隨著永磁材料和功率電子元器件的不斷進步，無刷直流永磁電動機得到了快速的發(fā)展，它們被廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、國防、航空航天、現(xiàn)代科技和日常生活的各個領域。在電機技術領域內，合理正確地設計無刷直流永磁電動機成為一個越來越重要的課題。

有刷直流永磁電機原理介紹

在有刷直流永磁電動機中，電樞繞組設置在轉子上，定子永磁體在氣隙內形成激磁磁場。根據(jù)物理學定理，在此情況下，如果迫使電流在電樞繞組的某一根導體中流動，就會產生一個作用于該導體的電磁力，具體見表達式（1）F=K1Bli………………

式（1）中：

F——電磁力（N)；

K1——常數(shù)；

B——氣隙磁通密度（T）；

L——導體的長度（m）；

I——導體內的電流（A）。

電樞繞組由多個線圈（或稱為元件）所組成，每個線圈又由若干線匝所組成。如果電樞繞組的總串聯(lián)導體數(shù)為N，且N>1，并攜帶同樣的電流，則電磁力的量值按式（2）計算。

F=K2BNli………………(2)

式（2）中，K2為一個常數(shù)。

在電動機內，作用在導體上的電動力對轉子中心軸線形成一個力矩，迫使轉子圍繞中心軸線旋轉。旋轉電磁力矩的量值按式（3）。

M=K3BNRli………………(3)

式（3）中：

M——電磁力矩（N:m)；

K3——常數(shù)；

R——導線所處位置相對轉子中心軸線的半徑（m）。

在有刷直流永磁電動機中，定子主要由永磁體磁極、導磁瓶和電刷構件所組成，轉子主要由電樞繞組和換向器所組成。電樞繞組按一定的規(guī)律與換向器相連接，兩個相鄰線圈之間存在一定的角位移。假說，處在N極下的某一線圈從0°電角度位置開始通電，轉子便開始旋轉，該線圈內的電流在氣隙磁場內產生的旋轉電磁力矩從0值開始由小到大，再由大變小，當轉子轉至180°電角度時，該線圈產生的旋轉電磁力矩又回到0值。這時，該線圈離開了N極，進入S極下面，該線圈內的電流方向被自動地切換（開關）成相反的方向。開關動作是借助若干個電刷和一個換向器的機械結構來實現(xiàn)的，這種由電樞線圈內電流方向的變換被稱之為機械換向。

這樣，在有刷直流電動機的某一磁極下，雖然線圈導體在不斷地更替，但只要外加電壓的極性不變，線圈導體中流過的電流方向始終不變，作用在電樞上的電磁轉矩的方向始終不變，電動機的旋轉方向也將始終不變，這就是有刷直流電動機的機械換向過程的本質。

無刷直流永磁電動機的工作原理

在無刷直流水磁電動機中，電樞繞組被設置在定子上，水磁體磁極被設置在轉子上。定子各相電樞繞組相對轉子永磁體磁場的位置，由轉子位置傳感器通過電子方式或電磁方式所感知；并利用其輸出信號，通過電子換向電路，按照一定的邏輯程序去驅動與電樞繞組相連接的相應的功率開關晶體管，把電流開關或換向到相應的電樞繞組。隨著轉子的轉動，轉子位置傳感器不斷地發(fā)送出信號，致使電樞繞組不斷地依次通電，不斷地改變通電狀態(tài)，從而使得在某一磁極下的線圈導體中流過的電流方向始終不變，這就是無刷直流永磁電動機的無接觸式電子換向過程的實質。

我們可以設想：在有刷直流永磁電動機中，如果把原先處于電動機內部的旋轉電樞翻出來變成定子，把所有被連接在機械換向器上面的電樞繞組的引線頭抽出來，并且給每一個引線頭提供一個功率晶體管開關；而把原先處于外部的靜止永磁體移入電動機的內腔變成轉子，就可以把一臺有刷型直流永磁電動機變換成一臺無刷型直流永磁電動機。但是，這種實施方法必須包含大量的功率晶體管開關元件和與之相適應的轉子位置傳感器，就目前科技水平而論，這種方法很難實施，或者說還沒有實用價值。因此，在當前的無刷直流永磁電動機中，定子電樞采用類似于一般交流電動機中的三相繞組，借助轉子位置傳感器檢測出轉子永磁體磁場與定子電樞繞組三相軸線之間的相對空間位置，通過邏輯信號處理和控制，來實現(xiàn)定子電樞三相繞組的電子換向。