电机如何旋转 电机的旋转原理是什么
发布日期： 2024-04-07 | 作者：产品中心
世界上功率消耗量的近一半是由电机消耗，因此在解决世界能源问题上，电机的高效率化被称为是最有效的措施。
一般情况下指将磁场内电流流通产生的力转变为旋转动作，在广义范围内还包括直线动作。
按电机驱动的电源种类，可分为DC电机和AC电机。而 根据电机旋转原理，大致可分为以下几种。（特殊电机除外）
首先，为便于后续电机原理说明，我们来回顾一下有关电流、磁场和力的基本定律/法则。虽然有一种怀旧的感觉，但如果平时不常使用磁性元器件，就很容易忘记这些知识。
例如，当考虑到旋转角度仅为θ的状态时，与b和d成直角作用的力为sinθ，因此a部分的转矩Ta由以下公式表示:
该公式不仅适用于矩形，也适用于圆形等其他常见形状。电机是利用了该原理。
在带旋转轴的永久磁铁周围，①旋转磁铁（使产生旋转磁场），②则根据 N极与S极异极相吸、同级相斥原理，③带旋转轴的磁铁将旋转。
导线中流过电流使其周围产生旋转磁场（磁力）从而磁铁旋转，实际上与此是一样的动作状态。
另外，将导线绕成线圈状，则磁力被合成，形成大的磁场通量（磁通量），产生N极和S极。
在此，作为旋转电机的实际方法，介绍利用三相交流和线圈制造旋转磁场的方法。
如上所述，缠绕铁芯的线°配置U相线圈、V相线圈、W相线圈，电压高的线圈产生N极，电压低的线圈产生S极。
各相位按正弦波变化，因此各线圈产生的极性（N极、S极）和其磁场（磁力）将发生变化。
此时，单看产生N极的线圈，按U相线圈→V相线圈→W相线圈→U相线圈依次变化，从而发生旋转。
下图中给出了步进电机、有刷直流（DC）电机、无刷直流（DC）电机这三种电机的大概构造和对比。这些电机的基本组成部件主要为线圈、磁铁和转子，另外由于种类不同，又分线圈固定型和磁铁固定型。
以下为与示例图相关的结构说明。由于更细致地划分的话，还有几率存在其他结构，因此请理解本文中介绍的是大框架下的结构。
这里的有刷直流电机的磁铁在外侧固定，线圈在内侧旋转。由电刷和换向器（commutator）负责向线圈供电和改变电流方向。
由于马达电机种类不同，即使基本组成部件相同其结构也有不同。具体将在各部分进行详细说明。
下面是经常在模型中使用的有刷直流电机的外观，以及普通的两极（2个磁体）三槽（3个线圈）型电机的分解示意图。也许很多人都有拆卸电机、拿出磁铁的经验。
可以看到有刷直流电机的永磁体是固定的，有刷直流电机的线圈可以绕内部中心旋转。固定侧称为“定子”，旋转侧称为“转子”。
旋转中心轴的外围有三个换向器（用于电流切换的弯曲金属片）。为了尽最大可能避免彼此接触，换向器之间间隔120°（360°÷3枚）配置。换向器随着轴的旋转而旋转。
一个换向器连接有一个线圈端和另一个线圈端，并且三个换向器和三个线圈作为电路网形成一个整体（环形）。
两个电刷被固定在0°和180°处，以便与换向器接触。外部直流电源与电刷相连接，电流按电刷→换向器→线圈→电刷的路径流动。
线圈A在最上方，将电源连接到电刷，设左侧为（+），右侧为（-）。大电流从左电刷通过换向器流到线圈A。这是线圈A的上部（外侧）变为S极的结构。
而由于线从左电刷流向线圈B和线圈C的方向与线圈A相反，因此线圈B和线圈C的外侧变为弱N极（在图中用略小字母表示）。
从③到④上侧的线圈持续受到向左动的力，下部的线圈持续受到向右动的力，并继续逆时针方向旋转
在线°旋转到③和④状态下，当线圈位于中心水平轴上方时，线圈的外侧变为S极；当线圈位于下方时变为N极，并且反复该运动。
换句话说，上侧线圈反复受到向左动的力，下侧线圈反复受到向右动的力（均为逆时针方向）。这使转子始终逆时针旋转。
如果将电源连接到相对的左电刷（-）和右电刷（+），则线圈中会产生方向相反的磁场，因此施加到线圈上的力的方向也相反，变为顺时针旋转。
此外，当断开电源时，有刷电机的转子会因没有了使之继续旋转的磁场而停止旋转。
