无刷直流电机的原理

　　无刷直流电动机是拆下电刷和换向器的电动机之一，这是直流电动机的缺点。它的特点是：

　　（1）永磁场型更换直流电机（定子侧）和电枢绕组（转子侧）的磁场永磁体，将永磁体放置在转子侧，电枢绕组放在定子侧。

　　（2）代替由于换向器位置的变化而使用电刷进行通电切换，使用霍尔元件来检测转子位置信号并反馈到逆变器以控制通电

　　这是一种无刷直流电机。图1.7显示了无刷直流电机的系统配置。

　　由于来自逆变器的驱动电压是交流电，因此有理由将该电动机分类为交流电动机，作为由交流电驱动的永磁型同步电动机。但是，在本书中，我们将其视为无刷直流电机，这是一个独立的领域。

　　由于旋转原理类似于DC电机的旋转原理，因此扭矩（扭矩）和速度之间的关系几乎与DC电机的关系相同。

　　保持了DC电动机的优异可控性，并且由于与DC电动机相比没有电刷，因此在电磁噪声和寿命方面是有利的，高效且节能，并且具有高度的设计自由度。有各种功能，如易于嵌入设计。因此，它已经广泛用于诸如冰箱和洗衣机之类的家用电器以及诸如HDD（硬盘驱动器）和CD-ROM驱动器之类的信息设备。

　　在无刷直流电动机的出现和发展过程中，分布式绕组被用作初始定子绕组，但最近它是集中绕组。有关分布式卷和集中卷，请参阅“分布式卷和浓缩卷”一栏。

　　另外，由于转子上永磁体安装方法的不同，

　　（1）表面永磁体（SPM）

　　（2）内部永磁体（IPM）

　　它被分类为。表面磁铁类型：SPM是一种永久磁铁连接到转子外周的类型（见图1.8）。

　　图1.8（右）显示了嵌入式磁体类型的横截面结构：IPM。在IPM类型中，各种结构可用于嵌入永磁体。IPM型结构的目的是降低磁铁被离心力剥离的风险，并积极使用磁阻转矩（参见下面的开关磁阻电动机部分）。

　　为了检测SPM和IPM的磁极位置，还存在一种根据是否使用或省略诸如霍尔元件和旋转编码器的传感器进行分类的方法（无传感器驱动）。

　　当无刷直流电动机作为致动器安装时，电动机本体，驱动逆变器及其控制电路以极其紧凑的方式组合。一个例子如图1.9所示。

　　图1.7使用逆变器的无刷直流电机配置图微处理器/专用逻辑电路

　　图1.8表面磁铁型（SPM）（左）和嵌入式磁铁（IPM）（右）的横截面结构示例

　　IPM型用于防止磁铁因离心力而剥落并主动使用磁阻转矩。

　　图1.9内置于笔记本电脑的PC卡中的无刷电机（由NidecCorporation制造）

　　电机本身的厚度为2mm

　　转换器和逆变器

　　转换器

　　a.有些设备可将单相或三相交流电转换为直流电。为此，使用称为二极管，晶闸管或晶体管的半导体元件。

　　b.这被称为整流器或转换器。

　　c.输出功率为30kW的大型直流电机通常使用转换器进行转向，但小型直流电机也可以通过转换器进行转动。

　　逆变器

　　a.相反，存在将直流电转换为三相交流电的装置。这被称为逆变器。

　　b.在最近的冰箱和室内空调中，电动机由逆变器驱动以驱动压缩机。

　　c.家用空调变频器用转换器将单相交流电转换成直流电，然后用变频器将电机转换成三相交流电。这看起来很麻烦，但有理由证明这一点。

　　分布式集中绕组

　　图1.10显示（a）4极和（b）8极，带24槽定子。然而，最近已经避免了通过切换线圈连接来改变极数的方法，因为其性能不如复杂的。

　　另一方面，如图1.11所示，尽管插槽数量很少，但6线圈集中绕组定子具有（a）2极，（b）4极和（c）8极电机，这取决于连接。

　　图1.10分布式绕组定子和24个极可以有不同数量的极点。这里，（a）4极绕组和（b）8极绕组。

　　图1.166线圈集中绕组定子和极数尽管槽数较少，但（a）2极，（b）4极和（c）8极电机通过接线连接。

　　在该图中，电流仅施加到两个U相线圈。（B）和（c）表示相同的连接，但根据转子磁极的数量，它可以使用4或8极。但是，6极电机很难。