直流電動機的結(jié)構(gòu)歷來都是電樞為轉(zhuǎn)子，磁鐵為定子，在氣隙中產(chǎn)生勵磁磁場，其電樞通電后產(chǎn)生感應(yīng)磁場。由于電刷的換向作用，在直流電動機的運行過程中，這兩個磁場的方向始終保持垂直，從而產(chǎn)生****電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機不停運轉(zhuǎn)。同時，由于這兩個磁場間互為正交，理論上沒有耦合作用，可以獨立對電樞電流進行控制來調(diào)節(jié)電動機的運動速度，這是十分方便的。
在直流無刷電動機的情況下，為了實現(xiàn)無電刷換向，首先要做的是把一般直流電動機的電樞繞組安放在定子上，把****磁鐵放在轉(zhuǎn)子上，這恰好與傳統(tǒng)的直流電動機結(jié)構(gòu)相反。但是，僅僅這樣做還是不行的，因為用一般的直流電源給定子上的各相繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場，它不能與運動中的轉(zhuǎn)子磁鐵所產(chǎn)生的****磁場相互作用，以產(chǎn)生單一方向的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。所以，直流無刷電動機除了由定子和轉(zhuǎn)子組成的電動機本體之外，還要有位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同組成的換相裝置，使得直流無刷電動機在運行過程中，定子繞組所產(chǎn)生的磁場和在轉(zhuǎn)動中轉(zhuǎn)子磁鐵所產(chǎn)生的永磁磁場，在空間始終保持在90。左右的電角度。
為了清晰地說明其工作原理，下面以電樞三相星接繞組半控橋電路為例來說明。圖l一6所示為三相直流無刷電動機半控橋電路原理圖。此處采用光電器件作為位置傳感器，以3只功率晶體管V1、V2和V3構(gòu)成功率邏輯單元。
如圖1—6所示，3只光電器件V P1、vP2、vR3的安裝位置各相差120，均勻分布在電動機一端。借助安裝在電動機軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板(亦稱截光器)的作用，使得從光源射來的光線依次照在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子的磁極位置。圖1—6所示的轉(zhuǎn)子位置和圖l-7a所示的位置相對應(yīng)。
由于此時光電器件VP1被光照射，從而使功率晶體管V，呈導(dǎo)通狀態(tài)，電流流人繞組A—A’，該繞組電流同轉(zhuǎn)子磁極作用后所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子磁極按圖中所示的順時針方向運動。當轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)到圖l一7b所示的位置時，直接裝在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板亦跟著同步旋轉(zhuǎn)，并遮住v P_而使vP2受光照射，從而使晶體管v1截止，v2導(dǎo)通，電流從繞組A—A’斷開而流人繞組B—B’，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝箭頭的方向轉(zhuǎn)動，并帶動遮光板同時朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)到圖1—7c所示的位置時，此時旋轉(zhuǎn)遮光板已經(jīng)遮住VP2，使vP3被光照射，導(dǎo)致晶體管v2截止，v3導(dǎo)通，因而電流流人繞組c—c’，于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝順時針方向旋轉(zhuǎn)，并重新回到圖l一7a所示的位置。
這樣，隨著位置傳感器扇形片的轉(zhuǎn)動，定子繞組在位置傳感器VP1、VP2、VP3的控制下，便一相一相地依次饋電，實現(xiàn)各相繞組電流的換相。不難看出，在換相過程中，定子各相繞組在工作氣隙內(nèi)所形成的旋轉(zhuǎn)磁場是跳躍式的。這樣旋轉(zhuǎn)磁場在360。電角度范圍內(nèi)有3種磁狀態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120。電角度。各相繞組電流與電動機轉(zhuǎn)子磁場的相互關(guān)系如圖1—7所示。如圖1—7a所示為第一狀態(tài)，F(xiàn)a為繞組A-A’通電后所產(chǎn)生的磁通勢。顯然，繞組電流與轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過120電角度后，便進入第二種狀態(tài)，這時繞組A—A’斷電，而繞組B—B’通電，即定子繞組所產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)過了120，如圖1—7b所示。電動機轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，再轉(zhuǎn)過120。電角度，便進入第三種狀態(tài)，這時繞組B—B’斷電，c—c’通電，定子繞組所產(chǎn)生的磁場又轉(zhuǎn)過了120。電角度，如圖l一7c所示，它繼續(xù)驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)過120。電角度后就恢復(fù)到初始狀態(tài)了。這樣周而復(fù)始，電動機轉(zhuǎn)子便連續(xù)不斷旋轉(zhuǎn)。圖1—8所示為各相繞組的導(dǎo)通順序示意圖。圖1.9所示為電子換相線路中的功率開關(guān)晶體管的電壓波形(一相)。
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