汽車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機設計

引言
永磁無(wú)刷直流電機是近年隨著(zhù)稀土永磁材料和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型電機，隨著(zhù)汽車(chē)電子器件的迅猛發(fā)展，車(chē)用電控單元的日新月異，無(wú)刷直流電機在汽車(chē)電器設備中的應用受到越來(lái)越多的重視。由于其具有調速范圍寬、體積小、起動(dòng)迅速、運行可靠、效率高、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，人們開(kāi)始將其運用于汽車(chē)緩速器的研制方面。
本文以4 kW無(wú)刷直流電機安裝于汽車(chē)緩速器中的研發(fā)為依托，介紹利用VB 6．O編程語(yǔ)言實(shí)現永磁無(wú)刷電機的設計，并得出實(shí)驗數據。

1 無(wú)刷直流電動(dòng)機的基本原理
用圖1所示的無(wú)刷直流電動(dòng)機系統來(lái)說(shuō)明無(wú)刷直流電動(dòng)機的基本工作原理。電動(dòng)機的定子繞組為三相星形聯(lián)結，位置傳感器與電動(dòng)機轉子同軸，控制電路對位置信號進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生驅動(dòng)信號，驅動(dòng)信號經(jīng)驅動(dòng)電路放大后控制逆變器的功率開(kāi)關(guān)管，使電動(dòng)機的各相繞組按一定的順序工作。當轉子旋轉到圖2(a)所示的位置時(shí)，轉子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅動(dòng)逆變器，使VI1，VI6(見(jiàn)圖1)導通，及A，B兩相繞組通電，電流從電源的正級流出，經(jīng)VI1流入A相繞組，再從B相繞組流出，經(jīng)VI6回到電源負極。

電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動(dòng)勢Fa如圖2(a)所示，此時(shí)定轉子磁場(chǎng)相互作用，使電動(dòng)機的轉子順時(shí)針轉動(dòng)。
當轉子在空間轉過(guò)60°電角度，到達圖2(b)所示位置時(shí)，同理此時(shí)VI1，VI2導通，使電動(dòng)機的轉子繼續順時(shí)針轉動(dòng)。
轉子在空間每轉過(guò)60°電角度，逆變器開(kāi)關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開(kāi)關(guān)管的導通邏輯為VI1，VI6→VI1，VI2→VI3，VI2→VI3，VI4→VI5，VI4→VI5，VI6→VI1，VI6。在此周期，轉子始終受到順時(shí)針?lè )较虻碾姶呸D矩作用，沿順時(shí)針?lè )较蜻B續旋轉。
在圖2(a)到圖2(b)的60°電角度范圍內，轉子磁場(chǎng)沿順時(shí)針連續旋轉，而定子合成磁場(chǎng)在空間不是連續旋轉的，而是一種跳躍式旋轉磁場(chǎng)，其步距為60°電角度。轉子在空間每轉過(guò)60°電角度，定子繞組就進(jìn)行一次換流，定子合成磁場(chǎng)的狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。由此可見(jiàn)，電動(dòng)機有六種狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時(shí)間為轉子旋轉120°電角度的時(shí)間。這種工作方式稱(chēng)為兩相導通星形三相六狀態(tài)。
只要根據磁極的不同位置，以恰當的順序去導通和阻斷各相出線(xiàn)端所連接的可控晶體管，始終保持轉子線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢領(lǐng)先磁極磁動(dòng)勢一定電角度的位置關(guān)系，便可使該電動(dòng)機產(chǎn)生一定方向的電磁轉矩而穩定運行?？梢钥闯?，通過(guò)借助邏輯電路來(lái)改變功率晶體管的導通順序，即可實(shí)現電動(dòng)機正反轉。