隨著永磁材料和電力電子元器件的不斷進(jìn)步，無刷DC永磁電機(jī)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)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(gè)領(lǐng)域。在電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，合理、正確地設(shè)計(jì)無刷DC永磁電機(jī)變得越來越重要。

有刷DC永磁電機(jī)原理介紹

在有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)中，電樞繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子上,定子永磁體在氣隙中形成勵(lì)磁磁場。根據(jù)物理定理，在這種情況下，如果電流被迫在電樞繞組的導(dǎo)體中流動(dòng)，將產(chǎn)生作用在導(dǎo)體上的電磁力，如表達(dá)式(1)所示。

F=K1Bli………………(1)

在公式(1)中：

F——電磁力(n);

K1——常量;

B——?dú)庀洞磐芏?t);

L——導(dǎo)線長度(m);

導(dǎo)體(A)中的電流。

電樞繞組由幾個(gè)線圈(或元件)組成，每個(gè)線圈由幾圈組成。如果電樞繞組的串聯(lián)導(dǎo)體總數(shù)為n和N1，并且它們攜帶相同的電流，則電磁力的大小根據(jù)公式(2)計(jì)算。

F=K2BNli………………(2)

在公式(2)中，K2是常數(shù)。

在電動(dòng)機(jī)中，作用在導(dǎo)體上的電動(dòng)勢在轉(zhuǎn)子的中心軸上形成力矩，迫使轉(zhuǎn)子繞中心軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩的大小根據(jù)公式(3)。

M=K3BNRli………………(3)

在公式(3)中：

M——電磁轉(zhuǎn)矩(n 3360m);

K3——常量;

R——導(dǎo)體相對于轉(zhuǎn)子中心軸的位置半徑(m)。

在有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)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。電樞繞組按一定規(guī)律與換向器連接，相鄰兩線圈之間有一定的角位移。假設(shè)，當(dāng)N極下的某個(gè)線圈從0電角的位置通電時(shí)，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場中線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩由0值開始變大，再由大變小，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到180電角時(shí)，線圈產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩又回到0值。此時(shí)線圈離開N極，進(jìn)入S極下方，線圈中的電流方向自動(dòng)切換(切換)到相反的方向。開關(guān)動(dòng)作是通過幾個(gè)電刷和一個(gè)換向器的機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。電樞線圈中電流方向的這種變化稱為機(jī)械換向。

這樣，在有刷DC電機(jī)的某一磁極下，雖然線圈導(dǎo)體是不斷變化的，但只要施加的電壓極性不變，線圈導(dǎo)體中流動(dòng)的電流方向不變，作用在電樞上的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)不變，這就是有刷DC電機(jī)機(jī)械換向過程的本質(zhì)。

無刷DC永磁電機(jī)的工作原理

本發(fā)明的無刷DC水磁鐵電機(jī)，電樞繞組安裝在定子上，水磁鐵的磁極安裝在轉(zhuǎn)子上。轉(zhuǎn)子位置傳感器以電子或電磁方式感應(yīng)每相定子電樞繞組相對于轉(zhuǎn)子永磁體磁場的位置;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，驅(qū)動(dòng)與電樞繞組相連的相應(yīng)功率開關(guān)晶體管，將電流切換或換向到相應(yīng)的電樞繞組。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子位置傳感器不斷發(fā)出信號，使電樞繞組依次不斷通電，不斷改變通電狀態(tài)，使在某一磁極下線圈導(dǎo)體中流動(dòng)的電流方向始終不變，這就是無刷DC永磁電機(jī)無觸點(diǎn)電子換向過程的本質(zhì)。

我們可以想象，在有刷DC永磁電機(jī)中，如果將電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)電樞轉(zhuǎn)出成為定子，將電樞繞組連接到機(jī)械換向器上的引線頭全部拉出，并為每個(gè)引線頭提供一個(gè)功率晶體管開關(guān);通過將原本在外部的靜態(tài)永磁體移動(dòng)到電機(jī)的內(nèi)腔中并將其轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)子，無刷DC永磁電機(jī)可以轉(zhuǎn)變成無刷DC永磁電機(jī)。然而，這種實(shí)現(xiàn)方法必須包括大量適合它的功率晶體管開關(guān)元件和轉(zhuǎn)子位置傳感器。就目前的科技水平而言，這種方法很難實(shí)施，或者說沒有實(shí)用價(jià)值。因此，在目前的無刷DC永磁電機(jī)中，定子電樞采用與通用交流電機(jī)相似的三相繞組。借助轉(zhuǎn)子位置傳感器，檢測轉(zhuǎn)子永磁體磁場與定子電樞繞組三相軸的相對空間位置，通過邏輯信號處理和控制實(shí)現(xiàn)定子電樞三相繞組的電子換向。

以上非官方內(nèi)容僅代表個(gè)人觀點(diǎn)。