直流无刷培训资料1
无刷直流电机原理与基本控制方法培训
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（1） pwm-on型调制方式 （2）on-pwm型调制方式
电子电器技术培训-无刷直流电机原理与基本控制方法培训
电子电器技术培训-
无刷直流电机原理与基本控制方 法培训
Welcome to this training 欢迎参加本次培训
• 主 讲 人：
XXX
• 学 时：
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电子电器技术培训-无刷直流电机原理与基本控制方法培训
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电子电器技术培训-
目录
✓ 一、几个术语解释（极对数、相数、电角度、 电角频率、相电压、线电压、反电动势）
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电子电器技术培训-
无刷直流电机的换流模式
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（3）H_on-L_pwm型调制方式 （4）H_pwm-L_on型调制方式
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HALL状态 导通功率管
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无刷直流电机原理(个人整理版)PPT课件
3.5反电动势
3.工作原理 BLDC 电机转动时，每个绕组都会产生叫做反电动势的电压，根据 楞次定律，其方向与提供给绕组的主电压相反。这一反电动势的极性与励 磁电压相反。反电动势主要取决于三个因素：
转子角速度
转子磁体产生的磁场
定子绕组的匝数
电机设计完毕后，转子磁场和定子绕组的匝数都是固定的。唯一决 定反电动势的因素就是角速度，或者说转子转速，随着转子转速的提高， 反电动势也随之增加。反电动势常数可用于估计给定转速下的反电动势。
定、转子磁芯均由高频导磁材 料(如软磁铁氧体)制成。
定子有6个级，间隔的三个极 为同一绕组，接高频电源，作为 励磁极，其他为感应极，作为输 出端。
电机运行时，输入绕组中通以 高频激磁电流，当转子扇形磁芯 处在输出绕组下面时，输入和输 出绕组通过定、转子磁芯耦合， 输出绕组中则感应出高频信号， 经滤波整形和逻辑处理后，即可 控制逆变器开关管。
1. 线性型 2. 开关型 3. 锁存型
2.5.4旋转变压器
2.结构构成 旋转变压器的输出电压与转子转角呈一定的函数关系，它又是一种精密测位用的 机电元件，在伺服系统、数据传输系统和随动系统中也得到了广泛的应用。 这种变压器的原、副边绕组分别装在定、转子上。原、副边绕组之间的电磁耦合 程度由转子的转角决定，意味着：转子绕组的输出电压大小及相位必然与转子的转 角有关。
我们把这种利用电子电路来实现电枢绕组内电流变化的物理过程称为电子换向 （相）或“换流”。每“换流”一次，定子磁状态就改变一次，连续不断地“换流”， 就会在工作气息内产生一个跳跃式的旋转磁场。
1.3无刷直流电机与有刷直流电机比较
1.特点应用
特性
无刷直流电机
换向器 寿命
基于霍尔传感器的电子换向 较长
《无刷直流电机》课件
无刷直流电机结构简单，维护成本较低，而交流电机结构复杂，维护 成本较高。
与永磁同步电机的比较
磁场结构
无刷直流电机采用电子换向，没有永磁同步电机的永磁体，因此 磁场结构不同。
调速性能
永磁同步电机具有较高的效率和转矩密度，但调速范围较窄；而无 刷直流电机调速范围广，适用于多种应用场景。
成本与维护
可靠性
总结词
无刷直流电机具有较高的可靠性，能够保证长期稳定运行。
详细描述
无刷直流电机采用电子换向技术，减少了机械磨损和故障，因此具有较高的可靠 性。此外，无刷直流电机还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，这使得它在 需要高可靠性的应用中成为理想选择，如医疗器械、军事装备等领域。
04
无刷直流电机的驱动控制
无刷直流电机的成本和维护相对较低，而永磁同步电机由于使用了 永磁材料，成本较高，但具有更高的效率和性能。
感谢您的观看
THANKS
05
无刷直流电机的发展趋势 与挑战
技术发展趋势
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高效能化
随着技术的进步，无刷直流电机在效率、功率密 度和可靠性方面不断提升，以满足更广泛的应用 需求。
智能化控制
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现无 刷直流电机的智能化控制，提高其性能和稳定性 。
集成化设计
