小S初次接觸永磁電機，和女士參說(shuō)起他的一些疑惑：無(wú)刷直流永磁電機的電子換向問(wèn)題太讓人費解了，什么“一相導通三相三狀態(tài)”、“二相導通三相六狀態(tài)”及“二相、三相導通三相十二狀態(tài)”等等，似乎怎么折騰怎么算，盡管都是為了換向目的，方法卻五花八門(mén)，好眼暈!

女士參給他講，無(wú)刷直流永磁電機關(guān)鍵的技術(shù)就是換向問(wèn)題，若照搬機械換向模式，太過(guò)復雜(一換向片相當于一相，大電機幾百個(gè)換相片都不算為過(guò))以致無(wú)法實(shí)現，故而演變出許多種具有實(shí)際應用價(jià)值的換向方案，機理相同、接近于機械換向效果的水平有所差異，應權衡利弊、合理選擇。

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錫安馳60V1000W電動(dòng)三輪水電瓶車(chē)大功率永磁直流無(wú)刷中置鏈條電機

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無(wú)刷直流永磁電機的電樞繞組

無(wú)刷直流永磁電機電子換向的方法與電樞繞組的連接方式緊密關(guān)聯(lián)，不同連接方式的電樞繞組與不同電子換向電路的組合是多種多樣的。

● 星形連接繞組

星形連接繞組是把所有相繞組線(xiàn)圈的首端或尾端連接在一起，與之相配合的電子換向電路可以是橋式線(xiàn)路，也可以是非橋式電路。圖1、圖2為星形繞組與橋式線(xiàn)路的組合，圖3、圖4為星形繞組與非橋式電路的組合。

● 封閉式連接繞組

封閉式連接繞組是由各相繞組線(xiàn)圈組成封閉的形式，即把相繞組線(xiàn)圈的尾端與第二相繞組線(xiàn)圈的首端相連接，再把第二相繞組線(xiàn)圈的尾端與第三相繞組線(xiàn)圈的首端相連接，依次類(lèi)推，直至后一相繞組線(xiàn)圈的尾端又與相繞組線(xiàn)圈的首端相連接。圖5為三相封閉式連接繞組與橋式線(xiàn)路的組合，圖6為四相封閉式連接繞組與橋式線(xiàn)路的組合。

電子換向簡(jiǎn)介

換向又可稱(chēng)之為“換流”。

在無(wú)刷直流永磁電機中，來(lái)自轉子位置傳感器的信號，經(jīng)處理后按照一定的邏輯程序，驅使某些與電樞繞組相連接的功率開(kāi)關(guān)晶體管在某一瞬間導通或截止，迫使某些原來(lái)沒(méi)有電流的電樞繞組內開(kāi)始流通電流，某些原來(lái)有電流的電樞繞組內開(kāi)始關(guān)斷電流或改變電流的流通方向，從而迫使定子磁狀態(tài)產(chǎn)生變化。這種利用電子電路來(lái)實(shí)現電樞繞組內電流變化的物理過(guò)程即所謂“電子換向”或“換流”?！皳Q向”或“換流”一次，定子磁狀態(tài)就改變一次;連續不斷地“換流”，于是在工作氣隙內產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉磁場(chǎng)。

“電子換向”或“換流”是無(wú)刷直流永磁電機的關(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)機可靠地運行。

電子換向實(shí)例

圖7是“三相星形非橋式”連接的電子換向電路的原理圖。

圖7

圖中左邊是電磁式轉子位置傳感器的示意圖。固定部分由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)作為原邊激磁線(xiàn)圈，另外三個(gè)線(xiàn)圈XU、XV和XW作為副邊輸出線(xiàn)圈，分別與U相、V相和W相三個(gè)電樞繞組相對應。轉子位置傳感器的旋轉部分由略大于120o電角度的扇形高頻鐵氧體磁芯(圖中涂黑部分)和非導磁體(圖中未涂黑部分)所組成的一個(gè)圓環(huán)，與電動(dòng)機同軸安裝。

電子換向過(guò)程

圖7中轉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：

● 當旋轉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;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。這時(shí)利用副邊輸出線(xiàn)圈XU的輸出信號經(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,并使之導通，功率開(kāi)關(guān)晶體管BG2和BG3因沒(méi)有觸發(fā)信號而保持截止狀態(tài)，電源給U相電樞繞組供電。

圖7

● 當轉子位置傳感器的轉子扇形片轉過(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，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。這時(shí)，利用副邊輸出線(xiàn)圈XV的輸出信號經(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由截止變成導通，而功率開(kāi)關(guān)晶體管BG1由導通變成截止，電源給V相電樞繞組供電。

圖7

● 當轉子位置傳感器的轉子扇形片再轉過(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，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。這時(shí)，利用副邊輸出線(xiàn)圈XW的輸出信號經(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由截止變成導通，而功率開(kāi)關(guān)晶體管BG2由導通變成截止，電源給W相電樞繞組供電。這樣，隨著(zhù)轉子位置傳感器旋轉部分的扇形高頻鐵氧體磁芯的轉動(dòng)，電樞繞組便被一相一相地依次饋電，從而實(shí)現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會(huì )形成跳躍式的旋轉磁場(chǎng)，這種旋轉磁場(chǎng)在360o電角度范圍內有三個(gè)磁狀態(tài)，每個(gè)磁狀態(tài)持續120o電角度，故稱(chēng)之為“一相導通星形三相三狀態(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(a)為磁狀態(tài)，Fa為電樞繞組被饋電后所產(chǎn)生的磁勢。顯然，電樞磁場(chǎng)與永磁體磁場(chǎng)的相互作用迫使電動(dòng)機轉子沿著(zhù)順時(shí)針?lè )较蛐D;當轉子轉過(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)機轉子繼續沿著(zhù)順時(shí)針?lè )较蛐D;當轉子再轉過(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)機轉子繼續沿著(zhù)順時(shí)針?lè )较蛐D;當轉子再沿著(zhù)順時(shí)針?lè )较蜣D過(guò)120o電角度后，電動(dòng)機便回到起始狀態(tài)，這樣周而復始，電動(dòng)機便連續不斷地旋轉。

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