直流无刷培训资料1

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。