直流无刷电机（BLDC：Brushless Direct Current Motor）

发布时间：2023-04-25 09:58:00

作者：川铭精工

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电机有各式各样的种类，而无刷直流电机是当今最理想的调速电机。它集直流电机与交流电机的优点于一身，既有直流电机良好的调整性能，又有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。因而备受市场欢迎，广泛应用于汽车、家电、工业设备等领域中。

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一、直流无刷电机的结构跟工作原理

无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor）由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。BLDCM控制系统结构包括电机本体、驱动电路与控制电路三个主要部分。

直流无刷电动机（Brushless Direct Current Motor）主要由带有线圈绕组的定子、用永磁材料制造的转子和位置传感器组成。位置传感器，根据需要，也可以不配置。

1、定子

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▲定子

通常，大多数BLDC电机由三个定子绕组组成，这三个定子绕组以星形或“Y”形连接（无中性点）。另外，基于线圈互连，定子绕组进一步分为梯形和正弦电动机。

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▲BLDC电机反电动势

在梯形电动机中，驱动电流和反电动势均呈梯形形状（在正弦电动机的情况下为正弦形）。通常，在汽车和机器人技术（混合动力汽车和机器人手臂）中使用额定48 V（或以下）的电动机。

2、转子

BLDC电动机的转子部分由永磁体（通常是稀土合金磁体，例如钕（Nd），钐钴（SmCo）和钕铁硼（NdFeB）组成。
根据应用，极数可以在2到8个之间变化，北极（N）和南极（S）交替放置。下图显示了磁极的三种不同布置。
（a）磁体放置在转子的外周上。
（b）称为电磁嵌入式转子，其中矩形永磁体嵌入转子的铁心中。
（c）将磁体插入转子的铁芯中。

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▲BLDC电机转子

3、位置传感器（霍尔传感器）

由于BLDC电机中没有电刷，因此换向是电子控制的。为了使电机旋转，必须顺序地给定子绕组通电，并且必须知道转子的位置（即转子的北极和南极）才能精确地给一组特定的定子绕组通电。
通常使用霍尔传感器（根据霍尔效应原理工作）的位置传感器来检测转子的位置并将其转换为电信号。大多数BLDC电机使用三个霍尔传感器，这些传感器嵌入到定子中以检测转子的位置。

在BLDC电机中，永磁体（转子）是运动的，而载流导体（定子）是固定的。

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▲BLDC电机运转示意图

当定子线圈从电源获得电源时，它就变成电磁体并开始在气隙中产生均匀的磁场。尽管电源是直流电，但开关仍会产生具有梯形形状的交流电压波形。由于电磁定子和永磁转子之间的相互作用力，转子继续旋转。

通过将绕组切换为高和低信号，相应的绕组被激励为北极和南极。带有南极和北极的永磁转子与定子极对齐，从而导致电机旋转。

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无刷直流电机有三种配置：单相，两相和三相。其中，三相BLDC是最常见的一种。

二、无刷电机的优点与不足：

优点：▷高输出功率▷小尺寸和重量▷散热性好、效率高▷运行速度范围宽▷低电噪声▷高可靠性和低维护要求▷高动态响应▷电磁干扰少
不足：▶控制该电机所需的电子控制器很昂贵▶需要复杂的驱动电路▶需要额外的位置传感器（FOC不用）

三、直流无刷电机的应用范围

无刷直流电机广泛用于各种应用需求，例如工业控制（在纺织、冶金、印刷、自动化生产流水线、数控机床等工业生产方面，无刷直流电机都发挥重要的作用。），汽车（雨刷器、电动车门、汽车空调、电动车窗等部位都有电机的身影。），航空，自动化系统（在生活中常见的打印机、传真机、复印机、硬盘驱动器、软盘驱动器、电影摄影机等，在它们的主轴和附属运动的带动控制中，都有无刷直流电机的身影。）
医疗保健设备（对无刷直流电机的使用已经较为普遍，可以用来驱动人工心脏中的小型血泵;在国内，手术用高速器具的高速离心机、热像仪和测温仪的红外激光调制器都使用了无刷直流电机。）等领域中的各种负载，恒定负载和定位应用。

四、直流无刷电机与直流有刷电机的区别

▲直流无刷电机与直流有刷电机对比

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