無(wú)刷直流電機(jī)在按摩椅行業(yè)的應(yīng)用

1、無(wú)刷直流電機(jī)在按摩椅行業(yè)的應(yīng)用     張生明    (浙江豪中豪健康產(chǎn)品有限公司，浙江平陽(yáng)325400)    摘要：無(wú)刷直流電機(jī)是集特種電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)元件、微處理器、控制軟件和硬件于一體的新一代機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，既保持了有刷直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能的特點(diǎn)，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、損耗低、效率高、無(wú)滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果。按摩椅作為一種模擬人手的揉捏敲打動(dòng)作對(duì)人體進(jìn)行按摩的智能化產(chǎn)品，其在模糊控制和直接驅(qū)動(dòng)方

2、面具有很高的要求。將無(wú)刷直流電機(jī)技術(shù)應(yīng)用到按摩椅行業(yè)，將會(huì)大大降低按摩椅的運(yùn)行噪音，提升按摩椅的使用舒適性，增加按摩椅的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)按摩椅的使用壽命，并顯著降低按摩椅的運(yùn)行能耗。這種應(yīng)用，必將從最基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)層面上整體推動(dòng)按摩椅行業(yè)的發(fā)展。    關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；按摩椅；應(yīng)用   0引言    無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是近年來(lái)隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和高開(kāi)關(guān)頻率、低功耗新型電力電子器件的應(yīng)用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能積的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型直流電動(dòng)機(jī)。    “無(wú)刷直流

3、電動(dòng)機(jī)”一詞最初特指具有電子換向的直流電動(dòng)機(jī)，“無(wú)刷”即指由電子換向取代傳統(tǒng)的機(jī)械換向，“直流”即指具有與有刷直流電動(dòng)機(jī)相同的工作特性?？偨Y(jié)現(xiàn)有參閱文獻(xiàn)可知，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是指轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，定子繞組為多相交流繞組，并配以適當(dāng)?shù)奈恢脵z測(cè)器，可根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)按一定的次序向定子繞組進(jìn)行電子饋電的自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。因此，它又被稱(chēng)為自控式同步電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是在同步電動(dòng)機(jī)的定子上裝有臺(tái)轉(zhuǎn)子位置傳感器，由它發(fā)出信號(hào)控制變壓變頻裝置的逆變器換流，從而改變同步電機(jī)的供電頻率，調(diào)速時(shí)由外部控制逆變器的直流輸入電壓或電流，它用電力電子裝置取代了機(jī)械換相器，岡此又稱(chēng)為無(wú)換向器電機(jī)。 

4、60;  無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既保持了有刷直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能又具有無(wú)滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)汽車(chē)、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。    按摩椅作為一種模擬人手的揉捏敲打動(dòng)作對(duì)人體進(jìn)行按摩的智能化產(chǎn)品，其在模糊控制和直接驅(qū)動(dòng)方面無(wú)疑具有很高的要求。而采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)按摩椅機(jī)械裝置的技術(shù)，對(duì)于滿(mǎn)足按摩椅的這些要求，無(wú)疑是十分有效的途徑。近十幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件，如GTR、MOsFET和IGBT等的相繼出現(xiàn)，以及高性能

5、永磁材料如鐵氧體、銣鐵硼等相繼問(wèn)世，為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。按摩椅采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)寬調(diào)速，調(diào)整范圍可達(dá)01000，m/min，使按摩椅的模糊控制方案更為易于實(shí)現(xiàn)，并且由于省去了齒輪減速及皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率明顯高于原有系統(tǒng)的效率，同時(shí)也將降低了按摩椅工作時(shí)的噪聲，這些都無(wú)疑將太大提高按摩椅的產(chǎn)品性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。1無(wú)刷直流電機(jī)在降低按摩椅噪音方面的作用    由于按摩椅在工作的時(shí)候，人的頭部緊貼按摩機(jī)械手，噪音問(wèn)題將會(huì)嚴(yán)重影響人的舒適程度。由我公司負(fù)責(zé)起草的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)家用和類(lèi)似用途電器噪音限值電