将无刷直流电机与其他部件（如驱动器、传感器 等）集成在一起，简化系统结构，降低成本。
详细描述
无刷直流电机采用先进的电子换向技术，避免了传统直流电 机机械换向器的损耗，因此具有更高的效率和功率密度。这 使得无刷直流电机在需要高效率和高功率密度的应用中表现 出色，如电动工具、电动车等领域。
调速性能
总结词
无刷直流电机具有优良的调速性能，可满足不同应用需求。
无刷直流
无刷直流电机
转子位置传感器 磁敏式位置传感器
U CC
霍尔元件 放大 功放
UO 输出
1永磁体支架
外形
电路原理 霍尔集成电路
2永磁体
3传感器
无刷直流电机
光电式位置传感器
R2 D1 V1
P
U0 输出信号 V2
R1
遮光盘
无刷直流电机
一相导通星形三相三状态
1）H1受光，V1导通，A相 流过电流，产生磁势Fa。
磁极静止，电枢旋转 f=IBla，这个力形成 电磁转矩 根据左手定则，线圈 在这个转矩作用下将 按逆时针方向旋转 当载流导体转过180 度后，借助电刷-换 向片改变导体中电流 方向
无刷直流电机
• 电刷和换向器起到了与转子位置有
要点总结
关的机械式逆变器作用； • 定子侧的直流励磁磁势和转子电枢 磁势两者相对静止且相互垂直；
电刷的磨损与维护； 机械式换向火花，限制了应用场合； 难以实现高速运行；
直流电动机的不足
解决措施：
通过电力电子式逆变器完成直流到交流的转换； 通过转子位置传感器检测转子位置，完成换向片与电刷的作 用，以决定换流时刻； 考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流 电动机。
无刷直流电机
无刷直流电机
无刷直流电机
谢谢观看！
Z
N C X
B
无刷直流电机
无刷直流电动机采用PWM反馈控制方式的闭环调速系统
无刷直流电机
无刷直流电动机的优点
低噪声。 PM – BLDC不需要机械电刷或滑环，这就从 根本上消除了除了轴承、耦合以及负荷以外的所有机 械噪声 高效率。永久磁铁提供了几乎恒定不变、持续的磁场 而不消耗电功率。 省却励磁。 永久磁铁提供一恒定磁场，它通过省却了 大多数其他电动机中所需要建立的电磁场的励磁而提 高了效率。 低维护和较长寿命。 因无需电刷和滑环，故电机的寿 命仅取决于绝缘、轴承和磁铁的寿命。
永磁无刷直流电机(电机控制)课件
新能源
用于风力发电、太阳能 发电等新能源设备的驱
动和控制。
汽车电子
用于电动汽车、混合动 力汽车等车辆的驱动和
控制。
其他领域
如航空航天、医疗器械 、智能家居等需要高精
度控制的领域。
02
电机控制系统
控制系统概述
控制系统是永磁无刷直流电机的重要组成部分，用于实现电机的启动、调速、制 动等功能。
永磁无刷直流电机通过控制电流 的相位和幅值，实现电机的启动 、调速和制动等功能。
结构与特点
结构
永磁无刷直流电机由定子、转子和控 制器三部分组成。定子包括永磁体和 电枢绕组，转子为金属导体。
特点
具有高效、高可靠性、高控制精度、 长寿命等优点，适用于需要高精度控 制的应用场景。
应用领域
工业自动化
用于各种自动化生产线 、机器人、数控机床等
电磁干扰和噪声
无刷直流电机在运行过程中会产生电磁干 扰和噪声，对周围环境和人体健康造成一 定影响，需要采取措施进行抑制。
未来研究方向
高效能电机及其控制技术
研究新型的电机结构和控制策略，以 提高电机的能效和稳定性。
智能感知与故障诊断
利用传感器和智能算法，实现对电机 系统的实时感知和故障诊断，提高系 统的可靠性和安全性。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制算法，通过模糊化输入变量和模糊规则实现控 制输出。
详细描述
模糊控制算法将输入变量的精确值模糊化，转换为模糊集合，然后根据模糊规则进行逻 辑运算，得到输出变量的模糊集合。最后，对输出变量的模糊集合进行去模糊化，得到 精确的控制输出。模糊控制算法能够处理不确定性和非线性问题，适用于永磁无刷直流
直流无刷培训资料
直流无刷培训资料xx年xx月xx日contents •无刷直流电机工作原理•无刷直流电机控制器•无刷直流电机应用•无刷直流电机发展趋势•无刷直流电机系统设计目录01无刷直流电机工作原理无刷直流电机（BLDC）是一种采用电子换向装置代替机械换向装置的直流电机。
无刷直流电机具有高效率、高可靠性、易于维护等特点，被广泛应用于各种工业和商业场合。
定义和特点无刷直流电机由电机本体、电子换向器和控制系统三部分组成。
电机本体采用永磁体和电磁铁相互作用产生转矩，电子换向器根据转子位置控制电磁铁的通电状态，实现电机的换向和旋转。
工作原理概述与有刷电机的区别无刷电机采用电子换向装置，无需更换碳刷，维护方便且成本较低。
有刷电机调速性能较差，而无刷电机可以通过控制器实现宽范围、高精度的调速。
有刷电机采用机械换向装置，需要定期更换碳刷，维护成本较高。
