永磁无刷直流电机简介

《永磁无刷直流电机简介》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1绪论1.1无刷直流电动机是最具发展前途的机电一体化电机无刷直流电动机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化电机，它是现代电子技术（包括电力电子、微电子技术）、控制理论和电机技术相结合的产物。众所周知，直流电动机具有优越的调速性能，主要表现在控制性能好、调速范围宽、起动转矩大、低速性能好、运行平稳、效率高，应用场合从工业到民用极其广泛。在普通的直流电动机中，直流电的电能是通过电刷和换向器进入电枢绕组，与定子磁场相互作用产生转矩的。由于存在电接触部件——电刷和换向器，结果产生了一系列致命的缺陷：⑴机械换向产生的换向火花引起换向器和电刷磨损、电磁干扰、噪声大，寿命短；⑵结构

2、复杂，可靠性差，故障多，需要经常维护；⑶由于换向器存在，限制了转子转动惯量的进一步下降，影响了动态特性。在许多应用场合下，它是系统不可靠的重要来源。虽然直流电动机是电机发展历史上最先出现的，但它的应用范围因此受到限制，使后来者且运行可靠的交流电机得到发展，取而代之广泛应用。交流电机的历史超过百年。但是，无刷直流电动机历史只有几十年。1955年美国D.harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，这是无刷直流电动机的雏形。在1962年，T.G.Wilson和P.H.Trickey提出“固态换相直流电机”专利，这标志着现代无刷电动机的真正诞生。从20世纪60年代

3、初开始，无刷直流电动机进入到应用阶段。因其较高的可靠性，无刷直流电动机最先在宇航技术中得到应用。1964年，它被美国国家航空航天局（NASA）使用，用于卫星姿态控制、太阳电池板的跟踪控制、卫星上泵的驱动等。在1978年当时的联邦德国Mannesmann公司的Indramat分部的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器在汉诺威贸易展览会正式推出，是电子换向的无刷直流电动机真正进入实用阶段的标志。国际上对无刷直流电动机进入深入的研究，从研制方波无刷电机基础上发展到正弦无刷电机——新一代的永磁同步电动机（PMSM）。随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关

4、器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。50年来，它逐步推广到其他军事装备、工业、民用控制系统以及家庭电器领域中，现在已成为最具发展前途的电机产品。无刷直流电动机由电动机和电子驱动器两部分组成。电动机部分的结构和经典的交流永磁同步电动机相似，其定子上有多相绕组，转子上镶有永久磁场。但由于运行原理的需要，还需要有转子位置传感器。转子位置传感器的作用是检测出转子磁场轴线的和定子相绕组轴线的相对位置，决定每一时刻相绕组的通电状态，即决定电子驱动器的功率开关器件的通/断状态，接通/断开电动机相应的相绕组。因此，无刷直流电动机本质上是由电子逆变器驱动的有位置传感器反馈控制的交流同步电动机

5、。从另一角度看，无刷直流电动机可看成是一个定转子倒置的直流电动机。普通直流电动机的电枢绕组在转子上，永磁体则在定子上。有刷直流电动机的所谓换向，实际上是其相绕组的换向过程，它是借助于电刷和换向器来完成的。而无刷直流电动机的相绕组的换相过程则是借助于位置传感器和电子逆变器的功率开关来完成的。无刷直流电动机以电子换相代替了普通直流电动机的机械换向，从而提高了可靠性。无刷直流电动机具有有刷直流电动机相似的线性机械特性和线性转矩—电流特性，因而被称为无刷直流电动机（BrushlessDCMotor）或电子换相电动机（ElectronicallyCommutatedMotor）。作为机电

6、一体化电机产品，无刷直流电动机与配套的控制器是一个有机的整体，两者应当同步设计，才能确保最佳的性能和最佳的成本。因此作为用户，最佳采购方式是电机供应商和控制器供应商是来自同一家公司。从制造商角度看，同时精通电机和电力电子控制两种技术的公司取得成功的机会要高得多。1.2无刷直流电动机的技术优势与普通有刷直流电动机和感应电动机比较，无刷直流电动机的关键技术特征是：⑴经电子控制换相获得类似直流电动机的运行特性，有较好的可控性、宽调速范围。⑵需要转子位置反馈信息和电子多相逆变驱动器。⑶本质上是交流电动机，由于没有电刷和换向器的火花、磨损问题，可工作于高速，可得到较高的可靠性，工作寿命长

7、，无需经常维护。⑷采用永磁产生气隙磁场，功率因数高，转子的损耗和发热低，有较高的效率；有资料对比，7.5kw异步电动机效率为86.4%，同容量的无刷直流电动机效率可达92.4%。⑸必须有电子控制部分，所以总成本比有刷直流电动机高。尽管成本较高，但永磁无刷直流电动机性能有明显的优势，表1-1给出永磁无刷直流电动机与永磁有刷直流电动机和交流感应电动机的比较。近年，随着永磁材料和电力半导体器件成本的降低，无刷直流电动机市场已不断扩展，在许多电机应用领域的竞争中，永磁无刷直流电动机已经并正在不断地取