汽車用永磁無刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)

引言
永磁無刷直流電機(jī)是近年隨著稀土永磁材料和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型電機(jī)，隨著汽車電子器件的迅猛發(fā)展，車用電控單元的日新月異，無刷直流電機(jī)在汽車電器設(shè)備中的應(yīng)用受到越來越多的重視。由于其具有調(diào)速范圍寬、體積小、起動(dòng)迅速、運(yùn)行可靠、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，人們開始將其運(yùn)用于汽車緩速器的研制方面。
本文以4 kW無刷直流電機(jī)安裝于汽車緩速器中的研發(fā)為依托，介紹利用VB 6．O編程語言實(shí)現(xiàn)永磁無刷電機(jī)的設(shè)計(jì)，并得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本原理
用圖1所示的無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)來說明無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。電動(dòng)機(jī)的定子繞組為三相星形聯(lián)結(jié)，位置傳感器與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電動(dòng)機(jī)的各相繞組按一定的順序工作。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到圖2(a)所示的位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使VI1，VI6(見圖1)導(dǎo)通，及A，B兩相繞組通電，電流從電源的正級(jí)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(fù)極。

電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)Fa如圖2(a)所示，此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60°電角度，到達(dá)圖2(b)所示位置時(shí)，同理此時(shí)VI1，VI2導(dǎo)通，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60°電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開關(guān)管的導(dǎo)通邏輯為VI1，VI6→VI1，VI2→VI3，VI2→VI3，VI4→VI5，VI4→VI5，VI6→VI1，VI6。在此周期，轉(zhuǎn)子始終受到順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
在圖2(a)到圖2(b)的60°電角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)沿順時(shí)針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而定子合成磁場(chǎng)在空間不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其步距為60°電角度。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過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，電動(dòng)機(jī)有六種狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120°電角度的時(shí)間。這種工作方式稱為兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)。
只要根據(jù)磁極的不同位置，以恰當(dāng)?shù)捻樞蛉?dǎo)通和阻斷各相出線端所連接的可控晶體管，始終保持轉(zhuǎn)子線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)領(lǐng)先磁極磁動(dòng)勢(shì)一定電角度的位置關(guān)系，便可使該電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一定方向的電磁轉(zhuǎn)矩而穩(wěn)定運(yùn)行?？梢钥闯?，通過借助邏輯電路來改變功率晶體管的導(dǎo)通順序，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。