无刷直流电机的结构和工作原理

BLDC即无刷电机，说起无刷电机，可能很多人是在购买电动车的时候才知道的。

近几年提到无刷电机，可能又会让人想起那个叫李红涛的，甚至被某些人叫为“无刷电机之父”的男人的传奇故事。要不是去了解了一下无刷电机的发展史，但从那些文章和视频给人的认知，我几乎就相信了从他的发明出现才有了无刷电机。

其实在百年前，用整流管代替有刷直流电机的机械碳刷的想法就已经被提了出来，但碍于技术水平，想法并没有成为现实。直到1955年，美国人d.harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械碳刷的专利，才标志着现代无刷电机的诞生。在国内，关于无刷电机的研制工作开始于70年代初期，比国外晚了几十年，所以目前国内的无刷电机发展水平和国外相比还有着不着的距离。

传奇故事的主角出生于1966年，显然不可能是什么“无刷电机之父”。他当时申请的专利是无刷电励磁电机，至于有没有得到应用不得而知，人才是个人才，只不过被渲染得有点太过了。

好了，言归正传，今天我们就一起了解一下直流无刷电机吧。

无刷直流电机的结构

无刷直流电机是一种由电动机主体和控制器器组成的机电一体化产品。单纯的电动机主体是无法直接接入直流电运转的，无刷电机可以说是个系统，不像我们其他类型的电机可以以电机个体出现，它的每次应用都必须伴随无刷控制器。

无刷电机也分为内转子无刷电机和外转子无刷电机。下面以内转子无刷电机为例做一下说明。

无刷电机的电动机的定子绕组是三相对称星形接法的绕线绕组，结构和三相异步电动机的定子绕组相似；转子是永磁体转子。这里了解下无刷电机转子的大致结构，

转子并不是一整个的磁体，而是一片片的磁瓦贴合而成的。在电机主体内部还有位置感应装置，以便给控制器提供转子和定子的相对位置信号。经常使用电动车的朋友，应该会知道这点，霍尔线断掉，电机就无法正常运转了。

无刷电机的控制器由集成电路和功率器件组成，可以控制电动机的启动、停止、调速、制动等等。

无刷电机工作原理

无刷电机的转动利用的是磁场同性相斥、异性相吸的原理工作的。

在转子磁极确定的情况下，通过控制器改变无刷电机定子线圈上各相的通断、电流方向、频率等，在转子线圈周围形成一个旋转的磁场。磁场带动转子上的永磁磁钢，转子就转动起来了。简单原理图如下：

无刷电机控制器输入的是直流电，但输入定子线圈的是通过调速器转变而成的方波三相交流电。

对定子绕组的换流是通过电动机内部的位置传感器检测转子磁极相对定子绕组的位置，并把位置信号传回控制器，由控制器通过控制功率开关电路来实现的。

也就是说无刷电机转不转、怎么转，无刷控制器说了算。

无刷电机的应用

直流无刷电机与三相异步电动机有着十分相似的结构，可以说，直流无刷电机就是以电子方式控制交流电机换相，从而达到类似直流电机特性又没有直流电机结构缺陷的应用。这些年，异步电动机变频调速绕不开的问题就是转矩问题，无刷电机在这方面有着明显的优势。

我们现在了解和接触到的无刷电机大多数是小功率的。现在的一些电动工具和家电等，已经使用无刷电机替换掉原来的有刷电机。目前无刷电机已经可以做到几十、几百千瓦，在航模、医疗器械、家电、电动车等多个领域得到广泛应用。
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