02无刷直流电机控制器功率电路有感/无感控制，驱动电路选择控制器类型BLDC（无刷直流）电机控制器控制芯片MCU/DSP控制芯片的应用与选择控制器硬件设计控制算法编码器接口通讯接口光电编码器，霍尔传感器接口CAN通讯，UART通讯，I2C通讯03控制器软件设计02 01PID控制，PWM调制方式，磁场定向控制常见故障与排除检查散热设计，确认散热器件是否正常工作控制器过热电机振动无法启动控制器异常检查电机安装是否牢固，电机转速是否正常检查电源是否正常，电机是否被锁定，编码器信号是否正常检查控制器的输入电压，电流和温度等参数是否正常03无刷直流电机应用无刷直流电机在空调中作为风扇驱动，具有噪音小、效率高的特点，可实现智能控制和节能。
空调无刷直流电机可用于冰箱的冷却系统，提高冷却效率，延长冰箱使用寿命。
冰箱无刷直流电机在洗衣机中作为驱动部件，可实现高效洗涤和智能控制。
洗衣机家用电器无刷直流电机可应用于机器人关节部位，实现高精度、高速度的机械臂控制，提高工业自动化水平。
工业控制机器人无刷直流电机可用于自动化生产线的传送带、升降机等设备，提高生产效率和产品质量。
直流无刷培训资料
控制器是直流无刷电机的重要组成部分，它根据输入的信号（如速度、位置等）来控制电机的电流，从而调节电机的转速和输出力矩。
控制器的种类很多，可以根据不同的应用需求进行选择，如PID控制器、PWM调制器等。同时，控制器还可以通过通信接口与上位机进行通信，实现远程控制和监控。
民用领域
用于航空航天、军事、医疗等领域。
其他领域
02
CHAPTER
直流无刷电机的组成与原理
电机转子
由永磁体和转轴组成，提供旋转力。
电机定子
由铁芯和线圈组成，提供磁场。
传感器
用于检测转子位置，提供信号给控制器。
01
02
与传统的有刷电机相比，直流无刷电机具有更高的效率和更长的寿命，同时避免了有刷电机的碳刷磨损和换向火花等问题。
控制策略是实现直流无刷电机高效运行的关键，主要包括转速控制、电流控制和位置控制等。
通过调节电机的供电电压或频率来实现转速的改变。
转速控制
通过改变电机电枢电压来调节转速。
调压调速
通过改变电机电源的频率来调节转速。
调频调速
通过控制电机的电流来实现转速和转矩的控制。
电流控制
通过调节电机的供电电流来实现控制。
直流无刷电机的优缺点及选型建议
响应速度快
直流无刷电机具有较快的响应速度，能够在短时间内实现高速运转，适用于需要快速响应的控制场合。
高效节能
直流无刷电机具有较高的效率和优秀的节能性能，能够显著降低能源消耗。
维护简单
由于采用了电子换向，直流无刷电机省去了传统有刷电机的机械换向结构，因此减少了机械磨损和故障，维护起来更为简单方便。
直流无刷培训资料
直流无刷培训资料直流无刷电机（Brushless DC Motor）是一种广泛应用于工业和家用电器的电机类型。
它以其高效、低噪音和长寿命等特点受到了广大用户的青睐。
然而，对于很多人来说，了解和掌握直流无刷电机的工作原理和应用技术并不容易。
因此，本文将从基础知识、工作原理、控制方式和应用领域等方面，为大家介绍直流无刷电机。
一、基础知识直流无刷电机是一种将直流电能转换为机械能的设备。
与传统的直流有刷电机相比，它不需要刷子和整流子来实现电磁转换，因此具有更高的效率和可靠性。
直流无刷电机主要由转子、定子和电子控制部分组成。
其中，转子是旋转部分，通常由永磁体组成；定子是静止部分，通常包含三组绕组；电子控制部分则用于控制转子的运动，实现转矩和速度调节。
二、工作原理直流无刷电机的工作原理可以简单概括为彼此磁性相斥和磁性吸引之间的相互作用。
当转子上的磁极与定子上的磁极彼此相斥时，转子会受到电磁力的作用而旋转。
电子控制部分通过控制电流的方向和大小来确定磁极的位置，从而控制转子的运动。
三、控制方式直流无刷电机的控制方式主要有三种：霍尔传感器反馈控制、电子换向控制和磁编码器反馈控制。
霍尔传感器反馈控制是最常见的方式，通过检测转子磁极位置的变化来实现换向控制。
电子换向控制则是利用电子器件来控制磁极的位置，不需要额外的传感器反馈。
磁编码器反馈控制是一种精密的控制方式，通过读取磁编码器的信号来确定磁极的位置，可以实现更高的控制精度。
四、应用领域直流无刷电机在众多领域都有广泛的应用。
在家电领域，它常被用于空调、洗衣机、吸尘器等家用电器的驱动。
在工业领域，它的高效性和可靠性使其适用于机械设备的驱动，如机床、输送带和机器人等。
此外，直流无刷电机还常常用于电动汽车和无人机等新能源交通工具的动力系统。
综上所述，直流无刷电机作为一种先进的电机类型，具有许多优点。
通过深入了解和掌握其工作原理和控制方式，我们可以更好地应用它们于实际生活和工作中。
直流电机培训教材