6、動(dòng)按摩器的特殊要求規(guī)定按摩椅的整機(jī)噪音限值為55dB(A)，而目前采用的傳統(tǒng)直流電機(jī)的正常負(fù)載運(yùn)行噪音為：38dB(A)左右。所以，降低電機(jī)噪音成為了進(jìn)一步降低整機(jī)按摩椅噪音的重要技術(shù)方向。    因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，所以其在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)一直占有主導(dǎo)地位?；谶@個(gè)道理，按摩椅的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也一直采用直流電機(jī)。但是根據(jù)法拉第定律，當(dāng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其在磁場(chǎng)中的受力將會(huì)反向，所以直流電機(jī)需要有一個(gè)電流轉(zhuǎn)向功能，才能保證電機(jī)平穩(wěn)的持續(xù)運(yùn)行。在傳統(tǒng)的直流電機(jī)中，這個(gè)功能由電刷完成。這種機(jī)械換向方式，在電刷與換向器之間存在機(jī)械摩擦，在這個(gè)過(guò)程中不可避免的

7、產(chǎn)生噪音與火花。直流電機(jī)的噪音主要是電刷與換向器之間的摩擦噪音。而且從理論上，這個(gè)噪音將永遠(yuǎn)無(wú)法消失。目前采用高潤(rùn)滑導(dǎo)電材料做成的電刷與換向器，其噪音仍然在35dB(A)以上。    為了取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的電刷換向器結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸裝置，人們對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索。早在1915年，美國(guó)人蘭格米爾(Langm_11)發(fā)明丁，帶控制柵極的水銀整流器，制成了由直流變交流的逆變裝置。1917年，Boliget提出了用整流管代替有刷贏流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本思想。本世紀(jì)三十年代有人開(kāi)始研制以電子換向取代電刷機(jī)械換向的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，但當(dāng)時(shí)由于受到元器

8、件的限制而沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。1955年美國(guó)的D哈利森(arrison)等人首次申請(qǐng)了用晶體管換向線路代替有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械電刷的專(zhuān)利，標(biāo)志著現(xiàn)代無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的誕生。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)1876年美國(guó)人霍爾發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)再次發(fā)生興趣，經(jīng)過(guò)多年努力，終于在1962年試制成功了借助霍爾元件換流的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，從而開(kāi)創(chuàng)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的新紀(jì)元。l978年德國(guó)NESMANN公司在漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上推出MAc方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，標(biāo)志著方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。    無(wú)刷直流電機(jī)因?yàn)椴恍枰ㄟ^(guò)電刷和換向器進(jìn)行電流換向，所以從根本上消除了兩者的摩

9、擦噪音。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電機(jī)的噪音水平只有傳統(tǒng)直流電機(jī)的百分之十左右。采用無(wú)刷直流電機(jī)，大大降低了按摩椅的噪音水平。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用了無(wú)刷直流電機(jī)之后，按摩椅的噪音水平只有原來(lái)的百分之四十五左右，大大降低了按摩椅的運(yùn)行噪音，顯著提升了按摩椅的使用舒適性。2無(wú)刷直流電機(jī)在提升按摩椅智能化方面的作用    無(wú)刷直流電機(jī)和一般有刷直流電機(jī)具有基本相同的調(diào)速特性，即只要簡(jiǎn)單地改變電機(jī)的輸入電壓或勵(lì)磁電流的大小就可以在廣闊的范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。而無(wú)刷直流電機(jī)一般為永磁同步電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁是恒定的，故無(wú)刷直流電機(jī)只能通過(guò)改變電機(jī)的輸入電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這種控制方式，大大簡(jiǎn)化

10、了電機(jī)的控制方式，使得控制更加靈活簡(jiǎn)便。    無(wú)刷直流電機(jī)通過(guò)電子方式改變電流方向獲得持續(xù)的轉(zhuǎn)矩。這個(gè)過(guò)程中，其轉(zhuǎn)子位置信號(hào)除了通過(guò)位置傳感器來(lái)獲得之外，還可以通過(guò)檢測(cè)定子繞組三相端電壓來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。這種技術(shù)的采用，不但使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性，降低了電機(jī)的制造成本，還避免了位置傳感器在高溫、冷凍和有腐蝕性物質(zhì)等不便于使用的場(chǎng)合，擴(kuò)大了無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用范圍。而且，通過(guò)這種方式，還可以將電機(jī)的控制系統(tǒng)與按摩系統(tǒng)一起，集成到主板上，增大了機(jī)電一體化的程度，大大增強(qiáng)了電機(jī)的可控性能，從而大大提升了按摩椅的靈活性。   

