn)入，并通過換向器流進(jìn)電機(jī)的繞組內(nèi)，然后通過電刷與換向器之間的相對位置變化，改變流入電機(jī)繞組內(nèi)的電流方向，從而實現(xiàn)電機(jī)的持續(xù)運轉(zhuǎn)。

　　圖1-3給出了直流有刷電機(jī)的優(yōu)缺點。

　　通過分析可知，直流有刷的確定主要是由于電刷和換向器導(dǎo)致的。因此，無刷直流電機(jī)的最大特點就是去掉了電刷和換向器。為此，它也失去了改變電流方向的能力。為了彌補這個損失，它需要增加電子換向器。無刷直流電機(jī)與有刷電機(jī)的另外一個主要區(qū)別是互換了繞組和永磁體的位置。如圖1-4所示的典型的三相直流無刷電機(jī)(brushless DC motor，如果直譯應(yīng)該是無刷直流電機(jī)，但是筆者習(xí)慣了直流無刷電機(jī)的說法，所以文章中可能會出現(xiàn)兩種說法，大家了解這是指同一個東西即可)，永磁體放在了轉(zhuǎn)子上，繞組放在了定子上(此為內(nèi)轉(zhuǎn)子形式，也有外轉(zhuǎn)子形式的會將永磁體放在外部)，已經(jīng)看不到電刷和換向器，但是需要增加電子換向器。無刷直流電機(jī)需要獲得轉(zhuǎn)子的位置，以便通過電子換向器正確的進(jìn)行換相，這一般是通過霍爾傳感器實現(xiàn)的。但獲取換相點并不一定必須通過霍爾傳感器，所以圖1-4中并未給出霍爾傳感器。圖1-5給出了帶霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)圖。霍爾傳感器的布置原理將在后續(xù)文章中介紹。圖1-6是一臺無刷直流電機(jī)的實際產(chǎn)品，可以將圖1-4與圖1-6結(jié)合來看。

　　直流無刷電機(jī)主要是靠霍爾傳感器或者反電動勢獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置，然后根據(jù)設(shè)定的換相表獲得當(dāng)前時間應(yīng)該給哪兩相繞組通電，從而獲得定子磁鏈和反向與轉(zhuǎn)子磁鏈的方向呈一定的角度。

　　下面通過一組圖片解釋無刷直流電機(jī)的工作原理。常用的控制方式是每次給兩相繞組通電。每相繞組的通電時間為120度電角度，剩余的一相未通電繞組可以用來檢測反電動勢并執(zhí)行換相。這樣每次通電過程中，可以產(chǎn)生雙倍的扭矩，效率提高。圖1-7到圖1-12給出了兩相通電時的示意圖。注意，在圖1-7到圖1-12中，我們已經(jīng)把三個獨立線圈的一端連接在一起，形成了Y型連接，這樣可以方便電子換向。

　　此時，你可能仍然又一個疑問。我應(yīng)該在什么時候給哪兩相通電？如何來實現(xiàn)？

　　這就要利用到無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)章節(jié)講到的霍爾信號和電子換向裝置。如圖1-13所示，通過霍爾傳感器得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置來決定給哪相繞組通電。

　　具體過程如圖1-14所示，根據(jù)當(dāng)前采集的HALL值，按照定義好的換相表可知此時應(yīng)該給A相通正向電流，C相通負(fù)電流(定義電流的正方向為流入繞組)。同理，在60度電角度以后，HALL值再次發(fā)生跳變，同樣的原理可得此時應(yīng)該給B相通正電流，C相通負(fù)電流