无刷直流电动机工作原理

无刷直流电机既具有交流电机的简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电机运行效率高、调速性能好的优点，而且由于不受机械换向限制，易于做到大容量、高转速，在航天、军工、数控、冶金、医疗器械等领域有着广阔的应用前景。在20世纪90年代初，民用电器技术开始迅速发展，使其电动助力车得到迅猛发展与应用，由此无刷直流电机在电动助力车中得到了广泛应用。

无刷直流电动机在电动助力车系统中，起着重要的电能至机械能转换的作用。无刷直流电机的运行原理与专用电动机的运行原理相似，都是通过给电机的两相绕组通电，在电机内部产生一定的磁场。由于磁通具有力图走最短路径的特点，从而使转子和定子的相对位置发生变化。当按照一定的顺序轮流使不同的两相绕组导电时，则可使电机内部的磁场旋转起来，从而使电动机转动。电动机的通电顺序不同，电机的转动方向也不相同，其工怍原理框图如图1所示，电路结构及驱动原理如图2所示。

从图1、图2中司以看出，无刷直流电机由电机主体、位置传感器及电子换向开关电路等三个基本部分组成。其中位置传感器的定子和电子换向开关电路相当于一个静止的换向器，与位置传感器旋转着的电刷，一起组成一个没有机械接触的电子换向装置。

电机本体由永磁钢转子和一个多相的电枢绕组定子组成。电枢绕组分别与相应的电子换向开关电路连接。为了保持电枢绕组电流与磁场极性相对关系不变，设有检测转子位置的传感器，使电枢绕组能随转子位置变化依次通电。

位置传感器是一种无机械接触的检测转子位置的装置，由传感器定子和转子组成。分别装在定子机壳内和主转子轴上，它能提供信号，并按一定顺序去触发电子换向开关电路。常用的位置传感器为磁敏转换式，其传感器定子为按一定秩序配置的磁敏元件——霍尔元件，传感器的转子为永磁体。

电子换相开关电路中各功率元件分别与相应的各相定子绕组串联，各功率元件的导通与截止取决于位置传感器的信号。绕组电路的导通可以是一相一相依次导通，电可以是两相两相依次导通。

由于转子从一个位置转动到下一位置要受到磁场强度大小的影响，磁场强度越大，转子转动的转矩也越大，而磁场强度大小由电机两端的电压大小决定，因而改变电机两端的直流电压的大小，就可以改变电机转矩的大小，从而达到调节转速的目的。当主转子N极在定子Y位置时，垂直换向传感器将产生X方向上的电势，此信号使电子开关导通，与此串联的X绕组中将有电流流过，并使定子X极磁化为S极，以吸引转子旋转90°，N极到达定子X位置，此时垂直换向传感器输出为0，水平换向传感器将产生Y方向电势，并使定子Y极磁化为S极，以吸引转子继续旋转90°。因此对于不同的主转子位置，换向传感器依次输出不同信号，使主定子绕组按X→Y→Z→X→Y的循环顺序轮流通电，形成旋转磁场，使转子旋转。