《新能源汽车电机及传动系统拆装与检测》课件-资讯二 无刷直流电机的换向与工作原理

二、相关资讯资讯二无刷直流电机的换向与工作原理1.无刷直流电机的换向原理无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器（可有可无）组成。如图7-7所示，当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B（如粗箭头方向所示），而中间的转子会尽量使自己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。图7-7换向原理图示1右手螺旋定则：指的是通电线圈产生的磁场用四指握住线圈并指向线圈中电流方向,那么大拇指指向就是其产生的磁场方向。无刷直流电机定子转子有刷直流电机NS定子转子资讯二无刷直流电机的换向与工作原理如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来，改变电流方向的这一动作称为换向（commutation）。换向时刻只与转子的位置有关，与转速无关。当磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大。但此时转子呈水平状态，转子力臂为0。虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性，还会继续顺时针转动。这时若改变两头螺线管的电流方向，转子就会继续顺时针向前转动，如图7-8所示。图7-8换向原理图示2我们前面介绍了，无刷直流电机也是由定子和转子构成，其中转子是永磁体，定子是线圈铁芯构成的电磁铁我们有电工知识知道，电磁铁的磁极方向是随着电流的方向改变而改变。现在来看转子是如何转动的，可以先给一个线圈通电，此时电磁铁就会产生磁力，从而吸引一侧的转子转动。转子转到平衡位置后，如果我们及时给下一个线圈通电，保持线圈磁极方向与转子磁极方向，始终为相互吸引的性质，就能够继续吸引转子转动。当然我们还可以继续改进，将对侧的线圈连接起来，但要注意线圈的缠绕方向相反，这样我们就可以用一路电流控制两个电磁铁，两个电磁铁同时产生吸引力，电机的转动力矩就增加了一倍。同理再用两条线路分别连接另外两组电磁铁，只要合理控制三组线路的通电顺序，就能够实现三条线路，控制电机连续的旋转。

一般情况下，我们会同时让相邻两条线路中有电流通过，一组电磁铁产生吸引力，另外一组产生排斥力，这样就能够再将转动力去增加一倍。此时，我们将三组电路进行一种特殊的连接，我们举例来说明这种连接的好处。

比如在A线圈处连接电源正极，在B线圈处接地，通电以后电流从A绿色线圈流入，经过自身的线圈，到达对面A组另外一个线圈，再经过黑色的连接导线进入B线圈，最后到达负极，这意味着我们只用了一条线路就串联了AB两组电磁铁，能够给他们同时通电，使得两组电磁铁同时产生对转子的作用力，一组为吸引力另外一组为推力，不论是吸引力还是推力都是在驱动转子转动。资讯二无刷直流电机的换向与工作原理图7-9无刷直流电机工作原理框图2.无刷直流电机的工作原理无刷直流电机要转动，须先根据转子位置传感器的输出信号确定转子位置，然后通过电子换相线路去驱动电机本体使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生旋转的磁场，驱动永磁转子转动。无刷直流电机工作原理框图如图7-9所示。资讯二无刷直流电机的换向与工作原理

知识拓展1

定子三相绕组是相差120°对称分布的，即采用星形连接的，其中6个功率管的开关由控制电路根据转子位置来决定。因此，可以通过控制电路控制VT1～VT66个开关管的开关顺序来调整电机线圈的通电顺序，以实现电机的换相操作，使电机运转起来。

资讯二无刷直流电机的换向与工作原理图7-10绕组星形连接的接线图图7-10所示为绕组星形连接的接线图。整个电机引出三根线A、B、C。当它们之间两两通电时，有6种情况，分别是AB、AC、BC、BA、CA和CB。图7-11分别描述了这6种情况下每个通电线圈产生的磁感应强度的方向（短箭头表示）和两个线圈的合成磁感应强度的方向（长箭头表示）。资讯二无刷直流电机的换向与工作原理在图7-11（a）中，AB相通电，中间的转子（图中未画出）会尽量往长箭头方向对齐。当转子到达图7-11（a）中长箭头位置时，外线圈换相，改成AC相通电。这时转子会继续运动，并尽量往图7-11（b）中的长箭头处对齐，当转子到达图7-11（b）中长箭头位置时，外线圈再次换相，改成BC相通电，再往后以此类推。资讯二无刷直流电机的换向与工作原理图7-11星形连接两两通电的6种情况

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知识拓展2

要保持定转子磁场产生恒定的平均电磁转矩，就必须保证定转子磁场在空间保持相对静止。这种相对静止有两层含义：一是恒定的平均电磁转矩而不是恒定的瞬时电磁转矩，即瞬时转矩可以变化，但总体上存在一定大小的平均值，这种电磁转矩瞬时变化由具有机械惯性的转子起到平滑作用，即转矩波动随着转子转动惯量增大而减小；二是定转子磁场在空间保持相对静止而不是保持相互之间的绝对静止，即使瞬时定转子磁场之间存在相对运动，但总体上始终保持同步以产生恒定的平均电磁转矩。

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