小S初次接觸永磁電機(jī)，和女士參說(shuō)起他的一些疑惑：無(wú)刷直流永磁電機(jī)的電子換向問(wèn)題太讓人費(fèi)解了，什么“一相導(dǎo)通三相三狀態(tài)”、“二相導(dǎo)通三相六狀態(tài)”及“二相、三相導(dǎo)通三相十二狀態(tài)”等等，似乎怎么折騰怎么算，盡管都是為了換向目的，方法卻五花八門(mén)，好眼暈!

女士參給他講，無(wú)刷直流永磁電機(jī)關(guān)鍵的技術(shù)就是換向問(wèn)題，若照搬機(jī)械換向模式，太過(guò)復(fù)雜(一換向片相當(dāng)于一相，大電機(jī)幾百個(gè)換相片都不算為過(guò))以致無(wú)法實(shí)現(xiàn)，故而演變出許多種具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的換向方案，機(jī)理相同、接近于機(jī)械換向效果的水平有所差異，應(yīng)權(quán)衡利弊、合理選擇。

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錫安馳60V1000W電動(dòng)三輪水電瓶車(chē)大功率永磁直流無(wú)刷中置鏈條電機(jī)

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無(wú)刷直流永磁電機(jī)的電樞繞組

無(wú)刷直流永磁電機(jī)電子換向的方法與電樞繞組的連接方式緊密關(guān)聯(lián)，不同連接方式的電樞繞組與不同電子換向電路的組合是多種多樣的。

● 星形連接繞組

星形連接繞組是把所有相繞組線圈的首端或尾端連接在一起，與之相配合的電子換向電路可以是橋式線路，也可以是非橋式電路。圖1、圖2為星形繞組與橋式線路的組合，圖3、圖4為星形繞組與非橋式電路的組合。

● 封閉式連接繞組

封閉式連接繞組是由各相繞組線圈組成封閉的形式，即把相繞組線圈的尾端與第二相繞組線圈的首端相連接，再把第二相繞組線圈的尾端與第三相繞組線圈的首端相連接，依次類(lèi)推，直至后一相繞組線圈的尾端又與相繞組線圈的首端相連接。圖5為三相封閉式連接繞組與橋式線路的組合，圖6為四相封閉式連接繞組與橋式線路的組合。

電子換向簡(jiǎn)介

換向又可稱(chēng)之為“換流”。

在無(wú)刷直流永磁電機(jī)中，來(lái)自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)，經(jīng)處理后按照一定的邏輯程序，驅(qū)使某些與電樞繞組相連接的功率開(kāi)關(guān)晶體管在某一瞬間導(dǎo)通或截止，迫使某些原來(lái)沒(méi)有電流的電樞繞組內(nèi)開(kāi)始流通電流，某些原來(lái)有電流的電樞繞組內(nèi)開(kāi)始關(guān)斷電流或改變電流的流通方向，從而迫使定子磁狀態(tài)產(chǎn)生變化。這種利用電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電樞繞組內(nèi)電流變化的物理過(guò)程即所謂“電子換向”或“換流”?！皳Q向”或“換流”一次，定子磁狀態(tài)就改變一次;連續(xù)不斷地“換流”，于是在工作氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

“電子換向”或“換流”是無(wú)刷直流永磁電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，只有正確地進(jìn)行“換流”，才能保證無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)可靠地運(yùn)行。

電子換向?qū)嵗?/p>

圖7是“三相星形非橋式”連接的電子換向電路的原理圖。

圖7

圖中左邊是電磁式轉(zhuǎn)子位置傳感器的示意圖。固定部分由高頻鐵氧體磁芯和六個(gè)線圈組成，其中三個(gè)線圈串聯(lián)作為原邊激磁線圈，另外三個(gè)線圈XU、XV和XW作為副邊輸出線圈，分別與U相、V相和W相三個(gè)電樞繞組相對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)子位置傳感器的旋轉(zhuǎn)部分由略大于120o電角度的扇形高頻鐵氧體磁芯(圖中涂黑部分)和非導(dǎo)磁體(圖中未涂黑部分)所組成的一個(gè)圓環(huán)，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝。

