无刷电机的转子结构是怎样组成的？

无刷电机的转子结构是怎样组成的？
无刷电机的定子结构是怎样组成的？
如何才能让这个电机转起来呢？

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吴萍

2021-7-23 14:55:02

　　无刷电机（交流）：
　　无刷电机的转子结构：
　　在这个转子内侧，有两个永久性磁铁，一个是N极，一个是S极。
　　这种结构属于外转子型的无刷电机，即电机的转子在外面，而定子在内部。
　　电机的定子结构是线圈，也就是电磁铁。定子在内部是固定不动的，那么，大家来想一下，如何才能让这个电机转起来呢？
　　其实这个很容易想到，利用磁铁异性相吸的原理，如果我给定子线圈通电如下所示，会发生什么情况呢？
　　很显然，外面的转子由于异性相吸的原理会逆时针转动，让自己的N极靠近定子电磁铁的S极，自己的S极靠近定子的N极。很简单吧。看他们慢慢的靠近了。
　　如果两个磁极靠近了怎么办呢？还能继续转动吗？显然他们不想继续转动了。不过我们有办法。我们让下一个线圈通电，刚才这个线圈不通电，即上图中标B的线圈通电流。这样永磁铁就开始继续赶路追寻下一个目标了。如下图所示：
　　这个过程就好比你拿了一个胡萝卜去勾引一头驴，你的胡萝卜和驴以同样的速度在运动，蠢驴永远也追不上胡萝卜，但是蠢驴终归是蠢驴，它会一直追下去。
　　就这样，无刷电机就转起来了，这当然是无刷电机最简单、最基本的运行原理而已。它是有明显的缺点的，它转动的时候会抖动，一会快一会儿慢，就像这头奔跑的蠢驴一样，它看见胡萝卜就跑，看不见的时候就不想跑，快追上胡萝卜的时候跑得快，离胡萝卜远的时候跑的慢，怎么办呢？干脆在给这个驴后面放个鞭子，拿鞭子打它让他赶紧的跑。于是乎就有了这样的电机。
　　前面一个电磁铁线圈在勾引永磁铁，后面一个电磁铁线圈在推动永磁铁。就好像一头驴，前面有吃的东西，后面有鞭子，你说它跑还是不跑呢？
　　这样这头蠢驴就开始卖力的马不停蹄的奔跑了…
　　有人说，哦，原来无刷电机这么简单啊？No，No，No，这里面的关键技术是你怎样让内部的定子线圈产生在合适的时间产生合适的电流？这简单吗？其实没有电力电子技术的支持一点也不简单啊。
　　有同学又问了，定子线圈怎么知道什么时候通什么电流，怎么知道驴什么时候追上来了，什么时候移动胡萝卜？
　　其实我们在无刷电机里面安装了霍尔传感器，霍尔传感器能够感受转子永磁铁的位置，也就是驴的位置，它能够及时的把驴的位置报告给定子线圈控制器，控制器根据这个信息来控制定子内部的线圈电流流向。就这样无刷电机就转起来了。
　　我们可以看到，无刷电机的定子线圈内部的电流其实也在不停的改变方向，所以其实是交流电，但是我们说的是无刷直流电机啊，是的，我们用的是直流电源啊，直流电源通过无刷电机的驱动器变成了交流电，这个过程其实是无刷电机的比较核心的技术。
　　有刷电机（直流）：
　　工作原理：
　　直流电源电流顺着电源正极流到了左边的电刷上面，电刷和换向器相互摩擦，电流经过左边的换向器（也叫换向片，这个电机有左右两个换向片）流进线圈，从线圈的右边流出来，经过右边的换向片和右边的电刷流回到电源的负极，形成了闭合回路。
　　由于线圈处在主磁极（图中的N和S）的磁场中，线圈会受到电磁力的作用，线圈的两个边由于电流的方向不同（左边的电流向里流，右边的向外流），所以两个线圈边受到大小相同方向相反的电磁力，这两个电磁力刚好形成了电磁转矩，在电磁转矩的拉动下，线圈开始转动了。直流电机中线圈嵌放在转子槽中，电动机就开始转动了。
　　左右换向片跟着转轴转动，而电刷固定不动，转动一圈以后，右边的线圈到了左边，左边的线圈到了右边，但是由于换向片的存在，现在处在左边的线圈内的电流方向和原来处在左边的线圈变的电流的方向一样流向里，所以受到的电磁力方向不变，右边也一样。所以从空间上看，在相同位置的线圈边受的电磁力方向是一直不变的，这就保证了电机的循环转动。
　　但是一个线圈，由于这个线圈转到不同位置时磁场是不相同的，导致了线圈所受的电磁力也一直在变，所以线圈转起来不稳定，忽快忽慢。所以可以通过多安装几个线圈来保证线圈受力均匀和稳定。
　　于是就有了这样的：
　　再说外面的两个磁极，其实是有励磁线圈产生的电磁铁，小电机中是永磁铁，稍微大一点的都会用电磁铁。
　　模型是模型，但真实的电机转子是这个样子的。
　　直流电机和交流电机
　　交流电机：
　　交流电机分同步和异步电机，同步主要用作发电机，异步主要是电动机。我主要说一下异步电动机吧，由于异步电动机结构简单，价格便宜，维护方便，运行可靠等特点得到了广泛的应用。
　　交流电机虽然结构简单，但是工作原理其实比直流电机要复杂一点，如果要理解清楚也更加费劲。
　　

　　在交流电机的定子上通上三相对称交流电，如上图所示，定子不动，仅仅通过电流的变化就能产生旋转的合成磁场，这个磁场像一个绕着定子旋转的磁铁。
　　有了这个旋转的磁铁，一切就都好办了，在定子内部随便放一个闭合的线圈，在这个闭合线圈里就会感应出电动势和电流，就会产生电磁力，闭合线圈就会转动起来。
　　也可以这么理解，定子上有一个旋转的磁铁，转子闭合线圈由于感应带电，其实也变成了一个电磁铁，外面的电磁铁在转，就会带着里面的电磁铁转，于是交流电机的转子就转起来了。
　　定子磁场的旋转速度叫同步转速，里面转子其实是被定子磁场牵引着在转动，所以它的转速会比定子磁场的转速慢，所以叫异步转速。所以有了异步电动机的名称。
　　杂鱼：
　　永磁同步电机是三相交流电驱动;需要位置传感器回馈确定转子位置给出定子的励磁电流;
　　无刷直流电机用的是脉冲直流或者正弦波控制，需要位置传感器回馈确定转子位置给出定子的励磁电流;
　　步进电机没有位置传感器，依次导通定子各个线圈让转子按固定角度转动。

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