直流電動機的結構歷來都是電樞為轉子，磁鐵為定子，在氣隙中產生勵磁磁場，其電樞通電后產生感應磁場。由于電刷的換向作用，在直流電動機的運行過程中，這兩個磁場的方向始終保持垂直，從而產生****電磁轉矩，驅動電動機不停運轉。同時，由于這兩個磁場間互為正交，理論上沒有耦合作用，可以獨立對電樞電流進行控制來調節(jié)電動機的運動速度，這是十分方便的。
在直流無刷電動機的情況下，為了實現無電刷換向，首先要做的是把一般直流電動機的電樞繞組安放在定子上，把****磁鐵放在轉子上，這恰好與傳統的直流電動機結構相反。但是，僅僅這樣做還是不行的，因為用一般的直流電源給定子上的各相繞組供電，只能產生固定磁場，它不能與運動中的轉子磁鐵所產生的****磁場相互作用，以產生單一方向的轉矩驅動轉子轉動。所以，直流無刷電動機除了由定子和轉子組成的電動機本體之外，還要有位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關共同組成的換相裝置，使得直流無刷電動機在運行過程中，定子繞組所產生的磁場和在轉動中轉子磁鐵所產生的永磁磁場，在空間始終保持在90。左右的電角度。
為了清晰地說明其工作原理，下面以電樞三相星接繞組半控橋電路為例來說明。圖l一6所示為三相直流無刷電動機半控橋電路原理圖。此處采用光電器件作為位置傳感器，以3只功率晶體管V1、V2和V3構成功率邏輯單元。
如圖1—6所示，3只光電器件V P1、vP2、vR3的安裝位置各相差120，均勻分布在電動機一端。借助安裝在電動機軸上的旋轉遮光板(亦稱截光器)的作用，使得從光源射來的光線依次照在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉子的磁極位置。圖1—6所示的轉子位置和圖l-7a所示的位置相對應。
由于此時光電器件VP1被光照射，從而使功率晶體管V，呈導通狀態(tài)，電流流人繞組A—A’，該繞組電流同轉子磁極作用后所產生的轉矩使轉子磁極按圖中所示的順時針方向運動。當轉子磁極轉到圖l一7b所示的位置時，直接裝在轉子旋轉軸上的旋轉遮光板亦跟著同步旋轉，并遮住v P_而使vP2受光照射，從而使晶體管v1截止，v2導通，電流從繞組A—A’斷開而流人繞組B—B’，使得轉子磁極繼續(xù)朝箭頭的方向轉動，并帶動遮光板同時朝順時針方向旋轉。當轉子磁極轉到圖1—7c所示的位置時，此時旋轉遮光板已經遮住VP2，使vP3被光照射，導致晶體管v2截止，v3導通，因而電流流人繞組c—c’，于是驅動轉子磁極繼續(xù)朝順時針方向旋轉，并重新回到圖l一7a所示的位置。
這樣，隨著位置傳感器扇形片的轉動，定子繞組在位置傳感器VP1、VP2、VP3的控制下，便一相一相地依次饋電，實現各相繞組電流的換相。不難看出，在換相過程中，定子各相繞組在工作氣隙內所形成的旋轉磁場是跳躍式的。這樣旋轉磁場在360。電角度范圍內有3種磁狀態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120。電角度。各相繞組電流與電動機轉子磁場的相互關系如圖1—7所示。如圖1—7a所示為第一狀態(tài)，Fa為繞組A-A’通電后所產生的磁通勢。顯然，繞組電流與轉子磁場相互作用，使轉子沿順時針方向旋轉，轉過120電角度后，便進入第二種狀態(tài)，這時繞組A—A’斷電，而繞組B—B’通電，即定子繞組所產生的磁場轉過了120，如圖1—7b所示。電動機轉子繼續(xù)沿順時針方向旋轉，再轉過120。電角度，便進入第三種狀態(tài)，這時繞組B—B’斷電，c—c’通電，定子繞組所產生的磁場又轉過了120。電角度，如圖l一7c所示，它繼續(xù)驅動轉子沿順時針方向轉過120。電角度后就恢復到初始狀態(tài)了。這樣周而復始，電動機轉子便連續(xù)不斷旋轉。圖1—8所示為各相繞組的導通順序示意圖。圖1.9所示為電子換相線路中的功率開關晶體管的電壓波形(一相)。
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