七、直流电动机----------------------------------------------------261、永磁直流电动机-----------------------------------------------262、无刷直流电动机-----------------------------------------------271）无刷直流电机的组成-----------------------------------------272）工作原理--------------------------------------------------------283）电机调速--------------------------------------------------------314）PWM 调速的实现---------------------------------------------325）应用--------------------------------------------------------------33电流随时间变化，产生磁势和磁场在空间旋转，旋转速度由电源频率f 和电机极数P 决定。
f pn 602⨯= 式中n ——旋转磁转速（r/min ）P ——电机极数f ——电源频率（Hz ）在单相电机中，由于单相绕组产生的使脉振磁场，电机没有起动一、 直流电动机直流电动机分有刷直流电动机和无刷直流电动机，有刷直流电动机又分为励磁式直流电动机和永磁直流电动机。
在工作原理上永磁直流电机与励磁式直流电动机是相同的。
下面主要以永磁式直流电动机与无刷直流电动机进行简要介绍。
1. 永磁直流电动机高、噪音低、调速范围宽、调速精度高、振动小、寿命长等优点。
下面就空调用无刷直流电机的组成及工作原理作简要介绍：（1）无刷直流电机的组成：直流电机本体：定子部分主要采用集中式绕组，根据控制方式的不同，绕组相数有单相、二相、三相、四相等结构，用得最多的是三相绕组结构，绕组的接法有星形接法和环形接法两种，绝大部分绕组采用星形接法。
无刷电机学习资料
1.1 三个基本定则首先要搞清楚一件基本的事情：我们只是来搞电调的，而不是去设计电机的。
所以不要被一些无刷电机教材一上来那些林林总总的关于什么磁路、磁导率、气隙饱和、去磁曲线等基础知识给吓倒，那些东西是给设计电机的人看的，对我们这种仅仅以弄出一个电调为目标的人来讲，意义不大（不过你如果打算以此为职业的话，这些东西还是建议深入学习一下的）。
对于入门开发者来说，只需要记牢三个基本定则：左手定则，右手定则，右手螺旋定则。
1. 左手定则位于磁场中的载流导体，会受到力的作用，力的方向可按左手定则确定，如右图所示：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，把手心面向N极，四指顺着电流的方向，那么大拇指所指方向就是载流导体在磁场中的受力方向。
力的大小为：F=BIL sinθ其中：B为磁感应强度（单位T），I为电流大小（单位A），L为导体有效长度（单位m），F为力的大小（单位N），θ为：B和I的夹角2. 右手定则（安培定则一）在磁场中运动的导体因切割磁力线会感生出电动势E，其示意见右图：其大小为：E = vBL sinθ其中：v为导体的运动速度（单位m/s），B为磁感应强度（单位T），L为导体长度（单位m），θ为：B和L的夹角。
3. 右手螺旋定则（安培定则二）用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。
内转子无刷直流电机的工作原理一般的教材或是文档，介绍的多半都是内转子无刷电机的工作原理。
按理说，资料已经这么多了，学习起来不应该有什么困难，其实不然。
以笔者亲身经历，无刷电机的资料看得多了，反而会产生困惑。
究其原因，是因为它们分别采用了两种不同的方法进行描述，同样是比较简单的三相二极无刷电机，这两种描述方法所采用的绕组结构其实是不太一样的。
1. 磁回路分析法在MicroChip, Freescale和Atmel三家公司的文档中，都不约而同地采用了这种方法来说明无刷电机的工作原理，其原理说明见图1-4：图1-4 （摘自Freescale PZ104文档）在图1-4中，当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B（如粗箭头方向所示），而中间的转子会尽量使自己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。
《无刷直流电机》课件
技术创新推动产业
发展
技术创新是无刷直流电机产业发 展的重要驱动力，未来产业的发 展将更加依赖于技术创新的推动 。
产业链不断完善
随着无刷直流电机市场的不断扩 大，产业链上下游企业将不断完 善，形成完整的产业链条。
THANKS
感谢观看
控制电机的输入电压或电流，调节电机的 转速和转矩。
包括控制器、驱动电路和传感器等。
技术要求
发展趋势
需具备高精度控制、快速响应、安全可靠 等特点，以确保电机稳定运行。
随着电力电子技术和控制技术的发展，无 刷直流电机控制系统正朝着数字化、智能 化、网络化的方向发展。
03
无刷直流电机的应用
家电领域
空调
《无刷直流电机》PPT课件
