永磁無刷直流電動機(jī)是由一塊或多塊永磁體建立磁場的直流電動機(jī)，其性能與恒定勵磁電流的他勵直流電動機(jī)相似，可以由改變電樞電壓來方便地調(diào)速。與他勵式直流電動機(jī)相比，具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、用銅量少等優(yōu)點，是小功率直流電動機(jī)的主要類型。[1]

 
基本原理
永磁無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
1. 電動機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機(jī)十分相似。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號，以控制電動機(jī)的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等
主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHZ調(diào)制波的對稱交變矩形波。
永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1-T4導(dǎo)通、T1-T6導(dǎo)通、T3-T6導(dǎo)通、T3-T2導(dǎo)通、T5-T2導(dǎo)通、T5-T4導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對N-S極，T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當(dāng)于60°電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進(jìn)60°電角度，如此循環(huán)，永磁直流電機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因為永磁直流電機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動機(jī)。
2. 永磁無刷直流電機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動機(jī)在啟動瞬間就會產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動繞組。
由于定子磁場軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，與他勵直流電動機(jī)的電流-轉(zhuǎn)矩特性一樣。
電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：
Tm=KtIav （N·m）
電動機(jī)兩相繞組反電勢的差正比于電動機(jī)的角速度：
ELL=Keω （V）
所以電動機(jī)繞組中的平均電流為：
Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A）
其中，Vm=δ·VDC是加在電動機(jī)線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：
Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
Kt、Ke是電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動機(jī)的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時，改變占空比δ，就可以線性地改變電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵直流電動機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。
永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ón max，那么，+5V以下任何電平即對應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實現(xiàn)了變速設(shè)定。
當(dāng)Vc設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會變大，電樞電流變大，使電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動機(jī)實際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止。可以說，永磁直流電機(jī)在允許的電網(wǎng)波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。
由于永磁無刷直流電機(jī)的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機(jī)高10%左右，一般來說，永磁直流電機(jī)的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動機(jī)高12%-20%。
3. 由于永磁無刷直流電機(jī)是以自控式運行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電動機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。
中小容量的永磁無刷直流電機(jī)的永磁體，多采用高磁能積的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無刷電動機(jī)的體積比同容量三相異步電動機(jī)縮小了一個機(jī)座號。
近三十年來針對異步電動機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，而永磁直流電機(jī)的電流或電樞的端電壓，就是直接控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的物理量。過去，由于稀土永磁體價格比較高等因素，限制了稀土永磁永磁直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，但是隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其價格已迅速下降，例如，我公司推出得BS系列永磁直流電機(jī)的售價已與異步電動機(jī)和普通變頻器售價之和相差無幾。稀土永磁永磁直流電機(jī)必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。
根據(jù)所用的永磁材料不同，永磁無刷直流電動機(jī)分為鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和稀土永磁直流電動機(jī)。鋁鎳鈷永磁無刷直流電動機(jī)需要消耗大量的貴重金屬、價格較高，但對高溫的適應(yīng)性好，用于環(huán)境溫度較高或?qū)﹄妱訖C(jī)的溫度穩(wěn)定性要求較高的場合。鐵氧體永磁無刷直流電動機(jī)以廉價見長，且性能良好，廣泛用于家用電器、汽車、玩具、電動工具等領(lǐng)域。用稀土永磁材料作磁極制的稀土永磁無刷直流電動機(jī)，體積小且性能更好，但價格昂貴，主要用于航天、計算機(jī)、井下儀器等。但近些年出現(xiàn)了新一代稀土永磁直流電動機(jī)—釹鐵硼永磁無刷直流電動機(jī)，由于我國擁有世界80%以上蘊藏量的釹礦資源，因此在價格上具有得天獨厚的優(yōu)勢，高性能釹鐵硼永磁材料性價比大幅提升，使質(zhì)優(yōu)、價廉的釹鐵硼永磁直流電動機(jī)在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，同時也促進(jìn)永磁無刷直流電動機(jī)的性能與結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展。
選用原則
（1）類型的選擇
宜優(yōu)先選用效率高、價格便宜、溫升低的鐵氧體永磁直流電動機(jī)。只有當(dāng)對性能要求嚴(yán)格、體積小、環(huán)境溫度較高時才考慮選用鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)或稀土永磁直流電動機(jī)。
（2）合理選擇電動機(jī)的功率
電動機(jī)輸出的最大功率是有限度的，如果電動機(jī)的功率選擇過小，負(fù)載超過了電動機(jī)的額定輸出功率就會發(fā)生電動機(jī)過載，過載時會出現(xiàn)電動機(jī)發(fā)熱、振動、轉(zhuǎn)速下降、聲音異常等現(xiàn)象，嚴(yán)重過載時，將會燒毀電動機(jī)。而功率過大，則會造成經(jīng)濟(jì)浪費。因此合理選擇電動機(jī)的功率是很重要的。
（3）規(guī)格選擇
往往由于實際生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格不多，給選用產(chǎn)品增加困難。在選擇產(chǎn)品規(guī)格時可考慮：在電源電壓可調(diào)的場合，可按實際需要選擇轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速與產(chǎn)品相應(yīng)的額定值接近的規(guī)格，通過改變電壓得到所需轉(zhuǎn)速；在電源電壓固定的場合，如果沒有適當(dāng)規(guī)格的產(chǎn)品可供選用時，可先按轉(zhuǎn)矩選擇適當(dāng)規(guī)格，而產(chǎn)品的電壓與轉(zhuǎn)速之間可作適當(dāng)調(diào)整。
二、永磁無刷直流電動機(jī)在應(yīng)用時應(yīng)注意：
（1）如果產(chǎn)品沒有特別說明，一般情況下（例如鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)或鐵氧體永磁直流電動機(jī)）永磁直流電動機(jī)都不允許在額定電壓下反接制動運行，否則會造成永磁體退磁；如確有必要作這種方式運行時，要加限流電阻，以限制電流過大。
（2）按以下步驟對電機(jī)好壞進(jìn)行初步的檢查：
首先檢查電機(jī)的外觀：應(yīng)無劃痕、碰傷和涂鍍層脫落；然后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動，無明顯的卡殼現(xiàn)象。檢查電動機(jī)的接線是否牢固，并通電運行。電動機(jī)在旋轉(zhuǎn)的過程中應(yīng)不存在著摩擦，其中最突出的是軸承摩擦。軸承磨損后會發(fā)出不正常聲音，出現(xiàn)局部過熱溫升現(xiàn)象。
（3）注意電動機(jī)因電流過大、溫度變化及拆裝時磁路開路而引起的永磁體退磁，尤其對于鋁鎳鈷永磁電動機(jī)，拆裝時要對永磁磁路進(jìn)行磁短路保護(hù)，否則退磁后要另外充磁。