11、隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，將傳統(tǒng)的電機(jī)與電子技術(shù)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)出全新性能的新一代產(chǎn)品。機(jī)電一體化就是最終實(shí)現(xiàn)智能化功能單元的必由之路。所謂智能化的電動(dòng)機(jī)就是將電動(dòng)機(jī)、編碼器(傳感器)、功率放大器、電源、可編程控制器和網(wǎng)絡(luò)管理器等智能化模塊組合在一起，形成一個(gè)整體，這樣的組合會(huì)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)一系列的優(yōu)點(diǎn)，如可靠性高、成本降低、體積減小、系統(tǒng)性能提高等。通過(guò)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)本體的結(jié)構(gòu)電氣參數(shù)及工作性能的研究，及建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，有效的提升按摩椅的智能化水平。    智能控制是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段，一般包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專(zhuān)家系統(tǒng)。智能控制技術(shù)的應(yīng)用

12、，大大改進(jìn)和優(yōu)化了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。傳統(tǒng)控制，譬如PlD控制或線性二次方程控制，需要精確地描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，這對(duì)于帶有未知?jiǎng)恿ψ兓南到y(tǒng)可能是一個(gè)主要限制因素。即使能夠得到控制系統(tǒng)的模型，但飽和、擾動(dòng)、參數(shù)變化這些未知條件也是不可能用精確的模型建立的。負(fù)載的變化和外部擾動(dòng)將直接影啊伺服系統(tǒng)的性能，而且電機(jī)的端部效應(yīng)、齒槽效應(yīng)和永磁體磁鏈諧波等將產(chǎn)生推力紋波，系統(tǒng)參數(shù)(轉(zhuǎn)予質(zhì)量、粘滯摩擦系數(shù)等)的變化、摩擦阻力的非線性變化以及狀態(tài)的觀測(cè)噪聲等都會(huì)降低系統(tǒng)的伺服性能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)具有目學(xué)習(xí)的功能，在處理控制系統(tǒng)的非線性、不確定性等問(wèn)題上有很好的應(yīng)用前景。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)永

13、磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行控制，不要求預(yù)知精確的系統(tǒng)參數(shù)，利用一些先進(jìn)的控制算法可以實(shí)現(xiàn)很好的控制效果。小波變換以特有的尺度伸縮功能，使其具有很強(qiáng)的奇異、突變信號(hào)的鑒別能力，能有效地檢測(cè)到非平穩(wěn)信號(hào)的瞬時(shí)、奇異成分，并能顯示時(shí)域的產(chǎn)生和持續(xù)時(shí)間，使其在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷等非平穩(wěn)、時(shí)變信號(hào)的分析領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)采用具有很強(qiáng)自學(xué)習(xí)能力的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)電流、電壓的雙閉環(huán)控制。通過(guò)在線學(xué)習(xí)能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，對(duì)擾動(dòng)和參數(shù)變化進(jìn)行有效的抑制補(bǔ)償，同時(shí)采用小波變換實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷和保護(hù)，從而可以有效地提高控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度和可靠性。3無(wú)刷直流電機(jī)在提升按摩椅穩(wěn)

14、定性方面的作用    按照供電方式的不同，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)又可以分為兩類(lèi)：    (1)方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波，又稱(chēng)為矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī)：    (2)正弦波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其反電勢(shì)波形和供電電流波形均為正弦波。    但無(wú)論哪種無(wú)刷直流電機(jī)，其都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是沒(méi)有電刷。因?yàn)闆](méi)有電刷，所以在運(yùn)行過(guò)程中就不會(huì)出現(xiàn)因電刷和換向器之間的相互摩擦噪音，也不會(huì)出現(xiàn)火花。因而，按摩椅采用無(wú)刷直流電機(jī)之后，每圈出現(xiàn)一次的運(yùn)動(dòng)火花將會(huì)徹底消失，其運(yùn)行過(guò)程

