在本文中，我們將解釋方波驅動和正弦波驅動這兩種驅動系統如何影響電機扭矩性能。

驅動系統和電機扭矩

與方波驅動系統相比，正弦波驅動系統的轉矩波動更小，運行更平穩。

讓我們使用電機轉矩產生的原理來考慮其原因。如圖 2.2 所示，電機的理想驅動方法是根據弗萊明左手定則，使磁通量和線圈電流始終正交。這種驅動方法適用于所有電機類型。在直流有刷電機中，這是通過機械換向完成的。為了解釋無刷電機轉矩產生的原理，我們將使用一個簡化的三相 2 極模型，如圖 3.4 所示。

轉子在北極和南極之間的中心包含一個旋轉軸。在圍繞轉子磁體的定子中，U 相、V 相和 W 相線圈繞組彼此偏移 120°。

U+、V+、W+接驅動電路，Uc、Vc、Wc接在一處(公共端)。在這里，我們將從驅動電路流向公共端的方向指定為“正”，將從公共端流向驅動電路的方向指定為“負”。

讓我們詳細了解特定相的線圈。從圖 3.5 中線圈和轉子磁鐵的狀態可以看出，轉子和定子的位置與它們在直流有刷電機中的位置相反。如果電流流過該點，如圖3.5所示，南極側會產生向下的電磁力，北極側會產生向上的電磁力，由弗萊明左手定則確定. 然而，由于無刷電機中的線圈是固定的，因此作用在轉子磁鐵上的反作用力會使轉子順時針轉動。

在圖 3.5 所示的狀態下作用于繞組的電磁力F [N] 可使用在 DC 電機旋轉原理部分中說明的以下公式計算得出。

然而，如果轉子旋轉并呈現圖 3.6 所示的狀態，則作用在導體上的電磁力F會在線圈向外側延伸的方向上產生，因此不會產生朝向轉子的力(扭矩)旋轉部分的磁鐵。

換言之，對于導體而言，作為轉矩起作用的磁通密度B的方向與旋轉軸正交并且根據轉子磁體的旋轉角度而變化。

當轉子旋轉時，假設作為扭矩作用于彼此偏移 120° 的 U 相、V 相和 W 相線圈的磁通密度變為正弦曲線形式。

圖3.4所示轉子轉角為0°、最大磁通密度為B0順時針旋轉時，轉子轉角與各相磁通密度的關系，分別表示為Bw、Bv、Bw，由式(3.2)表示。

3.2.1 對于方波驅動系統

為了解釋使用方波驅動時的電機扭矩，我們將使用簡化的三相 2 極模型，如圖 3.4 所示。

驅動電流

對于方波驅動系統的無刷電機，如“2.2.2 無刷電機旋轉原理”中所述，電流根據轉子角度的勵磁模式流向 U 相、V 相和 W 相的線圈由磁極傳感器檢測。

如果順時針旋轉，圖 3.4 所示的轉子角度為 0°，電機電流為i m，則轉子角度與各相的相電流之間的關系如圖 3.8 所示。

此時，當轉子轉角在30°和150°之間時，流過U相的電流為im，在210°和330°之間為-im。相對于 U 相電流，V 相和 W 相的電流分別經歷 120° 和 240° 的相位延遲。

電機扭矩

使用電磁力 F 和從轉子旋轉中心到導體的距離 r 計算每個相線圈產生的轉矩 T。

因此，電機轉矩是各相線圈產生的轉矩之和，用下式表示。

如果將r、l、 im和B0設置為 1，并且使用公式(3.2)、圖 3.8 和公式(3.5)根據每個轉子角度的電流和磁通密度計算每相轉矩，則結果是圖 3.9 所示的扭矩波形。因為每轉產生6個轉矩脈動，所以在低速旋轉時會產生速度脈動。

3.2.2 對于正弦波驅動系統

為了解釋使用正弦波驅動時的電機扭矩，我們將使用簡化的三相 2 極模型，如圖 3.4 所示。

驅動電流

當轉子順時針旋轉時，相位差為 120° 的正弦電流如圖 3.10 所示，流向 U 相、V 相和 W 相的線圈，它們與相差 120°另一個。在圖 3.4 中，若順時針旋轉，轉子轉角為 0°，電流最大值為im，則各相電流分別記為iw1、iv1和iw1，如式(3.6)所示。

電機扭矩

與方波驅動一樣，電機轉矩是各相線圈產生的轉矩之和，使用公式(3.5)計算。

此外，公式(3.5)可以使用公式(3.2)和公式(3.6)簡化如下所示。

設式(3.7)中的r、l、im、Bo為1，計算各轉子轉角各相電流與磁通密度的乘積之和，則轉矩波形如圖. 3.11. 式(3.7)中，轉子角θ項消失，圖3.11中電機轉矩為常數。換言之，采用正弦波驅動，任何旋轉都沒有轉矩脈動，低速旋轉時也可以平穩運行。

為了獲得最佳性能，Oriental Motor 的無刷電機驅動器采用正弦波驅動方法。

審核編輯：湯梓紅