左侧是用来旋转光盘播放设备中的光盘的主轴电机示例。共有三相×3共9个线圈。右侧是FDD设备的主轴电机示例，共有12个线）。线圈被固定在电路板上，并缠绕在铁芯上。
在线圈右侧的盘状部件是永磁体转子。外围是永磁体，转子的轴插入线圈的中心部位并覆盖住线圈部分，永磁体围绕在线圈的外围。
该内部结构简图是结构很简单的2极（2个磁体）3槽（3个线圈）电机示例。它类似于极数和槽数相同的有刷电机结构，但线圈侧是固定的，磁体可以旋转。当然，没有电刷。
在这种情况下，线圈采用Y形接法，使用半导体元件为线圈供给电流，根据旋转的磁置来控制电流的流入和流出。在该示例中，使用霍尔元件来检测磁体的位置。霍尔元件配置在线圈和线圈之间，根据磁场强度检测产生的电压并用作位置信息。在前面给出的FDD主轴电机的图像中，也能够正常的看到在线圈和线圈之间有用来检测位置的霍尔元件（线圈的上方）。
霍尔元件是众所周知的磁传感器。可将磁场的大小转换为电压的大小，并以正负来表示磁场的方向。下面是显示霍尔效应的示意图。
霍尔元件利用了“当电流IH流过半导体并且磁通B与电流成直角穿过时，会在垂直于电流和磁场的方向上产生电压VH”的这种现象，美国物理学家Edwin Herbert Hall（埃德温·赫伯特·霍尔）发现了这种现象并将其称为“霍尔效应”。产生的电压VH由下列公式表示。
如公式所示，电流越大，电压越高。常利用这个特性来检测转子（磁体）的位置。
下面将按照步骤①～⑥来说明无刷电机的旋转原理。为了易于理解，这里将永磁体从圆形简化成了矩形。
①在三相线点钟方向上，线点钟方向上，线极永磁体的N极在左侧，S极在右侧，并能旋转。
使电流Io流入线，以在线圈外侧产生S极磁场。使Io/2电流从线流出，以在线圈外侧产生N极磁场。
在对线的磁场进行矢量合成时，向下产生N极磁场，该磁场是电流Io通过一个线倍大小，与线倍。这会产生一个相对于永磁体成90°角的合成磁场，因此能产生最大扭矩，永磁体顺时针旋转。
②在旋转了30°的状态下，电流Io流入线，使线中的电流为零，使电流Io从线流出。
线的外侧变为S极，线的外侧变为N极。当矢量合成时，产生的磁场是电流Io通过一个线）倍。这也会产生相对于永磁体的磁场成90°角的合成磁场，并顺时针旋转。
当根据旋转位置减小线的流入电流Io、使线的流入电流从零开始增加、并使线的流出电流增加到Io时，合成磁场也顺时针旋转，永磁体也继续旋转。
※假设各相电流均为正弦波形，则此处的电流值为Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 通过磁场的矢量合成，得到总磁场大小为一个线 倍。当各相电流均为正弦波时，无论永磁体的位置在哪，矢量合成磁场的大小均为一个线倍，并且磁场相对于永磁体的磁场成90°角。
③在继续旋转了30°的状态下，电流Io/2流入线流入线，电流Io从线流出。
线的外侧变为S极，线的外侧也变为S极，线的外侧变为N极。当矢量合成时，产生的磁场是电流Io流过一个线倍（与①相同）。这里也会产生相对于永磁体的磁场成90°角的合成磁场，并顺时针旋转。
这样，如果不断根据永磁体的位置依次切换流入线圈的电流，则永磁体将沿固定方向旋转。同样，如果使电流反向流动并使合成磁场方向相反，则会逆时针旋转。
下图连续显示了上述①～⑥每个步骤的每个线圈的电流。通过以上介绍，应该能理解电流变化与旋转之间的关系了。
步进电机是一种可以与脉冲信号同步准确地控制旋转角度和转速的电机，步进电机的也称为“脉冲电机”。由于步进电机无需使用位置传感器仅通过开环控制就可以实现准确的定位而被大范围的使用在需要定位的设备中。
在外观示例中，给出的是HB（混合）型和PM（永磁）型步进电机的外观。在中间的结构图给出的也是HB型和PM型的结构。
步进电机是线圈固定、永磁体旋转的结构。右侧的步进电机内部结构概念图是使用两相（两组）线圈的PM电机示例。在步进电机基本结构示例中，线圈配置在外侧，永磁体配置在内侧。线圈除了两相外，还有三相和五相等相数较多的类型。