15、中的發(fā)熱將大大降低，周期性的電機(jī)扭矩變化也會(huì)消失，從而大大提升了按摩椅的穩(wěn)定性能。4結(jié)論    無(wú)刷直流電機(jī)是集特種電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)元件、微處理器、控制軟件和硬件于一體的新一代機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果。這種電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、損耗低、效率高、無(wú)滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、噪音低和使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)。在按摩椅行業(yè)中，隨著智能化程度的提高，對(duì)電動(dòng)機(jī)也相應(yīng)提出了低噪聲、高性能、長(zhǎng)壽命、高可靠、小型化、高效節(jié)能的要求。這些電動(dòng)機(jī)結(jié)合新的控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和新的電子設(shè)備，大大降低了按摩椅的運(yùn)行噪音，提升了按摩

16、椅的使用舒適性，增加了按摩椅的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了按摩椅的使用壽命，并降低了按摩椅的運(yùn)行能耗。從而，無(wú)刷直流電機(jī)從最基礎(chǔ)的層面上，促進(jìn)了按摩椅行業(yè)的發(fā)展。直流無(wú)刷電機(jī) 百科名片直流無(wú)刷電機(jī)原理無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 無(wú)刷電機(jī)是指無(wú)電刷和換向器(或集電環(huán))的電機(jī)，又稱(chēng)無(wú)換向器電機(jī)。早在上世紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動(dòng)機(jī)有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。本世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無(wú)刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無(wú)刷電機(jī)稱(chēng)為電子

17、換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無(wú)刷電機(jī)的缺陷。 目錄隱藏?zé)o刷直流電機(jī)意義 1. 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 2. 無(wú)刷電機(jī)有什么特點(diǎn)？ 3. 有刷電機(jī)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？直流無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)越性 直流無(wú)刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu) 直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理 控制簡(jiǎn)介無(wú)刷直流電機(jī)意義 1. 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 2. 無(wú)刷電機(jī)有什么特點(diǎn)？ 3. 有刷電機(jī)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？直流無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)越性 直流無(wú)刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu) 直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理 控制簡(jiǎn)介 編輯本段無(wú)刷直流電機(jī)意義實(shí)用性新型無(wú)刷電機(jī)是與電子技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、自控技術(shù)以及材料科學(xué)等發(fā)展緊密聯(lián)系的。它不僅限于交直流領(lǐng)域，還涉及電動(dòng)、發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳感等領(lǐng)域。在電機(jī)領(lǐng)域中

18、新型無(wú)刷電機(jī)的品種是較多的，但性能優(yōu)良的無(wú)刷電機(jī)因受到價(jià)格的限制，其應(yīng)用還不十分廣泛。下面分別就主要的新型無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行探索與研究。 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與一般直流電動(dòng)機(jī)具有相同的工作原理和應(yīng)用特性，而其組成是不一樣的。除了電機(jī)本身外，前者還多一個(gè)換向電路，電機(jī)本身和換向電路緊密結(jié)合在一起。許多小功率電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身是與換向電路合成一體，從外觀上看直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換部分，它除了電機(jī)電樞、永磁勵(lì)磁兩部分外，還帶有傳感器。電機(jī)本身是直流無(wú)刷電機(jī)的核心，它不僅關(guān)系到性能指標(biāo)、噪聲振動(dòng)、可靠性和使用壽命等，還涉及制造費(fèi)用及產(chǎn)品成本。由于采

