永磁无刷直流电机的工作原理？

永磁无刷直流电机基本结构：

在传统直流电机基础上发展起来的永磁无刷直流电机，在结构上两者基本一致，不同的是永磁无刷直流电机的电枢绕组置于定子上，这点类似于交流电机的绕组，同时一般采用多相的形式，其中目前情况下三相应用的最多；其转子为永磁体，并且采用电子换向，定子磁场与转子永磁磁场之间的相互作用产生电磁转矩。永磁无刷直流电机根据永磁体的形状和磁路结构的不同，其气隙磁场波形有方波、梯形波、正弦波三种，反电势的波形对应相同。通常，反电势是正弦波的电机称为永磁同步电机。波形为其他两种类型的则称为永磁无刷直流电机。

永磁无刷直流电机的组成：

它主要有三部分组成。转子的结构有凸极式和内嵌式两种，且由永磁材料制成。定子上的电枢与永磁有刷直流电机相反，所以它具有旋转的磁场和固定的电枢。

永磁无刷直流电机的工作原理：

为了更好的阐述永磁无刷直流电机的工作原理，对电动车用三相星型连接形全桥驱动的永磁无刷直流电机进行分析，研究其正反转的工作状况。电机控制系统的主电路如图1所示。

图1永磁无刷直流电机的全桥驱动电路图

图2永磁无刷直流电机工作原理示意图

当电机的转子处于图2(a)中所示位置时，来自位置传感器信号通过控制系统进行逻辑变换后输出控制信号使电机的A、B两相绕组导通，电流从A相流进去，B相流出来，产生电磁转矩使电机顺时针方向转动；以60°电角度为基准以此类推，易知电机转子到达图9(b)中所示位置时电机绕组的导通情况。当绕组导通相的顺序为AB―AC―BC―BA―CA―CB―AB时，电机往顺时钟方向旋转。同理，当在图9(a)所示的位置时，若电流是经过B、C两相，则产生的电磁转矩会使电机向反向转动，当电机电枢绕组导通顺序为BC―AC―AB―CB―CA―BA―BC时，电机就会朝逆时钟方向转动。所以，要实现电机的顺时针或者逆时针转动，只需改变电机导通的逻辑顺序即可。

永磁无刷直流电动机通过逆变器功率管按一定的规律导通、关断，使电动机定子电枢产生按60°电角度不断前进的磁势，带动电动机转子旋转来实现的。

由此可知，定子电枢产生的磁势将随着功率管有规律地不断导通和关断，并按60°电角度不断地顺时针转动。逆变器功率管共有六种出发组合状态，每种出发组合状态只有与确定的转子位置或发电动机波形相对应，才能产生最大的平均电磁转矩。

当两个磁势向量的夹角为90°是，相互作用力最大。而电子电枢产生的磁势是以60°电角度在前进，因此在每种出发模式下，转子磁势与定子磁势的夹角在60°~120°范围变化才能产生最大的平均电磁转矩。

结构

永磁无刷电动机可以看做是一台用电子换向装置取代机械换向的直流电动机，主要由同步电动机本体、电力电子逆变器、转子位置检测器和控制器组成。其中，同步电动机的转子主要由永磁体和导磁体等构成。

永磁直流无刷电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器和电子换向电路组成。无论是结构或控制方式，永磁直流无刷电动机与传统的直流电动机都有很多相似之处：用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极；用具有多相绕组的定子取代电枢；用由固态逆变器和轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷。

永磁无刷直流电机的工作原理：

普通直流电机的磁场做定子，给转子通电，所以必须用电刷给转子通电。直流无刷电机正好反过来，定子做成线圈，转子做成永磁体，靠定子磁场吸引转子永磁体旋转，所以不需要给转子通电，也就不需要碳刷了。

换相的时候，检测转子位置，通过电子换向根据转子永磁体地位置改变定子磁场的方向吸引永磁体旋转。

取消了碳刷，效率高，寿命长，功率-体积比高，噪音小。但是永磁体采用稀土合金制造，成本较高，还需要额外的电子换向器控制，所以成本比直流电机更高。

永磁无刷直流电动机在应用时应注意：

（1）如果产品没有特别说明，一般情况下（例如铝镍钴永磁直流电动机或铁氧体永磁直流电动机）永磁直流电动机都不允许在额定电压下反接制动运行，否则会造成永磁体退磁；如确有必要作这种方式运行时，要加限流电阻，以限制电流过大。

（2）按以下步骤对电机好坏进行初步的检查：

首先检查电机的外观：应无划痕、碰伤和涂镀层脱落；然后转动转轴，应能灵活转动，无明显的卡壳现象。检查电动机的接线是否牢固，并通电运行。电动机在旋转的过程中应不存在着摩擦，其中最突出的是轴承摩擦。轴承磨损后会发出不正常声音，出现局部过热温升现象。

（3）注意电动机因电流过大、温度变化及拆装时磁路开路而引起的永磁体退磁，尤其对于铝镍钴永磁电动机，拆装时要对永磁磁路进行磁短路保护，否则退磁后要另外充磁。

参考资料：

永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/ 反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑 组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5- T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、 C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次 导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场 轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置， 转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了 功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，力 辉 永磁无刷直流电机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。

永磁无刷直流电动机的特点