隨著永磁材料和功率電子元器件的不斷進步，無刷直流永磁電動機得到了快速的發(fā)展，它們被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航空航天、現(xiàn)代科技和日常生活的各個領(lǐng)域。在電機技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，合理正確地設(shè)計無刷直流永磁電動機成為一個越來越重要的課題。

有刷直流永磁電機原理介紹

在有刷直流永磁電動機中，電樞繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，定子永磁體在氣隙內(nèi)形成激磁磁場。根據(jù)物理學定理，在此情況下，如果迫使電流在電樞繞組的某一根導(dǎo)體中流動，就會產(chǎn)生一個作用于該導(dǎo)體的電磁力，具體見表達式（1）F=K1Bli………………

式（1）中：

F——電磁力（N)；

K1——常數(shù)；

B——氣隙磁通密度（T）；

L——導(dǎo)體的長度（m）；

I——導(dǎo)體內(nèi)的電流（A）。

電樞繞組由多個線圈（或稱為元件）所組成，每個線圈又由若干線匝所組成。如果電樞繞組的總串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)為N，且N>1，并攜帶同樣的電流，則電磁力的量值按式（2）計算。

F=K2BNli………………(2)

式（2）中，K2為一個常數(shù)。

在電動機內(nèi)，作用在導(dǎo)體上的電動力對轉(zhuǎn)子中心軸線形成一個力矩，迫使轉(zhuǎn)子圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)電磁力矩的量值按式（3）。

M=K3BNRli………………(3)

式（3）中：

M——電磁力矩（N:m)；

K3——常數(shù)；

R——導(dǎo)線所處位置相對轉(zhuǎn)子中心軸線的半徑（m）。

在有刷直流永磁電動機中，定子主要由永磁體磁極、導(dǎo)磁瓶和電刷構(gòu)件所組成，轉(zhuǎn)子主要由電樞繞組和換向器所組成。電樞繞組按一定的規(guī)律與換向器相連接，兩個相鄰線圈之間存在一定的角位移。假說，處在N極下的某一線圈從0°電角度位置開始通電，轉(zhuǎn)子便開始旋轉(zhuǎn)，該線圈內(nèi)的電流在氣隙磁場內(nèi)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電磁力矩從0值開始由小到大，再由大變小，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至180°電角度時，該線圈產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電磁力矩又回到0值。這時，該線圈離開了N極，進入S極下面，該線圈內(nèi)的電流方向被自動地切換（開關(guān)）成相反的方向。開關(guān)動作是借助若干個電刷和一個換向器的機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，這種由電樞線圈內(nèi)電流方向的變換被稱之為機械換向。

這樣，在有刷直流電動機的某一磁極下，雖然線圈導(dǎo)體在不斷地更替，但只要外加電壓的極性不變，線圈導(dǎo)體中流過的電流方向始終不變，作用在電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終不變，電動機的旋轉(zhuǎn)方向也將始終不變，這就是有刷直流電動機的機械換向過程的本質(zhì)。

無刷直流永磁電動機的工作原理

在無刷直流水磁電動機中，電樞繞組被設(shè)置在定子上，水磁體磁極被設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。定子各相電樞繞組相對轉(zhuǎn)子永磁體磁場的位置，由轉(zhuǎn)子位置傳感器通過電子方式或電磁方式所感知；并利用其輸出信號，通過電子換向電路，按照一定的邏輯程序去驅(qū)動與電樞繞組相連接的相應(yīng)的功率開關(guān)晶體管，把電流開關(guān)或換向到相應(yīng)的電樞繞組。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子位置傳感器不斷地發(fā)送出信號，致使電樞繞組不斷地依次通電，不斷地改變通電狀態(tài)，從而使得在某一磁極下的線圈導(dǎo)體中流過的電流方向始終不變，這就是無刷直流永磁電動機的無接觸式電子換向過程的實質(zhì)。

我們可以設(shè)想：在有刷直流永磁電動機中，如果把原先處于電動機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)電樞翻出來變成定子，把所有被連接在機械換向器上面的電樞繞組的引線頭抽出來，并且給每一個引線頭提供一個功率晶體管開關(guān)；而把原先處于外部的靜止永磁體移入電動機的內(nèi)腔變成轉(zhuǎn)子，就可以把一臺有刷型直流永磁電動機變換成一臺無刷型直流永磁電動機。但是，這種實施方法必須包含大量的功率晶體管開關(guān)元件和與之相適應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，就目前科技水平而論，這種方法很難實施，或者說還沒有實用價值。因此，在當前的無刷直流永磁電動機中，定子電樞采用類似于一般交流電動機中的三相繞組，借助轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測出轉(zhuǎn)子永磁體磁場與定子電樞繞組三相軸線之間的相對空間位置，通過邏輯信號處理和控制，來實現(xiàn)定子電樞三相繞組的電子換向。