直流無刷電機(jī)

直流無刷電機(jī)針對傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)的弊端，早在20世紀(jì)30年代就開始研制以電子換向代替電刷機(jī)械換向的永磁直流電機(jī)。70年代以來,隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，許多高性能半導(dǎo)體功率器件相繼出現(xiàn)和高性能永磁材料的問世，均為永磁直流無刷電機(jī)（以下簡稱“直流無刷電機(jī)”）的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。直流無刷電機(jī)有交流異步電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和直流有刷電機(jī)等不具備的優(yōu)點(diǎn)，一般適合用永磁直流有刷電機(jī)的場合，基本上都可以用直流無刷電機(jī)所替代。直流無刷電機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn):(1)具有很好的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，可以替代直流有刷電機(jī)調(diào)速、變頻電機(jī)調(diào)速、異步電機(jī)加減速器調(diào)速。(2)可以低速大功率運(yùn)行，省去減速器，直接驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載。(3)具有傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又取消了電刷、集電環(huán)結(jié)構(gòu)。(4)轉(zhuǎn)矩性能優(yōu)良,中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小。(5)無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)。(6)體積小、質(zhì)量輕、出力大。(7)軟啟軟停、制動(dòng)特性好，可省去原有的機(jī)械制動(dòng)或電磁制動(dòng)裝置。(8)電機(jī)本身沒有勵(lì)磁損耗和電刷損耗，效率高，綜合節(jié)電效果好。(9)可靠性高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)、維修與保養(yǎng)簡單。(10)耐顛簸震動(dòng)、噪聲低、震動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑壽命長。(11)不產(chǎn)生火花，特別適合公共場所，抗干擾，安全性能好。直流無刷電機(jī)與永磁直流有刷電機(jī)的區(qū)別下表列出了永磁直流有刷電機(jī)和直流無刷電機(jī)的基本性能比較。項(xiàng)目永磁直流有刷電機(jī)直流無刷電機(jī)功率密度低高峰值效率85%～89%95%～97%負(fù)載效率80%～87%85%～97%轉(zhuǎn)速范圍1000～10000500～10000可靠性一般優(yōu)秀運(yùn)行壽命短長電機(jī)外形尺寸大小控制器成本低高?從表中可以看出：直流無刷電機(jī)在功率密度、峰值效率、轉(zhuǎn)速范圍、可靠性、運(yùn)行壽命、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性方面都比直流有刷電機(jī)強(qiáng)，僅控制器成本上高于永磁直流有刷電機(jī)，直流無刷電機(jī)在性能和其他方面比永磁直流有刷電機(jī)具有更大的優(yōu)勢。隨著電子控制技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，控制器的成本會(huì)更低，體積會(huì)更小，功率密度會(huì)更大，相信直流無刷電機(jī)在更多的場合會(huì)取代永磁直流有刷電機(jī)。直流無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流無刷電機(jī)的品種非常多，結(jié)構(gòu)各不相同，歸根結(jié)底由轉(zhuǎn)子、定子及電機(jī)控制部分組成了無刷電機(jī)系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)子由永磁體等組成，定子由線圈繞組和鐵心組成，電機(jī)控制部分由換相和檢相元件以及無刷電機(jī)控制器組成。轉(zhuǎn)子分為外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上有多極塊形磁鋼或環(huán)形磁鋼，定子極上有繞組，在定子上特定位置處安放位置檢測元件和控制器相互配合，控制電機(jī)的正常換相，現(xiàn)在大多數(shù)用的是霍爾元件，也有其他方法控制換相。不考慮電子換向部分的話，直流無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)是非常簡單的，完全可以和交流同步電機(jī)相比。下圖是直流無刷電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。直流無刷電機(jī)的應(yīng)用直流無刷電機(jī)廣泛應(yīng)用于國防軍事、航天、辦公機(jī)械、計(jì)算機(jī)、音響、通風(fēng)行業(yè)、家用空調(diào)、自動(dòng)控制、儀器儀表、汽車等領(lǐng)域，在計(jì)算機(jī)中光盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤等大量使用了精密、形式不一的直流無刷電機(jī)。目前電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、微型電動(dòng)汽車的電機(jī),大多數(shù)采用了直流無刷電機(jī)。電動(dòng)自行車用直流無刷電機(jī)，全國每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)千萬臺(tái)，也有年產(chǎn)達(dá)數(shù)百萬臺(tái)的電動(dòng)自行車電機(jī)廠家。現(xiàn)在觀光車、游覽車、叉車、電動(dòng)汽車中也逐步應(yīng)用直流無刷電機(jī)，電動(dòng)車用直流無刷電機(jī)是使用廣泛、產(chǎn)量很高的一類無刷電機(jī)。直流無刷電機(jī)越來越受到重視，它不但能代替一般的永磁直流有刷電機(jī)使用,而且在數(shù)控機(jī)床、加工中心、智能機(jī)器人等要求高精度的應(yīng)用場合得到廣泛使用。直流無刷電機(jī)在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以獲得較高的效率，更適合家電變頻調(diào)速的需要。在空調(diào)、冰箱洗衣機(jī)等產(chǎn)品中，逐步由常規(guī)的單相異步電機(jī)轉(zhuǎn)向無刷電機(jī)變頻調(diào)速。因此直流無刷電機(jī)具有廣闊的發(fā)展前景。隨著控制器的小型化、模塊化,