小S第一次接觸永磁電機(jī)，Ms講了他的一些疑惑：無(wú)刷DC永磁電機(jī)的電子換向問(wèn)題太莫名其妙了，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)”之類(lèi)的，好像怎么折騰怎么算，雖然都是為了換向，方法五花八門(mén)，暈乎乎的！
女士告訴他，無(wú)刷DC永磁電機(jī)最關(guān)鍵的技術(shù)是換向。如果照搬機(jī)械換向方式，那就太復(fù)雜了(一個(gè)換向器相當(dāng)于一個(gè)相位，幾百?gòu)埓笮碗姍C(jī)的換向照片也不算多)，所以演變出了很多有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的換向方案，機(jī)制相同，層次不同，接近機(jī)械換向效果，要權(quán)衡利弊，合理選擇。
無(wú)刷直流永磁電機(jī)的電樞繞組
無(wú)刷DC永磁電機(jī)的電子換向方法與電樞繞組的連接方式密切相關(guān)，不同連接方式的電樞繞組和不同電子換向電路的組合是多種多樣的。
星形連接繞組
星形繞組將所有相繞組線(xiàn)圈的首端或尾端連接在一起，匹配的電子換向電路可以是橋式電路，也可以是非橋式電路。圖1和2示出了星形繞組和橋式電路的組合，圖3和4示出了星形繞組和非橋式電路的組合。
封閉式連接繞組
閉合連接繞組是由各相繞組線(xiàn)圈組成的閉合形式，即第一相繞組線(xiàn)圈的末端與第二相繞組線(xiàn)圈的首端相連，第二相繞組線(xiàn)圈的末端與第三相繞組線(xiàn)圈的首端相連，以此類(lèi)推，直到最后一相繞組線(xiàn)圈的末端再次與第一相繞組線(xiàn)圈的首端相連。圖5示出了三相封閉連接繞組和橋式電路的組合，圖6示出了四相封閉連接繞組和橋式電路的組合。
電子換向簡(jiǎn)介
減刑也可以叫"換流"。
在無(wú)刷DC永磁電機(jī)中，來(lái)自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，按照一定的邏輯程序,在某一時(shí)刻驅(qū)動(dòng)一些與電樞繞組相連的功率開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通或關(guān)斷，迫使一些無(wú)電流的電樞繞組開(kāi)始流動(dòng)電流，一些有電流的電樞繞組開(kāi)始關(guān)斷電流或改變電流的流動(dòng)方向，從而迫使定子磁狀態(tài)發(fā)生變化。這種通過(guò)電子電路實(shí)現(xiàn)電樞繞組電流變化的物理過(guò)程稱(chēng)為“電子換向”或“換向”。一旦“換向”或“換向”，定子磁狀態(tài)改變一次；連續(xù)“換向”，因此在工作氣隙中產(chǎn)生跳躍式的旋轉(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?/strong>
圖7是具有“三相星形非橋”連接的電子換向電路的示意圖。
圖7
圖的左側(cè)是電磁轉(zhuǎn)子位置傳感器的示意圖。固定部分由一個(gè)高頻鐵氧體磁芯和六個(gè)線(xiàn)圈組成，其中三個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián)作為一次勵(lì)磁線(xiàn)圈，另外三個(gè)線(xiàn)圈XU、XV和XW作為二次輸出線(xiàn)圈，分別與U相和V相連接
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(xiàn)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(xiàn)圈XU與原邊激磁線(xiàn)圈耦合時(shí)，副邊輸出線(xiàn)圈XU就有輸出信號(hào)；而其他兩個(gè)副邊輸出線(xiàn)圈XV和XW沒(méi)有與原邊激磁線(xiàn)圈耦合，所以沒(méi)有輸出信號(hào)。這時(shí)利用副邊輸出線(xiàn)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(xiàn)圈Xv與原邊激磁線(xiàn)圈耦合，副邊輸出線(xiàn)圈XV就有輸出信號(hào)，而其他兩個(gè)副邊輸出線(xiàn)圈XU和XW沒(méi)有與原邊激磁線(xiàn)圈耦合，所以沒(méi)有輸出信號(hào)。這時(shí)，利用副邊輸出線(xiàn)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(xiàn)圈XW與原邊激磁線(xiàn)圈耦合，副邊輸出線(xiàn)圈XW就有輸出信號(hào)，而其他兩個(gè)副邊輸出線(xiàn)圈XU和XV沒(méi)有與原邊激磁線(xiàn)圈耦合，所以沒(méi)有輸出信號(hào)。這時(shí)，利用副邊輸出線(xiàn)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
圖8(a)為第一磁狀態(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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