有些步进电机具有其他不同的结构，但是为便于介绍其工作原理而在本文中给出了基本结构的步进电机。通过本文希望了解步进电机基本上采用线圈固定、永磁体旋转的结构。
下面使用下图来介绍步进电机的基本工作原理。这是上面两相双极型线圈每一相（一组线圈）的励磁示例。该图的前提是状态从①到④变化。线圈分别由线和线组成。另外，电流箭头表示电流流动方向。
通过电子电路按照上述①至④的顺序切换流过线圈的电流，即可使步进电机旋转。在该示例中，每一次开关动作会使步进电机旋转90°。另外，当使电流不断流过某一线圈时，能保持停止状态并使步进电机具有保持转矩。顺便提一下，如果将流过线圈的电流顺序反过来，则可以使步进电机反向旋转。
全球领先的整合单片机、混合信号、模拟器件和闪存专利解决方案的供应商——Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）日前推出了专对于Microchip旗下MPLAB® X集成开发环境（IDE）而研发的带有自动调整和调试功能的高级电机控制系统软件插件。新插件名为motorBench™开发套件，是一款基于图形化用户界面（GUI）的工具，不但可以自动调整反馈控制增益，还可以离线精确测量关键的电机参数，比如电阻、电感和反电动势（EMF）常数。 这一插件能收集与电机控制管理系统相关的所有信息，并自动调整控制算法增益。之后，该软件利用上述信息来生成可以在Microchip dsPIC33EP系列数字信号控制器（DSC）上
控制工具问世,拥有自动调整和调试功能 /
1前言 驱动电机作为电动汽车的核心部件之一，在汽车电动化变革的浪潮下，其设计水平得到了显著的提高。在《中国制造2025重点领域技术路线图》中提到了国内驱动电机的发展目标：2020年、2025年和2030年乘用车20秒有效比功率要分别达到3.5、4和5kW/kg以上，商用车30秒有效比扭矩要分别达到18、19和20N·m/kg以上。在严苛目标的指引下，各种电机方案在被陆续尝试。 在当下各主流车企采用的驱动电机方案中，均采用旋转变压器（后简称旋变）作为电机位置传感器。通过对比霍尔传感器与旋变得出下表： 表1.1霍尔传感器与旋变参数对比 项目 单位 霍尔 旋变 成本 ￥ 5 80 精度 ′ 15-30 5-15 体积 /
用霍尔传感器的设计方法 /
摘要： C504是德国SIEMENS公司生产的单片微控制器，文中介绍了C504单片机在步进电机控制方面的应用，给出了利用C504的资源优势，经过一定的扩展来对步进电机来控制的控制管理系统结构及方法，另外，该控制管理系统还具有人机对话功能和较高的性能价格比。 关键词： C504 步进电机 CCU 步距角 步进电机是一种脉冲电机，它是一种能将脉冲信号转换为角位移的数模转换器，可大范围的使用在无需反馈控制而要求有精确位置的场合，为了改善步进电机的工作特性及减少硬件电路的连接，近几年来多采用单片机对其控制，但由于各类单片机的功能、容量和价格不相同，因而其性能和成本也各不相同。鉴于C504单片机在电机控制方面的独特
引 言 BLDC具备诸多优势，例如外型紧凑、结构相对比较简单、高效率、低噪音、较长常规使用的寿命等等，这种电机愈来愈普遍地应用于自动化、工业和消费类电子科技类产品等领域。图1所示为典型的BLDC电机框图，该电机包括一个梯形磁通的永磁同步电机、一个转子位置检测器(通常为三个霍尔传感器)和一个驱动电机的三相逆变器。另外，必须配置一个单片机(MCU)，输出特定的脉冲宽度调制(PWM)模式来驱动BLDC电机。如同一个传统直流电机那样，电机的换流必须与转子位置同步，用户都能够通过改变PWM的占空比来调节电机转速。 图1 BLDC电机框图 通常，电机中的三个霍尔传感器相互成60度角。也就是说，每隔60度其中一个传感器就会变换其状态，完成一次电
控制 /
