同步电机之永磁无刷直流电动机

永磁无刷直流电动机（Permanent magnet brushless DC motor）用电子换向装置替代直流电动机的换向器，保留了直流电动机的优良特性。它既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点，又具有直流电动机起动转矩大、调速性能好的优点。近十几年来，随着电力电子技术、永磁材料和微机控制技术的发展，永磁无刷直流电动机得到了迅速发展，出现了多种多样结构各异的永磁无刷直流电动机，具有广阔的应用前景和强大的生命力。

1 983年问世的高性能永磁材料―铰铁硼永磁为永磁无刷直流电动机的应用奠定了坚实的基础。铰铁硼永磁材料具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积，大大提高了永磁无刷直流电动机的功率密度和性能，而较低的磁导率减小了电枢反应的影响，使绕组电感小，有利于永磁无刷直流电动机的运行，提高了电磁转矩的平稳性。但是，钦铁硼永磁材料在提高电机功率密度的同时，也增大了齿槽转矩，人们提出了许多抑制齿槽转矩的方法，取得了较好的效果。永磁无刷直流电动机具有高效、高功率密度、高可靠性的特点，在国民经济的各个领域，如医疗器械、仪器仪表、航空航天、电动车、精密电子仪器与设备、工业自动化等方面的应用日益广泛。

第一节永磁无刷直流电动机的工作原理与结构

永磁无刷直流电动机的控制器和电机本体紧密结合，是典型的机电一体化器件，由电动机本体、控制器和转子位置传感器三部分组成，如图7一1所示。

一、工作原理

在永磁无刷直流电动机中，电枢绕组安放于定子铁心中，永磁体固定在转子上，利用转子位置传感器检测永磁磁极的位置，据此确定定子绕组的导通状态，使电机产生稳定持续的电磁转矩。下面以两相导通星形三相六状态永磁无刷直流电动机为例说明其工作原理，图7一2为其工作原理图。当转子位于图7一3 ( a）所示位置时，电机处于第一个导通状态，此时控制电路根据转子位置传感器信号进行逻辑译码，产生驱动信号，使逆变电路中VTI 、 VT6导通，a相绕组正向导通、 b相绕组反向导通。永磁磁动势Fm和定子合成磁动势Fa的空间位置如图7一3 ( a )所示，永磁转子产生顺时针方向的电磁转矩，转子沿顺时针方向转动，电流路径为：电源正极一VTI管～a相绕组～b相绕组一VT6管一电源负极。当转子转过600电角度后，转子位置如图7一3 ( b）所示，电机处于第二个导通状态。此时转子位置传感器信号发生变化，经过转子位置译码电路产生新的驱动信号，使VTI 、VTZ导通，a相绕组正向导通、 c相绕组反向导通。永磁磁动势Fm与电机定子合成磁动势Fa的空间位置如图7一3 ( b）所示，电机产生顺时针方向的电磁转矩，转子继续沿顺时针方向转动，电流路径为：电源正极一VTI管一a相绕组～。相绕组～VTZ管～电源负极。以此类推，电机转子每转过600电角度，绕组改变一次导通状态，其导通顺序为：可见，转子位置变化后，控制电路总能够根据转子位置信息改变定子绕组的导通状态，使转子连续转动。表7一1给出了两相导通星形三相六状态导通工作方式下的绕组导通顺序表。

从运行过程看，定子绕组每隔60 ”电角度换向一次，定子合成磁动势位置就改变一次，每相绕组每次导通120 “电角度，且始终保持两相绕组导通，此工作方式称为两相导通的三相六状态运行方式。该方式中，每一状态持续600电角度，在此期间定子绕组合成磁动势空间位置固定不动，而永磁磁极连续旋转600电角度，定子磁动势为跳跃式旋转磁动势，使定转子磁动势之间的空间夹角周期性变化，导致电磁转矩的波动，这将在后面详细讨论。