• 无刷直流电机简介 • 无刷直流电机的结构与组成 • 无刷直流电机的应用 • 无刷直流电机的优缺点 • 无刷直流电机的发展趋势与未来展望
01
无刷直流电机简介
定义与特点
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定义：无刷直流电机是一种电子换相的电机，主要由电机 本体、位置传感器和电子开关线路组成。
在此添加您的文本16字
特点
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高效、节能。
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结构简单、运行可靠。
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调速性能好，控制精度高。
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体积小、重量轻。
工作原理Biblioteka 010203
工作原理概述
无刷直流电机通过电子换 相，将直流电能转换为机 械能，实现电机的旋转运 动。
换相过程
工业自动化领域对电机的性能和可靠性要求较高，无刷直流电机能够满 足这些需求，未来在工业自动化领域的应用将进一步拓展。
【精品】直流电机培训资料43页PPT
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
【精品】直流电机培训资料
1、合法而稳定的权力在厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
直流无刷电机及其驱动技术
直流无刷电机的未来发展趋势
05
智能化随着智能化技术的不断发展 ，直流无刷电机将实现更加智能化和自适应化的控制和调节。
节能环保化随着全球环保意识的不断提高 ，直流无刷电机的节能环保技术将不断创新和发展 ， 以降低能耗和减少对环境的影响。
高性能化为满足高精度、高速度和高效能等要求 ，直流无刷电机将继续朝着高性能化方向发展。
控制电路
控制方式
调速方法
直流无刷电机的控制方式
直流无刷电机的驱动技术
03
01 电源模块为电机提供电能 ， 同时隔离输入电源和电机 ，保护人身安全。02 控制电路产生控制信号 ，控制开关管的导通和关断 ，进而控制电机的旋转。03 驱动电路将控制信号放大 ，驱动电机旋转。
直流无刷电机驱动电路的基本组成
全桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转、停止和发电状态 ，适用于高速、高转矩 的应用场景。
半桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止 ，适用于低速、低转矩的应用场景。
H桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止。
本文的章节安排
直流无刷电机的基本原理
02
结构
定义
直流无刷电机的定义与结构
工作原理直流无刷电机通过位置传感器实时监测转子的位置 ，控制器根据位置传感器的信号来控制功率电路的通断 ，从而控制电机的转向和转速。
特点直流无刷电机具有高效率、高可靠性、低维护和长寿命等优点。
直流无刷电机的工作原理
直流无刷电机在汽车领域的应用
01
02
03
高性能要求直流无刷电机可以满足航空航天领域对高性能电机的需求 ，具有高精度、高温、高防护等级 等要求。适应恶劣环境直流无刷电机可以在恶劣环境中稳定运行 ，适应航空航天领域复杂的环境条件。
直流无刷培训资料
直流无刷培训资料在现代电气技术的领域中，直流无刷电机以其高效、可靠、调速性能好等诸多优点，成为了众多应用场景中的热门选择。
从工业自动化到家用电器，从电动汽车到航空航天，直流无刷电机的身影无处不在。
为了让大家更好地理解和掌握直流无刷电机的相关知识，本文将为您提供一份全面的直流无刷培训资料。
一、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机的工作原理与传统的有刷直流电机有一定的相似性，但又有着显著的区别。
传统的有刷直流电机通过电刷和换向器来实现电枢绕组中电流的换向，从而使电机持续旋转。
然而，电刷和换向器的存在不仅会产生摩擦和磨损，降低电机的效率和可靠性，还会限制电机的转速和使用寿命。
直流无刷电机则采用电子换向装置来代替电刷和换向器。
它通常由定子、转子和位置传感器组成。
定子上布置有绕组，而转子则由永磁体构成。
位置传感器用于检测转子的位置，并将信号反馈给电子换向装置，从而控制定子绕组中电流的通断和方向，实现电机的持续旋转。
二、直流无刷电机的结构特点1、定子定子铁芯：一般由硅钢片叠压而成，以减少涡流损耗。
定子绕组：常见的有集中绕组和分布绕组两种形式。
2、转子永磁体：提供磁场，常见的有钕铁硼、钐钴等高性能永磁材料。
