無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展概述

1、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展概述在發(fā)達(dá)國(guó)家，電能的i半以上由各種電動(dòng)機(jī)轅換為機(jī)械能；在我國(guó).電睫的60%-70%#電動(dòng)機(jī)消耗。很據(jù)中國(guó)政府汁一五”計(jì)劃.電機(jī)系統(tǒng)的裝機(jī)容量己達(dá)到IE億千瓦，耗電超過(guò)一萬(wàn)億千瓦時(shí)如果將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率提高兩個(gè)百分點(diǎn)，將可以節(jié)電二百億千瓦時(shí).因此.開(kāi)發(fā)高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)*對(duì)國(guó)家乃至世界的節(jié)能具有重要的意義.無(wú)劇直流電動(dòng)機(jī)BrushlessDirectCurrentMotorr簡(jiǎn)稱BLDCraator）經(jīng)歷了五十余年的發(fā)展近二十年來(lái)，稀土永掘材料技術(shù)、電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)極大地推動(dòng)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的快速笈展.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)用一套電予換向裝置代替了有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝宜

2、，保留了有刷直流電動(dòng)機(jī)寬闊而平滑的調(diào)速性施同時(shí)又克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來(lái)的一系列的缺蟲(chóng)；另一方面.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)還具有高SS量密度，高轉(zhuǎn)拒慣性比、高效率等特點(diǎn),其效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)提高具有明顯的節(jié)能效果。因此，無(wú)刷直潦電動(dòng)機(jī)是一種高性價(jià)比的驅(qū)動(dòng)電報(bào).在各個(gè)領(lǐng)域中可得到廣泛應(yīng)用*有刷直流電動(dòng)機(jī)是最早使用的電動(dòng)機(jī)由于茸具有寬闊而平措的調(diào)JS性能和良好的起動(dòng)能力.在需要有謂速和電載起動(dòng)要求的場(chǎng)合成為首選但有刷宜流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向的不良后黑是電劇下面會(huì)產(chǎn)生危害性火花*嚴(yán)璽時(shí)可能產(chǎn)生環(huán)火，經(jīng)其在煤礦、油田、化工等具有可罐性氣體的場(chǎng)合受到眼制：其次.對(duì)周國(guó)環(huán)境,如無(wú)線電通訊及控制設(shè)備，易造成電磁

3、干擾;再次，電刷為易損件，需要經(jīng)常更換；同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速也旻到機(jī)械換向的限制而不能很高.由于有刷直淹電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的原因，這些問(wèn)題難以得到根本解抉經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，人怕終于找到了用位置傳蟒器和電子換相電路來(lái)代替有刷克汎電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，出現(xiàn)了磁電輻合式、光電式及霍爾元件等作為隹置儘鼎器的無(wú)刷直渡電動(dòng)機(jī)；此后又發(fā)現(xiàn)電樞電撬玻形與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系出現(xiàn)了觀測(cè)電樞繞址中不同電量被形監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子位置的無(wú)卷習(xí)傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)I，ITOL表L1反應(yīng)了無(wú)刷電機(jī)的攪展歷史.稀土永礎(chǔ)材料技術(shù)、電力電予技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有力地推動(dòng)了無(wú)刷直潦電動(dòng)機(jī)的快速發(fā)展.表1】無(wú)刷電機(jī)發(fā)展歷程年份直流無(wú)刷電機(jī)發(fā)展1

4、917年Boliger提出了用整流管代替有刷直流電機(jī)機(jī)械電劇的無(wú)劇宜流電機(jī)的基本思想1955年1962年1978年19R6年羌國(guó)的D.Harision等人申請(qǐng)用晶體管換向電路替代機(jī)械電刷的專利借助HALL元件實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)換流的無(wú)刷電機(jī)試制成功商用無(wú)刷直流電機(jī)正式推出在論文中對(duì)無(wú)刷立流電機(jī)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，分析了相數(shù)、極對(duì)數(shù)和永磁材料等對(duì)無(wú)刷宜流電機(jī)特性的勒響，標(biāo)志者無(wú)刷直流電機(jī)在理論上走向成熟表12永磁材料技術(shù)發(fā)展歷程年代永磁材料技術(shù)發(fā)展20陞己50年代1967年1973年1983年出現(xiàn)鐵氧體永磁材料KJ.Strant發(fā)明了第一代稀土永磁材料SmCos出現(xiàn)第二代稀土永磁材料SmjCon出現(xiàn)第三

