電動(dòng)汽車永磁無刷電動(dòng)機(jī)可以看作是一臺(tái)用電子換相裝置取代機(jī)械換向的直流電動(dòng)機(jī)，如圖所示，永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)主要由永磁電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換向電路組成。無論是結(jié)構(gòu)或控制方式，永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的直流電動(dòng)轎車電機(jī)都有很多相似之處：用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極;用具有多相繞組的定子取代電樞;用由固態(tài)逆變器和軸位置檢測器組成的電子換向器取代機(jī)械換向器和電刷。下面本文就對(duì)永磁無刷電機(jī)相關(guān)組成部件進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖示：永磁無刷電機(jī)系統(tǒng)組成示意圖

一電動(dòng)機(jī)本體

　　電動(dòng)機(jī)本體和永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)相似，轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，目前多使用稀土永磁材料，但沒有籠式繞組和其他啟動(dòng)裝置。其定子繞組采用交流繞組形式，一般制成多相(三相、四相或五相)，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì)數(shù)(2P=2,4,6)組成。設(shè)計(jì)中要求在定子繞組中獲得頂寬為1 200的梯形波，因此繞組形式往往采用整距、集中或接近整距、集中的形式，以便保留磁密中的其他諧波。

　　有刷直流電動(dòng)機(jī)是依靠機(jī)械換向器將直流電流轉(zhuǎn)換為近似梯形波的交流電流供給電樞繞組，而無刷純電動(dòng)汽車直流電動(dòng)機(jī)是依靠電子換向器將方波電流按一定的相序逐次輸入到定子的各相電樞繞組中。當(dāng)無刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組的某相通電時(shí)，該相電流產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鐵位置變換成電信號(hào)去控制電子開關(guān)線路，從而使定子的各相繞組按一定的次序?qū)?，使定子的相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按正確的次序換相。這樣才能讓定子磁場隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)不斷地變化，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步的旋轉(zhuǎn)磁場，并使定子磁場與轉(zhuǎn)子的磁場始終保持900左右的空間角，用最大轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于電子升關(guān)線路的導(dǎo)通次序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，起到機(jī)械換向器的換向作用，保證了電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中定子與轉(zhuǎn)子的磁場始終保持基本垂直，以提高運(yùn)行效率。所以無刷直流電動(dòng)機(jī)就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開關(guān)換相電路、永磁式同步電動(dòng)汽車電機(jī)以及位置傳感器三者組成的“自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)”，它在運(yùn)行過程中不會(huì)失步。

　　永磁無刷電動(dòng)機(jī)BLDCM的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)既有傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，又有近年來出現(xiàn)的盤式結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和線性結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。伴隨著新型永磁材料的實(shí)用化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)越來越多樣化，使永磁無刷電動(dòng)機(jī)BLDCM正朝著高出力、高精度、微型化和耐環(huán)境等多種用途發(fā)展。

二轉(zhuǎn)子位置傳感器

　　電動(dòng)汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器有光電式、磁敏式和電磁式三種類型。

　　采用光電式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇發(fā)出脈沖信號(hào)。

　　磁敏式位置傳感器是指它的某些電參數(shù)隨周圍磁場按一定規(guī)律變化的半導(dǎo)體敏感元件，其基本原理為霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。磁敏元件的主要工作原理是電流的磁效應(yīng)，主要是霍爾效應(yīng)。采用磁敏式位置傳感器的元刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件(如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐?裝在定子組件上，用并檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場變化。

　　采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝電磁傳感器部件(如耦合變壓器、開關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化)。

　　近年來還出現(xiàn)了無位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，此種電動(dòng)機(jī)利用定子繞組的反電動(dòng)勢作為轉(zhuǎn)子磁鐵的位置信號(hào)，該信號(hào)檢出后，經(jīng)數(shù)字電路處理，送給邏輯開關(guān)電路去控制無刷直流電動(dòng)機(jī)的換向。由于它省去了位置傳感器，使得無刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以應(yīng)用日趨廣泛。

三電子換向電路

　　電子換向電路由功率變換電路和控制電路兩大部分組成，它與位置傳感器相配合，控制電動(dòng)機(jī)定子各相繞組的通電順序和時(shí)間，起到與機(jī)械換向類似的作用。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，功率變換器接受控制電路的控制信息，將系統(tǒng)工作電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給直流無刷電動(dòng)機(jī)定子上的各相繞組，以便使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。逆變器將直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流向電動(dòng)機(jī)供電，與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，是一個(gè)“自控式逆變器”。永磁無刷電動(dòng)機(jī)由于采用自控式逆變器，電動(dòng)機(jī)輸入電流的頻率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電動(dòng)機(jī)和逆變器不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，這也是永磁無刷電動(dòng)機(jī)BLDCM的顯著優(yōu)點(diǎn)之一。

　　純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來自位置傳感器的信號(hào)，但位置傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)一般不能直接用來驅(qū)動(dòng)功率變換器的功率開關(guān)元件，往往需要經(jīng)過控制電路進(jìn)行邏輯處理、隔離放大后才能驅(qū)動(dòng)功率變換器的開關(guān)元件。驅(qū)動(dòng)控制電路的作用是將位置傳感器監(jiān)測到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行處理，按一定的邏輯代碼輸出，去觸發(fā)功率開關(guān)管。

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