磁钢安装方式：可以分为表贴式和内嵌式。
3、位置传感器霍尔传感器：是一种常见的位置传感器，具有成本低、响应速度快等优点。
光电编码器：精度较高，但成本也相对较高。
三、直流无刷电机的优点1、高效节能由于没有电刷和换向器的摩擦损耗，直流无刷电机的效率通常比有刷直流电机高。
2、调速性能好通过改变输入电压或控制信号的频率，可以实现电机转速的平滑调节。
3、可靠性高没有电刷和换向器的磨损，减少了故障点，提高了电机的可靠性和使用寿命。
4、低噪音、低振动运行平稳，产生的噪音和振动较小，适用于对环境要求较高的场合。
四、直流无刷电机的控制方式1、方波控制也称为六步换向控制，控制方式简单，但电机运行时转矩脉动较大。
2、正弦波控制能够实现更加平滑的转矩输出，减小转矩脉动，但控制算法相对复杂。
直流电机的基本工作原理和结构培训课件
直流电机的磁场具有单极性， 即磁场只能从一个极性跳转到 另一个极性，这是直流电机的 基本特性之一。
直流电机的转矩产生
直流电机的转矩产生是通过磁场与电 流相互作用实现的，转矩的大小与电 流、磁场强度以及磁场与电流之间的 角度有关。
转矩的方向与电流的方向和磁场的方 向有关，遵循左手定则。
当电流在导线中流动时，会产生磁场， 该磁场会对导线中的电流产生力，从 而产生转矩。
直流电机的基本工作原理和 结构培训课件
目录
• 直流电机概述 • 直流电机的基本工作原理 • 直流电机的结构 • 直流电机的特性 • 直流电机的控制与调速 • 直流电机的维护与保养
01
直流电机概述
直流电机的定义
01
直流电机是一种将直流电能转换 为机械能的装置，其工作原理基 于电流在磁场中受力的电磁效应 。
组成
转子通常由铁芯和绕组组成，绕组是 电流流过的线圈，产生磁场。
电刷和换向器
电刷
电刷是将外部电源引入到转子的导电部件，它负责将电流引入到转子的绕组中。
换向器
换向器是直流电机特有的部件，它的作用是自动改变电流的方向，以保持转子 磁场方向的连续性。换向器由多个换向片组成，每个换向片与电刷接触，将电 流引入或导出转子绕组。
更换接线。
直流电机常见故障及排除方法
电机不转
首先检查电源是否正常，然后检查电机接线是否 紧固，最后检查电机轴承是否润滑。
电机过热
首先检查电机负载是否过大，然后检查电机通风 是否良好，最后检查电机轴承是否磨损。
电机振动过大
首先检查电机安装是否稳固，然后检查电机轴承 是否磨损或损坏，最后检查电机转子是否平衡。
直流电机驱动电路
H桥电路
由四个晶体管组成，能够实现直流电机的正反转和调速控制，常见于大功率直流电机驱动。
直流无刷培训资料
5无刷直流电动机5.1 无刷直流电动机的特点和发展历史无刷直流电动机最大特点是没有换向器和电刷组成的机械接触机构，以无接触的电子换向取而代之。
因而没有换向火花，没有无线电干扰，噪声低，工作可靠，使用寿命长。
1955年美国科学家首先用晶体管换向，申请了专利。
但没有起动力矩。
只是其雏形，没有实用价值。
在1962年，借助于霍尔元件实现换向，从而产生了实用产品。
随后又不断发展。
当今，已成为微电机发展方向之一，获得广泛应用。
5.2 无刷直流电动机的结构无刷直流电动机整个结构框图，如图5.1所示：图 5.1从图5.1可见，主要分三大部分：电机本体、位置传感器、电子换向线路（电子开关线路）。
电机本体与永磁有刷直流电机不同点是，永久磁钢放在转子上（旋转部分），电枢绕组放在定子上，为固定部分，这样定子绕组可直接联接电子换向线路。
有时做成外转子，内定子，即置有磁钢的定子旋转，而放有电枢绕组的转子固定，无刷风机通常采用这种形式。
典型的电机本体结构，如图5.2所示：图5.25.3 工作原理无刷直流电动机是在有刷直流电机的基础上发展过来的，它们的电机本体中电磁关系是相同的。
无刷直流电动机是借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号，经过电子开关电路处理后，控制功率逻辑开关单元，使逻辑开关单位按顺序和时间给电机本体绕组馈电，实现电子换向的功能。
其导通顺序和时间与用电刷和换向器进行换向一样。
位置传感器放在能反映转子磁场的定子位置上，使电机中磁铁磁场方向与电枢绕组产生的磁场方向相互垂直，电机输出力矩总处在最大的位置（同有刷直流电机）。
图5.3示出，无刷电机的工作原理框图：图5.3 无刷直流电动机原理框图为进一步更加清晰地阐述无刷直流电机工作原理，以三相星形绕组半控桥电路为例。
见图5.4。
图 5.4图中光电式位置传感器的转动部分与电机同轴联接，固定部分在定子上。
在图中位置VP1光电管不被遮住，将输出一个信号，使V1三极管导通（基极高电位）。
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6单相无刷直流电动机单相无刷直流电动机已广泛应用于日常家用电器中，特别是直流风机。
在电磁和驱动原理上与多相无刷直流电动机相同。
只是其结构有些特别，磁路上有些不同。