5、代稀土永磁材料NdFcB表1.3電力電子技術(shù)發(fā)展水平年份電力電子技術(shù)發(fā)展1956年70年代后期80年代以來(lái)美田貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明以晶閘管為代表的第一代電力電子器件可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）及其模塊相繼實(shí)用化功率場(chǎng)控晶體管POWERMOSFET）、絕緣門(mén)極晶體管（1GT或IGBT）、靜電感應(yīng)晶體管（SIT）、靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）、MOS晶閘管（MCT）、MOS晶體管（MGT）、待別是IPM等智能功率集成電路應(yīng)運(yùn)而生表12反應(yīng)了永磁材料技術(shù)的高速發(fā)展特別是第三代稀土永磁材料NdFeB岀現(xiàn)后，使永磁電機(jī)得到快速發(fā)展，并呈現(xiàn)效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)同.表1.3反應(yīng)了電力電子技術(shù)

6、的發(fā)展水平.永磁無(wú)刷直流電機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展，在很大程度上也取決于電力電子技術(shù)的進(jìn)步。這些新型的電力電子器件為開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器奠定了基礎(chǔ).它們不僅可以降低無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，而且還可以提高系統(tǒng)的可靠性，為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的商業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造條件。計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展大大提升了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制水平。單片機(jī)出現(xiàn)后，代替了傳統(tǒng)的模擬電路，簡(jiǎn)化了控制器結(jié)構(gòu)，控制精度得以提高，并可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制.對(duì)于一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，如何服控制，帯要位置控制.同時(shí)為了握高系統(tǒng)的魯棒性，以及網(wǎng)絡(luò)控制等要求，對(duì)控制器處理芯片的要求越來(lái)越高。隨后出現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),現(xiàn)場(chǎng)可編程

7、門(mén)陣列邏輸器(FPGA)等.運(yùn)算速度不斷提髙，可用資源也不斷擴(kuò)大.微電子技術(shù)的進(jìn)步，不僅可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，同時(shí)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有力地推動(dòng)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的快速發(fā)展和應(yīng)用。在無(wú)刷直流電機(jī)控制中，普遍采用位置傳感器輔助電機(jī)換相，但位置傳感器的加入也限制了無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用范田，隨后人們提出了對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制，大大擴(kuò)寬了無(wú)刷宜流電機(jī)的應(yīng)用范圍。如今，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)集待種電機(jī)、變速結(jié)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件與碩件于一體，形成新一代電動(dòng)伺服系統(tǒng)，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果，是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)物。在國(guó)外，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用取得很大進(jìn)展【乃國(guó)表1.4統(tǒng)計(jì)了目前國(guó)外市

8、場(chǎng)上不同國(guó)家的部分無(wú)刷直流電機(jī)產(chǎn)品，他們各有峙色?？傮w看來(lái)，日本和表國(guó)公司占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額而其中日本企業(yè)宜流無(wú)刷產(chǎn)品主要集中在家電和汽車行業(yè)，特別是空調(diào)壓縮機(jī)行業(yè)，更是走在了整個(gè)行業(yè)的前頭，其產(chǎn)品性能充分展現(xiàn)了無(wú)刷電機(jī)整體效率高，材料省，體積小，功率密度高的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)無(wú)刷宜流電動(dòng)機(jī)的研制始于20世紀(jì)70年代初期主婆集中在一些科研院所和高等院校.國(guó)內(nèi)研究性企業(yè)如西安微電機(jī)研究所，他們研制了45ZW-E55ZW-1,70ZW-1系列產(chǎn)品，上海交大研制了衛(wèi)星上專用的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，上海徴電機(jī)研究所的無(wú)刷直流力矩電動(dòng)機(jī)等，但大功率的無(wú)刷宜流電動(dòng)機(jī)，特別是針對(duì)工業(yè)調(diào)速場(chǎng)合應(yīng)用的產(chǎn)品尚處于研究階段【

