无刷直流水泵构成及工作原理详解

无刷直流水泵(BLDC PUMP)是永磁式同步电机的一种，而并不是真正的直流电机，英文简称BLDC。区别于有刷直流电机，无刷直流水泵不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的节能无刷直流水泵。

无刷直流水泵

一、有刷直流电机简介

介绍无刷直流电机之前，我们来看看有刷电机:直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称，其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器，使得驱动方法简单，其模型示意图如下图 所示。

DC电机(有刷电机)的运转示意图

电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子(电枢) 、换向器和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流， 电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，这样，直流电机的转子就会持续运转下去。

二、无刷直流水泵简介

BLDC PUMP中的“BL”意为“无刷”，就是DC电机(有刷电机)中的“电刷”没有了。

无刷直流水泵(BLDC PUMP)以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流水泵既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。

BLDC PUMP的运转示意图

无刷直流水泵主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。可见，它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多(原来的定子变为转子，转子变为定子)，绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别:无刷直流水泵没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护成本，但无刷直流水泵不能自动换向(相)，牺牲的代价是电机控制器成本的提高(如同样是三相直流电机，有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管，而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管)。

图所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流水泵，它的定子在内，转子在外。另一种无刷直流水泵的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。

无刷直流水泵有以下的特点

无刷直流水泵的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩;

无刷直流水泵的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行;

无刷直流水泵的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现;

无刷直流水泵的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以进入发电机状态;

无刷直流水泵的体积小，功率密度高;

无刷直流水泵无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电机内部，可靠性高;

无刷直流水泵比异步电机的驱动控制简单。

三、无刷直流水泵工作原理

无刷直流水泵的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。

如图所示为无刷直流水泵的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源 POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理--检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。