19、用永磁磁場(chǎng)，使直流無(wú)刷電機(jī)擺脫一般直流電機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足各種應(yīng)用市場(chǎng)的要求，并向著省銅節(jié)材、制造簡(jiǎn)便的方向發(fā)展。永磁磁場(chǎng)的發(fā)展與永磁材料的應(yīng)用密切相關(guān)，第三代永磁材料的應(yīng)用，促使直流無(wú)刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能方向邁進(jìn)。 為了實(shí)現(xiàn)電子換向必須有位置信號(hào)來(lái)控制電路。早期用機(jī)電位置傳感器獲得位置信號(hào)，現(xiàn)已逐步用電子式位置傳感器或其它方法得到位置信號(hào)，最簡(jiǎn)便的方法是利用電樞繞組的電勢(shì)信號(hào)作為位置信號(hào)。 要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制必須有速度信號(hào)。用獲得位置信號(hào)相近方法取得速度信號(hào)，最簡(jiǎn)單的速度傳感器是測(cè)頻式測(cè)速發(fā)電機(jī)與電子線路相結(jié)合。 直流無(wú)刷電機(jī)的換向電路由驅(qū)動(dòng)及控制兩部分組成，這兩部分是不容易

20、分開(kāi)的，尤其小功率用電路往往將兩者集成化成為單一專(zhuān)用集成電路。 在功率較大的電機(jī)中，驅(qū)動(dòng)電路和控制電路可各自成為一體。驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，并受控于控制電路。目前，驅(qū)動(dòng)電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，相應(yīng)電路組成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。模塊化集成電路有功率雙極晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管和隔離柵場(chǎng)效應(yīng)雙極晶體管等組成形式。雖然，隔離柵場(chǎng)效應(yīng)雙極晶體管價(jià)格較貴，但從可靠安全和性能角度看，選用它還是較合適的。 控制電路用作控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、電流(或轉(zhuǎn)矩)以及保護(hù)電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等。上述參數(shù)容易轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)，用此來(lái)控制較簡(jiǎn)單，但從發(fā)展來(lái)看，電機(jī)的參數(shù)應(yīng)

21、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)數(shù)字式控制電路來(lái)控制電機(jī)。當(dāng)前，控制電路有專(zhuān)用集成電路、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等三種組成方式。在對(duì)電機(jī)控制要求不高的場(chǎng)合，專(zhuān)用集成電路組成控制電路是簡(jiǎn)單實(shí)用的方式。采用數(shù)字信號(hào)處理器組成控制電路是今后發(fā)展方向，有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理器將在下面交流同步伺服電動(dòng)機(jī)中介紹。 目前，在微小功率范疇直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是發(fā)展較快的新型電機(jī)。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域需要各自獨(dú)特的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，所以直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型較多。大體上有計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器以及VCD、DVD、CD主軸驅(qū)動(dòng)用扁平式無(wú)鐵心電機(jī)結(jié)構(gòu)，小型通風(fēng)機(jī)用外轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)，家電用多極磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)及內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)，電動(dòng)自行車(chē)用多極、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。上述直流無(wú)刷

22、電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身和電路均成一體，使用十分方便，它的產(chǎn)量也非常大。為了滿(mǎn)足大批量、低成本的市場(chǎng)需要，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)必須要形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因此，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是一種高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)。同時(shí)，我們應(yīng)該考慮到市場(chǎng)也在不斷地發(fā)展，如家用空調(diào)用電機(jī)正由3A轉(zhuǎn)向3D，需要大量的中小功率的直流無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，研究和開(kāi)發(fā)中小功率的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)也成當(dāng)務(wù)之急。 無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM）是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流；無(wú)刷直流電機(jī)又可以分為無(wú)刷速率電機(jī)和無(wú)刷力矩電機(jī)。一般地，無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。有時(shí)候把前一種叫直流無(wú)刷

23、電機(jī)，后一種叫交流伺服電機(jī)，確切地講是交流伺服電動(dòng)機(jī)的一種。 無(wú)刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通常采用“細(xì)長(zhǎng)”的結(jié)構(gòu)。無(wú)刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減少4050左右。由于永磁材料的加工問(wèn)題，致使無(wú)刷直流電機(jī)一般的容量都在100kW以下。 這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問(wèn)題，所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。 電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器

24、件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)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(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。 由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。 中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體，現(xiàn)在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(wú)刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。 近三十年來(lái)針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異

