無刷直流電動機(jī)的工作原理主講人：劉興亞NEWENERGYVEHICLES鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院1.無刷直流電動機(jī)換向原理

無刷直流電動機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無)組成。當(dāng)兩頭的線圈通上電流時，根據(jù)右手螺旋定則會產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ(如粗箭頭方向所示)。中間的轉(zhuǎn)子會盡量使自己內(nèi)部的磁力線方向與外磁力線方向保持一致。1.無刷直流電動機(jī)換向原理

無刷直流電動機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無)組成。以形成一個最短閉合磁力線回路，這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會按順時針方向旋轉(zhuǎn)了。磁場與外部磁場方向一致時，轉(zhuǎn)子所受磁力最大。但此時轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài)，轉(zhuǎn)子力臂為０。雖然不再受到轉(zhuǎn)動力矩的作用，但由于慣性，還會繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，這時若改變兩頭螺線管的電流方向，轉(zhuǎn)子就會繼續(xù)順時針向前轉(zhuǎn)動。如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內(nèi)轉(zhuǎn)子就會不停地轉(zhuǎn)動起來。改變電流方向的這一動作，就稱為換向。換向時刻只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。2.無刷直流電動機(jī)工作原理

無刷直流電動機(jī)要轉(zhuǎn)動，須先根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出信號確定轉(zhuǎn)子位置。然后通過電子換相線路去驅(qū)動電機(jī)本體使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。定子三相繞組是相差120°對稱分布的。三相繞組是星形連接的，其中6個功率管的開關(guān)由控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置來決定。可以通過控制電路控制VT1~VT66個開關(guān)管的開關(guān)順序，來調(diào)整電動機(jī)線圈的通電順序，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換相操作，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。繞組星形連接的具體接線圖整個電機(jī)就引出三根線A、B、C。它們之間兩兩通電時，有6種情況，分別是AB、AC、BC、BA、CA和CB。每個通電線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向(短箭頭表示)和兩個線圈的合成磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向(長箭頭表示)。AB相通電，中間的轉(zhuǎn)子(圖中未畫出)會盡量往長箭頭方向?qū)R。當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖(a)中長箭頭位置時，外線圈換相。當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖(b)中箭頭位置時，外線圈再次換相，改成BC相通電，再往后以此類推。改成AC相通電。這時轉(zhuǎn)子會繼續(xù)運(yùn)動，并盡量往圖(b)中的長箭頭處對齊。當(dāng)外線圈完成6次換相后，內(nèi)轉(zhuǎn)子正好旋轉(zhuǎn)一周(即360°)。

實(shí)際操作的時候不會讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子磁場方向?qū)R，而是定子主磁場方向一直超前轉(zhuǎn)子磁場一定的角度，這樣才會使轉(zhuǎn)矩較大。一般利用霍爾傳感器檢測位置時，會60°換相(磁場跳躍60°)一次，換相后定子主磁場方向超前轉(zhuǎn)子磁場120°。由于轉(zhuǎn)子受到定子磁場的作用，轉(zhuǎn)子會向定子磁場對齊的方向旋轉(zhuǎn)，從與定子主磁場方向從120°轉(zhuǎn)動60°到兩者夾角為60°。

實(shí)際操作的時候不會讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子磁場方向?qū)R，而是定子主磁場方向一直超前轉(zhuǎn)子磁場一定的角度，這樣才會使轉(zhuǎn)矩較大。這樣可以使產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的垂直位置正好處于本次通電的中間時刻。然后定子主磁場再次向前跳躍60°，這樣轉(zhuǎn)子又會慢慢跟上來。如此往復(fù)就可實(shí)現(xiàn)BLDCM的連續(xù)轉(zhuǎn)動。換相前和換相后的定子和轉(zhuǎn)子磁場位置在一個電角度周期內(nèi)，只有６個位置，因此這種控制方式也稱為三相6狀態(tài)法。在任一時刻，只有兩只管子導(dǎo)通，一個屬于上橋臂，另一個屬于下橋臂。分析可知永磁磁動勢方向是隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在連續(xù)不斷地變化，而電樞磁動勢的方向并不是連續(xù)不斷地變化的，它是在做跳變，每次跳躍60°。分析可知永磁無刷直流電動機(jī)的控制方式還有三三導(dǎo)通180°型和兩三輪流導(dǎo)通150°型。但兩兩導(dǎo)通120°用得最多，這里多其他類型不做詳細(xì)闡述。電樞中也只有兩相繞組中有電流，每個連續(xù)導(dǎo)通120°后關(guān)斷，因此還可以稱這種控制方式為兩兩導(dǎo)通120°型。在一個電角度周期內(nèi)，三相定子繞組在空間共產(chǎn)生6個電樞合成磁動勢位置。結(jié)論:轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個電角度，定子繞組就換流一次，相應(yīng)的電樞磁動勢就跳變一次。盡管電樞合成磁動勢是跳變的，它與永磁磁動勢的夾角在60°~120°變化，但從平均意義上來看，這兩者是相對靜止并且是相互垂直的，這表明永磁無刷直流電動機(jī)具有和直流電動機(jī)相同的電磁關(guān)系，從而決定了其機(jī)械特性和調(diào)速性能與直流電動機(jī)的相似性。在這六個連續(xù)做跳變的電樞磁動勢作用下，轉(zhuǎn)子永磁磁動勢隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

位置傳感器必須正確擺放才能準(zhǔn)確檢測到轉(zhuǎn)子位置，三相電機(jī)最少需要三個位置傳感器，總共有八種輸出可能，去掉全1和全0，六種輸出正好對應(yīng)永磁磁動勢的六個位置。確定的原則是H的上跳沿（0-1）決定A相開始正向?qū)ǎ琀A的下跳沿（1-0）決定A相開始反向?qū)āＭ韺?yīng)于HB和HC，這樣應(yīng)將HA