6.1 结构形式基本上有两种形式，如图6.1，6.2所示：图6.1 绕组绕在环形骨架上二段式结构图6.2 绕组直接绕在凸极上一段式结构6.2 工作原理以图6.3为例说明。
图 6.3 工作原理图(单相2极)在图6.3中，定子为凸极结构，上面绕有相同的（并绕）两套绕组，两个极上的绕组串联。
转子上有两块永久磁铁。
当AX通电，极性如图a)，转子将反时针旋转。
当BY通电，极性相反，转子将反时针旋转。
AX、BY按顺序通电，并且极性相反，转子将连续反时针旋转。
要注意到，当定、转子极的中心线相叠时，转子与定子处于“死点”位置。
为解决“死点”，在定子极靴上去掉一块，形成第二气隙（见图6.4）。
当没有激磁电流时，转子中心线与凸极中心线偏离一个角（Χ）。
当有激磁电流时，转子将沿气隙小的方向旋转（磁阻小的一边）。
这是由于气隙磁导不等，产生磁阻转矩（像磁阻式步进电机），这里称为启动转矩。
有时用偏心圆的结构形成双气隙。
根据实践经验，一般取第二气隙δ1=(1~4)δ0，其宽度b1≤0.4τ，（τ为极距），但不得超过72°(电角度。
电角度=极对数×机械角)。
当铁心长时，δ1、b1可取上限。
实际上AX，BY绕组用相同线径，用并绕方法缠在定子极上，然后引出三个引出端（其中一点为公共点）。
AX、BY绕组的激磁按顺序不断反向，可以用开关电路实现（同上节中已讲的），见图6.5：图 6.5图中H.IC为霍尔集成片，直流电加到H.IC两端，在磁场作用下，它输出信号（高电平）。
接到T1的基极，这时T1导通，绕组AX通电。
而这时T2截止（基极低电位）。
这时转子旋转，使H.IC输出低电平，致使T1截止，T2导通。
YB绕组通电，使转子继续旋转。
这就是最简单的电子开关换向过程。
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正弦波控制策略具有转矩脉动小、噪声小、 效率高等优点，但也有实现复杂、成本高等
缺点。
无感矢量控制策略
无感矢量控制策略是一种基于矢量图解法的直流无刷 电机控制策略，其主要特点是采用无感矢量变换方法 ，将三相电流转换为直交分量，通过对直交分量进行 控制来实现对方波电流的优化控制。
无感矢量控制策略具有转矩脉动小、噪声小、调速范 围广等优点，但也有实现复杂、对电机参数依赖性强 等缺点。
电机本体
直流无刷电机主要由电机本体和控 制器组成。电机本体包括定子、转 子和霍尔传感器等部分。
定子
定子是直流无刷电机的固定部分， 主要由导磁材料和线圈组成。
转子
转子是直流无刷电机的旋转部分， 主要由永磁体和霍尔传感器组成。
霍尔传感器
霍尔传感器是一种磁感应传感器， 用于检测磁场的变化，并将磁场变 化转化为电信号输出。
改进驱动电路的设计，如采用更高效的驱动 芯片或驱动电路拓扑结构，以降低损耗和提 高驱动性能。
机械结构优化
冷却系统优化
改进电机结构的设计，如优化转子形状、减 小机械摩擦等，以提高电机的效率和寿命。
通过改进冷却系统的设计，如采用更高效的 散热器或液冷方式，以降低电机的工作温度 和提高其可靠性。
06
直流无刷电机的发展趋势 与未来展望
工业领域
用于各种需要高精度、高效率 、长寿命的机械设备中，如医 疗器械、精密加工机床、包装
机械等。
民用领域
用于各种需要节能、环保的设备 中，如电动车、智能家居、智能 安防等。
其他领域
用于各种需要长寿命、低维护成本 的设备中，如航空航天、军事装备 等。
02
直流无刷电机的结构与原 理
直流无刷电机的结构
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6 单相无刷直流电动机
单相无刷直流电动机已广泛应用于日常家用电器中，特别是直流风机。
在电磁和驱动原理上与多相无刷直流电动机相同。
只是其结构有些特别，磁路上有些不同。
6.1 结构形式
基本上有两种形式，如图6.1，6.2所示：
图6.1 绕组绕在环形骨架上
二段式结构
图6.2 绕组直接绕在凸极上
一段式结构
6.2 工作原理
以图 6.3为例说明。
图 6.3 工作原理图
(单相2极)
在图6.3中，定子为凸极结构，上面绕有相同的（并绕）两套绕组，两个极上的绕组串联。
转子上有两块永久磁铁。
当AX通电，极性如图a)，转子将反时针旋转。
当BY通电，极性相反，转子将反时针旋转。
AX、BY按顺序通电，并且极性相反，转子将连续反时针旋转。
要注意到，当定、转子极的中心线相叠时，转子与定子处于“死点”位置。
为解决“死点”，在定子极靴上去掉一块，形成第二气隙（见图6.4）。
当没有激磁电流时，转子中心线与凸极中心线偏离一个角（Χ）。
当有激磁电流时，转子将沿气隙小的方向旋转（磁阻小的一边）。
这是由于气隙磁导不等，产生磁阻转矩（像磁阻式步进电机），这里称为启动转矩。
有时用偏心圆的结构形成双气隙。
根据实践经验，一般取第二气隙δ1=(1~4)δ0，其宽度b1≤0.4τ，（τ为极距），但不得超过72°(电角度。