25、步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)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(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。 無(wú)刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性,同時(shí)也是頻率變化的裝置,所以又名直流變頻,國(guó)際通用名詞為BLDC.無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,低速轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好,所以值得業(yè)界關(guān)注.本產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)超過(guò)55kW,可設(shè)計(jì)到400kW,可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動(dòng)的需求。 無(wú)刷電機(jī)有什么特點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)： a) 電子換向來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械換向，性能可靠、永無(wú)磨損、故障率低，壽命比有刷電機(jī)提高了約6倍，代表了電動(dòng)車(chē)的發(fā)展方向； b) 屬靜態(tài)電機(jī)，空載電流?。?c) 效率高；

26、d) 體積小。 缺點(diǎn)： a) 低速起動(dòng)時(shí)有輕微振動(dòng)，如速度加大換相頻率增大，就感覺(jué)不到振動(dòng)現(xiàn)象了； b) 價(jià)格高，控制器要求高； c) 易形成共振，因?yàn)槿魏我患|西都有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，如果無(wú)刷電機(jī)的振動(dòng)頻率與車(chē)架或塑料件的振動(dòng)頻率相同或接近時(shí)就容易形成共振現(xiàn)象，但可以通過(guò)調(diào)整將共振現(xiàn)象減小到最小程度。所以采用無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)有時(shí)會(huì)發(fā)出一種嗡嗡的聲音是一種正常的現(xiàn)象。 d) 腳踏騎行時(shí)較費(fèi)力，最好是電力驅(qū)動(dòng)與腳踏助力相結(jié)合。 有刷電機(jī)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)： a) 變速平穩(wěn)，幾乎感覺(jué)不到振動(dòng)； b) 溫升低，可靠性好； c) 價(jià)格低，所以被較多廠家選用。 缺點(diǎn)： a) 碳刷易磨損，更換較為麻煩

27、，壽命短； b) 運(yùn)行電流大，電機(jī)磁鋼易退磁，降低了電機(jī)與電池的作用壽命。 編輯本段直流無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)越性直流電機(jī)具有響應(yīng)快速、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制。交流電機(jī)沒(méi)有碳刷及整流子，免維護(hù)、堅(jiān)固、應(yīng)用廣，但特性上若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到。現(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。微處理

28、機(jī)速度亦越來(lái)越快，可實(shí)現(xiàn)將交流電機(jī)控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直交坐標(biāo)系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分量，達(dá)到類(lèi)似直流電機(jī)控制并有與直流電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅堋?此外已有很多微處理機(jī)將控制電機(jī)必需的功能做在芯片中，而且體積越來(lái)越??；像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter，adc)、脈沖寬度調(diào)制(pulse wide modulator，pwm)等。直流無(wú)刷電機(jī)即是以電子方式控制交流電機(jī)換相，得到類(lèi)似直流電機(jī)特性又沒(méi)有直流電機(jī)機(jī)構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。 編輯本段直流無(wú)刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)直流無(wú)刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說(shuō)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(p)影

29、響： n=120f / p。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無(wú)刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動(dòng)器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。也就是說(shuō)直流無(wú)刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。 直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部及控制部如圖 (1) ：電源部提供三相電源給電機(jī)，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。 電源部可以直接以直流電輸入(一般為24v)或以交流電輸入(110v/220 v)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或

30、交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器(inverter)一般由6個(gè)功率晶體管(q1q6)分為上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開(kāi)關(guān)?？刂撇縿t提供pwm(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開(kāi)關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hall-sensor)，做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來(lái)做為速度控制并不能拿來(lái)做為定位控制。 編輯本段直流無(wú)刷

31、電機(jī)的控制原理要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開(kāi)啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，如 下（圖二） inverter中之a(chǎn)h、bh、ch(這些稱(chēng)為上臂功率晶體管)及al、bl、cl(這些稱(chēng)為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開(kāi)啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開(kāi)下臂

32、功率晶體管)；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相反。 基本上功率晶體管的開(kāi)法可舉例如下： ah、bl一組ah、cl一組bh、cl一組bh、al一組ch、al一組ch、bl一組 但絕不能開(kāi)成ah、al或bh、bl或ch、cl。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開(kāi)的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開(kāi)啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。 圖二 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(command)與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)(或由軟件運(yùn)算)再來(lái)決定由下一組(ah、bl或ah、cl或bh、cl或)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開(kāi)長(zhǎng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由pwm來(lái)完成。pwm是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的pwm才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的clock 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間，另外