9、9川忙有部分企業(yè)在生產(chǎn)微小功率無(wú)別電機(jī)產(chǎn)品，也有公司在研發(fā)無(wú)刷直流電機(jī)產(chǎn)品.如唐山市普林依托永磁電機(jī)有眼公司研發(fā)了永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，并且應(yīng)用于電動(dòng)跑步機(jī)等產(chǎn)晶中等.從世界最新無(wú)刷電機(jī)制造技術(shù)專利大全中統(tǒng)計(jì)看，中國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的專利占了總60項(xiàng)中的42項(xiàng)，從搜索引華上輸入中文“無(wú)刷電機(jī)”，約有3,330,000項(xiàng)符合無(wú)刷電機(jī)條信息，說(shuō)明國(guó)內(nèi)目前對(duì)無(wú)刷電機(jī)的研究熱情很高。表14國(guó)外無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀外徑12.7-5000oma別公司、機(jī)構(gòu)產(chǎn)品、應(yīng)用及部分參數(shù)日本芝浦制作空調(diào)用直流高效無(wú)刷電機(jī)，低噪聲，重最輕豐田公司無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)Prius混合動(dòng)力電動(dòng)汽車本田公司無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車鈴木

10、公司無(wú)刷電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)松下電器產(chǎn)業(yè)公司2003700$高效率MINAS型工業(yè)用無(wú)刷電動(dòng)機(jī)東方電機(jī)公司無(wú)刷電機(jī)、減速機(jī)一體化、小型化三菱電機(jī)公司適用于一種節(jié)能型空調(diào)密封型壓縮機(jī)的高效直流無(wú)劇電機(jī)，比采用一般無(wú)刷電機(jī)效率高10%tt國(guó)西門(mén)子公司AD系列產(chǎn)品6相變頻電源供電的1095庸、230r/min的稀土永磁電動(dòng)機(jī)，用于現(xiàn)船推進(jìn)KOVO電技術(shù)公司功率達(dá)1.5kW,轉(zhuǎn)速50000r/min的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，250*以下的無(wú)刷電機(jī)采用無(wú)傳感器控制Alcatel公司500-5000r/nin范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的無(wú)刷電機(jī)美國(guó)FUNK產(chǎn)品主要應(yīng)用于工廠自動(dòng)化領(lǐng)域USA產(chǎn)品主要應(yīng)用于工廠自動(dòng)化領(lǐng)域PAPST

11、產(chǎn)品主要應(yīng)用于儀器設(shè)備領(lǐng)域KOLLNNORG產(chǎn)品主要應(yīng)用于國(guó)防和航天領(lǐng)域API公司22BC無(wú)傳感器小型無(wú)劇直流電動(dòng)機(jī)，無(wú)槽，三相繞組，最高轉(zhuǎn)速40000r/'ninMaxon公司旣系列無(wú)刷電機(jī)，應(yīng)用于機(jī)器人產(chǎn)品EAD公司無(wú)刷直流電機(jī)符合NEMA23,轉(zhuǎn)速達(dá)10000r/min,線囲額定電壓12V160VComprehensive公司CFI4050無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器，適用于高速或大力矩驅(qū)動(dòng)，高品質(zhì)六步相電流，控制器額定功率為20kW,體積3X6X9英寸'法國(guó)納耶(NeiHlle)國(guó)S/M系列無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，工業(yè)上電機(jī)轉(zhuǎn)速可高際商貿(mào)技術(shù)公司達(dá)80000r/nin,最低速1r/d,

12、無(wú)刷直流電機(jī)100M無(wú)刷宜流電動(dòng)機(jī)，在線圈端側(cè)裝入逆變器,重量只有28kg韓國(guó)SungKyunKwan大利用PLL(鎖相環(huán)路)算法，研制成先進(jìn)的無(wú)梢無(wú)學(xué)信息工程學(xué)院與刷宜流(BLDC)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(注】)電子技術(shù)所智能機(jī)械研究中心注I：無(wú)槽PMBLDC電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：定子電殂R1-0.8BQ；額定電壓UN-90340V(DC)：額定輸入功率PwlkW：輸出功率P*=O%W：n33000r/min；當(dāng)電壓為280V(DC)M，額定電流IN=3.6A,極數(shù)2p=2我國(guó)首先大批量生產(chǎn)和應(yīng)用的是風(fēng)機(jī)類無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系列產(chǎn)品，這類產(chǎn)品具有體積小、效率高、長(zhǎng)壽命、無(wú)嗓音、無(wú)干擾、易調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問(wèn)世就獲得穴量應(yīng)用，