同步電機之永磁無刷直流電動機

永磁無刷直流電動機（Permanent magnet brushless DC motor）用電子換向裝置替代直流電動機的換向器，保留了直流電動機的優(yōu)良特性。它既具有交流電動機結構簡單、運行可靠、維護方便的優(yōu)點，又具有直流電動機起動轉矩大、調速性能好的優(yōu)點。近十幾年來，隨著電力電子技術、永磁材料和微機控制技術的發(fā)展，永磁無刷直流電動機得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣結構各異的永磁無刷直流電動機，具有廣闊的應用前景和強大的生命力。

1 983年問世的高性能永磁材料―鉸鐵硼永磁為永磁無刷直流電動機的應用奠定了堅實的基礎。鉸鐵硼永磁材料具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，大大提高了永磁無刷直流電動機的功率密度和性能，而較低的磁導率減小了電樞反應的影響，使繞組電感小，有利于永磁無刷直流電動機的運行，提高了電磁轉矩的平穩(wěn)性。但是，欽鐵硼永磁材料在提高電機功率密度的同時，也增大了齒槽轉矩，人們提出了許多抑制齒槽轉矩的方法，取得了較好的效果。永磁無刷直流電動機具有高效、高功率密度、高可靠性的特點，在國民經濟的各個領域，如醫(yī)療器械、儀器儀表、航空航天、電動車、精密電子儀器與設備、工業(yè)自動化等方面的應用日益廣泛。

第一節(jié)永磁無刷直流電動機的工作原理與結構

永磁無刷直流電動機的控制器和電機本體緊密結合，是典型的機電一體化器件，由電動機本體、控制器和轉子位置傳感器三部分組成，如圖7一1所示。

一、工作原理

在永磁無刷直流電動機中，電樞繞組安放于定子鐵心中，永磁體固定在轉子上，利用轉子位置傳感器檢測永磁磁極的位置，據(jù)此確定定子繞組的導通狀態(tài)，使電機產生穩(wěn)定持續(xù)的電磁轉矩。下面以兩相導通星形三相六狀態(tài)永磁無刷直流電動機為例說明其工作原理，圖7一2為其工作原理圖。當轉子位于圖7一3 ( a）所示位置時，電機處于第一個導通狀態(tài)，此時控制電路根據(jù)轉子位置傳感器信號進行邏輯譯碼，產生驅動信號，使逆變電路中VTI 、 VT6導通，a相繞組正向導通、 b相繞組反向導通。永磁磁動勢Fm和定子合成磁動勢Fa的空間位置如圖7一3 ( a )所示，永磁轉子產生順時針方向的電磁轉矩，轉子沿順時針方向轉動，電流路徑為：電源正極一VTI管～a相繞組～b相繞組一VT6管一電源負極。當轉子轉過600電角度后，轉子位置如圖7一3 ( b）所示，電機處于第二個導通狀態(tài)。此時轉子位置傳感器信號發(fā)生變化，經過轉子位置譯碼電路產生新的驅動信號，使VTI 、VTZ導通，a相繞組正向導通、 c相繞組反向導通。永磁磁動勢Fm與電機定子合成磁動勢Fa的空間位置如圖7一3 ( b）所示，電機產生順時針方向的電磁轉矩，轉子繼續(xù)沿順時針方向轉動，電流路徑為：電源正極一VTI管一a相繞組～。相繞組～VTZ管～電源負極。以此類推，電機轉子每轉過600電角度，繞組改變一次導通狀態(tài)，其導通順序為：可見，轉子位置變化后，控制電路總能夠根據(jù)轉子位置信息改變定子繞組的導通狀態(tài)，使轉子連續(xù)轉動。表7一1給出了兩相導通星形三相六狀態(tài)導通工作方式下的繞組導通順序表。

從運行過程看，定子繞組每隔60 ”電角度換向一次，定子合成磁動勢位置就改變一次，每相繞組每次導通120 “電角度，且始終保持兩相繞組導通，此工作方式稱為兩相導通的三相六狀態(tài)運行方式。該方式中，每一狀態(tài)持續(xù)600電角度，在此期間定子繞組合成磁動勢空間位置固定不動，而永磁磁極連續(xù)旋轉600電角度，定子磁動勢為跳躍式旋轉磁動勢，使定轉子磁動勢之間的空間夾角周期性變化，導致電磁轉矩的波動，這將在后面詳細討論。