電子換向過(guò)程

圖7中轉(zhuǎn)子位置傳感器的原邊激磁線圈通以幾百千赫的高頻激磁電流的情況下，電子換向過(guò)程是這樣的：

● 當(dāng)旋轉(zhuǎn)部分的高頻鐵氧體磁芯(圖中涂黑部分)扇形片使副邊輸出線圈XU與原邊激磁線圈耦合時(shí)，副邊輸出線圈XU就有輸出信號(hào);而其他兩個(gè)副邊輸出線圈XV和XW沒(méi)有與原邊激磁線圈耦合，所以沒(méi)有輸出信號(hào)。這時(shí)利用副邊輸出線圈XU的輸出信號(hào)經(jīng)整流處理后去觸發(fā)與U相電樞繞組相連接的功率開(kāi)關(guān)晶體管BG1,并使之導(dǎo)通，功率開(kāi)關(guān)晶體管BG2和BG3因沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)而保持截止?fàn)顟B(tài)，電源給U相電樞繞組供電。

圖7

● 當(dāng)轉(zhuǎn)子位置傳感器的轉(zhuǎn)子扇形片轉(zhuǎn)過(guò)120o電角度時(shí)，扇形片使副邊輸出線圈Xv與原邊激磁線圈耦合，副邊輸出線圈XV就有輸出信號(hào)，而其他兩個(gè)副邊輸出線圈XU和XW沒(méi)有與原邊激磁線圈耦合，所以沒(méi)有輸出信號(hào)。這時(shí)，利用副邊輸出線圈XV的輸出信號(hào)經(jīng)整流處理后去觸發(fā)與V相電樞繞組相連接的功率開(kāi)關(guān)晶體管BG2, 功率開(kāi)關(guān)晶體管BG2由截止變成導(dǎo)通，而功率開(kāi)關(guān)晶體管BG1由導(dǎo)通變成截止，電源給V相電樞繞組供電。

圖7

● 當(dāng)轉(zhuǎn)子位置傳感器的轉(zhuǎn)子扇形片再轉(zhuǎn)過(guò)120o電角度時(shí)，扇形片使副邊輸出線圈XW與原邊激磁線圈耦合，副邊輸出線圈XW就有輸出信號(hào)，而其他兩個(gè)副邊輸出線圈XU和XV沒(méi)有與原邊激磁線圈耦合，所以沒(méi)有輸出信號(hào)。這時(shí)，利用副邊輸出線圈XW的輸出信號(hào)經(jīng)整流處理后去觸發(fā)與W相電樞繞組相連接的功率開(kāi)關(guān)晶體管BG3, 功率開(kāi)關(guān)晶體管BG3由截止變成導(dǎo)通，而功率開(kāi)關(guān)晶體管BG2由導(dǎo)通變成截止，電源給W相電樞繞組供電。這樣，隨著轉(zhuǎn)子位置傳感器旋轉(zhuǎn)部分的扇形高頻鐵氧體磁芯的轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞繞組便被一相一相地依次饋電，從而實(shí)現(xiàn)了電樞繞組各相之間的“電子換向”或“換流”。

圖7

電樞電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及磁狀態(tài)

在換向或“換流”過(guò)程中，三相電樞電流在工作氣隙內(nèi)會(huì)形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在360o電角度范圍內(nèi)有三個(gè)磁狀態(tài)，每個(gè)磁狀態(tài)持續(xù)120o電角度，故稱(chēng)之為“一相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)”。圖8示意此情況下，永磁體磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)之間的相互關(guān)系。

圖8(a)為磁狀態(tài)，F(xiàn)a為電樞繞組被饋電后所產(chǎn)生的磁勢(shì)。顯然，電樞磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)的相互作用迫使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)120o電角度后，便進(jìn)入第二磁狀態(tài)，如圖8(b)所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);當(dāng)轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)120o電角度后，便進(jìn)入第三磁狀態(tài)，如圖8(c)所示，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);當(dāng)轉(zhuǎn)子再沿著順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)120o電角度后，電動(dòng)機(jī)便回到起始狀態(tài)，這樣周而復(fù)始，電動(dòng)機(jī)便連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。

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