直流电动机与永磁无刷直流电动机的结构与特点介绍

 一、直流电动机

（1）直流电动机的结构  

直流电动机（direct current motor）主要由转子（rotor）、定子（stator）等部件组成。定子是静止的部分，转子是转动的部分。

直流电动机的结构如图一所示。

 

图一，图片来源：学堂在线《新能源汽车》  

直流电动机的转子的具体结构包括：转子铁芯、转子绕组、换向器等。转子铁芯由硅钢冲片（硅钢片）叠压而成，转子绕组嵌于转子铁芯的槽内，换向器由多个换向片组成。

直流电动机的转子结构如图二所示。  



图二，图片来源：学堂在线《新能源汽车》  

直流电动机的定子组成包括：主磁极、电刷装置、机座等。

主磁极由主磁极铁芯、主磁极绕组成。电刷装置由电刷、电刷座、压簧等组成。

主磁极和电刷结构如图三所示。

 

图三，图片来源：学堂在线《新能源汽车》  

直流电动机可将直流电能转变为机械能，通过换向器和电刷实现转子绕组中电流方向变化，以使转子可进行完整的圆周运动。

 

图片来源：学堂在线《新能源汽车》  

（2）直流电动机的特点  

1）直流电动机的调速性能较好。在重负载条件下，直流电动机可实现均匀、平滑的无级调速（又被称为连续调速），且调速范围较宽。  

2）直流电动机起动转矩大。需在重负载的情况下起动，如电动自行车、电动叉车等，均可使用直流电动机。  

3）控制较简单。一般用斩波器（根据百度百科：斩波器可将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电）控制。  

4）直流电动机的构成包含易损件。电刷、换向器等器件易磨损，因此需定期维护或更换。    

二、永磁无刷直流电动机  

（1）永磁无刷直流电动机的结构

永磁无刷直流电动机（permanent magnet brushless direct current motor）主要由转子、定子、转子位置传感器（rotor position sensor）、电子换向器（electronic commutator） 等部件组成。

电子换向器与转子位置传感器配合，使转子电流换向。永磁无刷直流电动机与直流电动机的结构对比如图四所示。  



图四，图片来源：学堂在线《新能源汽车》  

永磁无刷直流电动机转子中包含永磁体，其定子主要由定子铁芯、定子绕组、机座三部分组成。

永磁无刷直流电动机的转子位置传感器可检测转子与定子绕组的相对位置，以确定定子各相（个人理解：径向相对的两个绕组被称为“1相”绕组）绕组的导通和关断顺序。

永磁无刷直流电动机的电子换向器由功率变换电路和控制电路组成，其与转子位置传感器相配合，可实现传统直流电动机机械换向器相似的作用。

电子换向器的电路图如图六所示。  



图六，图片来源：学堂在线《新能源汽车》  

（2）永磁无刷直流电动机的特点  

1）外特性（根据网络资料理解：汽车电动机的外特性指转矩、速度、功率之间的关系，一般认为汽车需要具有低速恒转矩，高速恒功率外特性的驱动系统）符合电动汽车的负载特性。  

2）无机械换向器，采用全封闭式结构，可靠性高。  

3）效率高，在汽车载重较轻时，仍可保持较高的效率。  

4）过载能力强，其过载能力超过异步电动机的两倍。  

5）再生制动效果好。因为无刷直流电动机转子具有高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电动机可进入发电机状态，在制动的同时为蓄电池充电。  

6）体积小、质量轻、比功率大。  

7）可在低、中、高宽速范围内运行。  

8）永磁无刷直流电动机较交流电动机复杂，其控制器较传统直流电动机复杂。  

审核编辑：刘清