电角度=极对数×机械角)。
当铁心长时，δ1、b1可取上限。
实际上AX，BY绕组用相同线径，用并绕方法缠在定子极上，然后引出三个引出端（其中一点为公共点）。
AX、BY绕组的激磁按顺序不断反向，可以用开关电路实现（同上节中已讲的），见图6.5：
图 6.5
图中H.IC为霍尔集成片，直流电加到H.IC两端，在磁场作用下，它
输出信号（高电平）。
接到T1的基极，这时T1导通，绕组AX通电。
而这时T2截止（基极低电位）。
这时转子旋转，使H.IC输出低电平，致使T1截止，T2导通。
YB绕组通电，使转子继续旋转。
这就是最简单的电子开关换向过程。
图中C1、C2为缓冲电容。
6.3 电磁计算
单相无刷直流电动机的设计计算方法与前面已述过的一样，只是磁路计算要根据实际结构来进行。
单相无刷直流电动机，一般尺寸小，结构较特别，例如把绕组绕在环形骨架上二段式结构，磁通路径为立体形，其漏磁难计算准确，有时要凭经验修正。
其主要电磁关系公式为：
最大相电势Em
E m=√2·4.44·fN·kw·φδ
Nkw —— 每相串联匝数
Φδ —— 每极磁通（电磁路计算中求得）
f —— 转子切割的频率 f=pn/60
n —— 转速
p —— 极对数
空截转速n0
n0=[15(U-ΔUr)]/PNkwφδ
ΔUr为晶体管管压降，一般ΔUr=0.5V。
电枢平均电流
Icp=1/Ra (U-ΔUr-0.637E m)
Ra —— 电枢每相电阻
平均电磁转矩
Mcp=(2/π) ·(1/Ra) ·p·n·kw·Φδ[U-ΔUr-(4/π)E m]
从实践证明，以上计算，在转速为几千转/分的情况，准确度可达15%左右。
基本符合工程计算要求。
6.4 含油轴承一般知识
单相无刷直流电动机，一般尺寸较小，其运动支点轴承，大多用含
油轴承。
含油轴承的最大特点是，噪声低，在3000r/min条件下，轴承直径小于20mm时，其噪声可控制在40dB以内。
常用含油轴承属粉末冶金含油轴承，它以金属粉末为主要材料，用压制成型，烧结工艺制成。
含油轴承大致有三大类：铁基（含Fe：93~99%）；铁铜基（Cu：3~25%）；铜基
（Fe：＜1% 铜：余量）。
三者各有特点，铁基耐磨性好，寿命长，但抗腐蚀性差，容易发
生“卡死”。
铜基耐磨性差，但抗腐蚀性好，不易发生“卡死”，铁铜基介于上述两者之间。
含油轴承的润滑机理：
含油轴承结构是海绵状多孔性，轴承作浸油处理，借毛细管作用将润滑油吸入轴承本体内贮存于轴承孔隙中。
当轴承运转时，因轴承与轴磨擦生热，轴承温度升高，轴承及油都发生膨胀，但由于润滑油的体胀系数比金属大，所以润滑油被挤压到轴承表而起润滑作用。
当轴停止运转，随温度下降，借助毛细管作用，油又被吸入孔隙贮存。
含油轴承不宜用在大直径、高速情况，其极限园周速度小于
3.4m/s，要降低含油轴承在运行时的噪声，应注意以下几点：
轴承材料的孔隙率，一般应大于20%，以使轴承能储存较多的润滑油，并要选择适当油的粘度。
当负荷大，转速高时，粘度要大些。
含油轴承禁止用汽油清洗！
在轴承结构上采取必要的措施，以降低轴承噪声。
一般情况下，轴承与轴之间间隙取值范围为0.0007d~0.002d，对低噪声电机宜用
0.00075d~0.0015d（d为轴承内径）。
在轴承结构上，最好有集油装置。
要适当考虑与轴承相配的材料，一般端盖用铝合金材料。
主要考虑热膨胀的影响。
在选择配合时，既要满足在运行时轴承外圈不应在轴承室内转动（将增大空载电流），同时还要避免配合过紧，不得变形。
含油轴承无轴向定位，但应加尼龙垫圈。
在加工工艺上要采取措施以降低噪声，轴承内孔公差通常采用
H6（老标准基孔制二级孔公差）。
轴承内孔尺寸公差可用一组不同尺寸的钢球检查。
轴承内孔光洁度，一般不低于0.8⁄，对噪声要求高，应到0.2⁄。
6.5 “SUNON风机”结构工艺分析
本公司组装的SUNON公司风机，在尺寸小于50mm的产品，其结构独特，它的线圈（绕组）绕在一环形塑压的骨架上，放置在两个叠片铁心中间，其磁通路径，穿过环形骨架中间后，沿一边凸极板身后，经气隙，流到外导磁环（机壳），沿其周围又流到另一边的凸极板身，最后回到环形骨架中间，形成闭合磁路。
这种结构最大优点是制造方便，改变了传统式结构，导线绕在凸极铁心上，有利于劳动生产率的提高，有利于尺寸小型化。
但是，这种结构增大了磁路长度，磁通路径成立体形。
铁芯计算长度缩短。
这是由于铁心分为二段，这二段工字形铁心分开，且成相互垂直，以便构成4极电机，磁极沿周围分布顺序为N-S-N-S。
这样在计算铁心长度只是一段的长度。
一般情况下，转矩与铁心长度近似成正比关系。
这就是说，用以牺牲电机性能换来制造简单方便。
因而，在较大尺寸的电机，这种结构不宜采用。
在设计这种电机时，应注意尽量提高环形绕组的槽满率，充分利用环形骨架的凹槽的窗口面积。
以尽量增长两段铁心的长度。
甚至去掉环形骨架，导线直接绕在有绝缘的两段铁心中间，以最大限度增加铁心轴向长度。