概述 该设计以DC-DC变换器为核心，实现220V市电至+60V/20A的电源转换。电源设计中采用功率因数校正技术，提高了有功功率；特别是电源设计了微机控制接口，与随动系统同步工作，并实现了上电时序控制，确保+60V电压相对低压输出滞后上电。采用多重滤波措施和双绞线输出方式，大大降低输出电压纹波，提高电源输出质量；具备完善的自保护功能和监控检测功能，提高了电源的安全性和可靠性。 电源设计 系统结构 220V交流电压经整流和滤波后得到320V左右的直流电压，加至电源模块输入端。单DC-DC模块的最高输出电压一般为+48V，要得到+60V的直流输出电压，一定要采用模块串联的方法得到。设计采用两块PH600S280-28
高森美公司(Microsemi Corporation)为其抗辐射(radiation-hardened)解决方案产品组合增添两款用于航天、商业航空和国防应用的全新超低压降(Ultra-low dropout, ULDO)线性负载点(POL)调节器。MHL8701和MHL8705调节器是其中的首批器件，带有一个集成式单粒子效应(SEE)过滤器，防止通常出现在航空和航天应用中的重离子引起的软错误，新型调节器还可以与公司的耐辐射(radiation-tolerant) SoC和FPGA解决方案共用。 这些密封调节器具有航天或军事等级，新器件正在生产并付运至一家世界领先的航天技术公司，用于新的太空总线架构方案。 美高森美公司高可靠性产
一、车载充电机概念及定义 按照《电动汽车术语》（GB/T 19596- 2017）的定义，车载充电机是指固定安装在车辆上，将符合公共电网的电能变换为车载储能装置所要求的直流电，并给车载储能装置充电的设备。 车载充电机是指固定安装在新能源汽车上的充电设备，其功能是通过电池管理系统（BMS）的控制信号，将电网的交流电转换为动力电池能够正常的使用的直流电，对新能源汽车的动力电池进行充电。 二、车载充电机行业市场环境分析 1、政策环境 随着行业加快速度进行发展，国务院、发改委、工信部等有关部门出台了一系列政策法规，规范行业发展、引导产业转型升级。 《战略性新兴起的产业分类（2018）》将“新型电子元器件及设备制造”、“新能源汽车车载充电机”、“
产业链结构分析及产业政策 /
当选择或开发使用脉宽调制（PWM）驱动无刷直流电机的电子设备时，运动控制管理系统设计人员经常会面临挑战。注意一些基本的物理现象，能够尽可能的防止意外的性能问题。本文为PWM驱动器与无刷直流电机配合使用提供了通用指导。 无刷直流电机的换向 有刷直流电机用机械换向，无刷直流电机与此不同，采用电子换向。这在某种程度上预示着电机的相位，根据转子相对于定子的位置依次通电和断电。对于三相无刷直流电机，驱动器由六个电子开关（通常为晶体管）组成，通常称为三相H 桥（图1）。此配置允许三个双向输出，为电机的三相通电。 图 1 ：由六个晶体管组成的三相电机 H 桥，与三个电机相位相连。 按特定顺序打开和关闭晶体管，使电机各相通电，以确保定子与转子磁铁感应所产
的PWM调节技术 /
2024年4月3日 – 专注于推动行业创新的知名新品引入 (NPI) 代理商™贸泽电子 (Mouser Electronics) 紧跟潮流，通过内容丰富的沉浸式 ...
4月3日消息，据新闻媒体报道，由于Exynos效能始终和高通有差距，三星将继续采用双处理器策略，高通骁龙处理器仍将在S25系列上出现。此前有报道 ...
AP2905 是一款高效率同步降压稳压器，在 6 V ~ 40 V 宽输入范围内可提供 0 7 A 输出电流。固定5 V输出版本可节省 2个分压电阻 ...
PN8370M+PN8306M小体积5v2a充电器方案因其节省外围、稳定性很高、功能齐全、深受工程师青睐，在市场得到了广泛应用。PN8370M是一款高性能的原 ...
PN8611集成超低待机功耗原边控制器、FB下偏电阻和电容、VDD供电二极管、CS电阻及650V高雪崩能力智能功率MOSFET，用于高性能、外围元器件超 ...
嵌入式处理器嵌入式操作系统开发相关FPGA/DSP总线与接口数据处理消费电子工业电子汽车电子其他技术存储技术综合资讯论坛电子百科
上一篇:伺服电机的工作原理是什么？