永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1、引用 永永磁無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀狀 HYPERLINK 無(wú)刷電機(jī)機(jī)繞組繞繞線機(jī)20088-111-299 199:555:177| 分類： 默認(rèn)認(rèn)分類 | 標(biāo)簽： |字字號(hào)大中中小 訂訂閱引用Daviid 的的 永磁磁無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)系系統(tǒng)發(fā)展展現(xiàn)狀莫會(huì)成（西安微微電機(jī)研研究所, 西安安 71100777）來(lái)源：永永磁電機(jī)機(jī)會(huì)議論論文集，編輯：閆晶芬芬摘要：永永磁無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)是是以電機(jī)機(jī)為控制制對(duì)象，以控制制器為核核心，以以電力電電子功率率變換裝裝置為執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)的電氣氣傳動(dòng)控控制系統(tǒng)統(tǒng)。隨著著電機(jī)技技術(shù)、控控制理論論、數(shù)字字脈寬調(diào)調(diào)制技術(shù)術(shù)、新材材料技術(shù)術(shù)、微電電子技術(shù)術(shù)及現(xiàn)代代控

2、制技技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步，伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)歷了了從步進(jìn)進(jìn)伺服到到直流伺伺服，進(jìn)進(jìn)而到永永磁無(wú)刷刷電機(jī)伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展展歷程，目前已已成為電電機(jī)控制制技術(shù)的的主流方方向。1 系系統(tǒng)組成成永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)是根據(jù)據(jù)位置、速度和和轉(zhuǎn)矩等等反饋信信息構(gòu)成成的控制制系統(tǒng)，由永磁磁無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)、傳感（傳感器器）和驅(qū)驅(qū)動(dòng)器三三部分組組成（見(jiàn)見(jiàn)圖1）。系系統(tǒng)有開(kāi)開(kāi)環(huán)運(yùn)行行、轉(zhuǎn)矩矩控制、速度控控制和位位置控制制4種基本本運(yùn)行方方式，見(jiàn)見(jiàn)圖2圖5。其中中圖4和圖5是用于于高精度度的控制制系統(tǒng)，如數(shù)控控機(jī)床的的進(jìn)給驅(qū)驅(qū)動(dòng)等。圖1 永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖圖2 開(kāi)環(huán)運(yùn)運(yùn)行方框框圖圖3 轉(zhuǎn)矩控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖圖

3、圖4 速度控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖永磁無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)是通過(guò)過(guò)電子電電路換相相或電流流控制的的永磁電電動(dòng)機(jī)。永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)有正正弦波驅(qū)驅(qū)動(dòng)和方方波驅(qū)動(dòng)動(dòng)兩種型型式：驅(qū)驅(qū)動(dòng)電流流為矩形形波的通通常稱為為永磁無(wú)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)電流為為正弦波波的通常常稱為永永磁交流流伺服電電動(dòng)機(jī)，按傳感感類型可可分為有有傳感器器電動(dòng)機(jī)機(jī)和無(wú)傳傳感器電電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)器指指接受控控制指令令、可實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)矩、速度和和轉(zhuǎn)子位位置控制制的電氣氣裝置。驅(qū)動(dòng)器按按其控制制電路和和軟件的的實(shí)現(xiàn)方方式可分分為模擬擬量控制制、數(shù)字字模擬混混合控制制和全數(shù)數(shù)字控制制三種；按驅(qū)動(dòng)動(dòng)方式可可分為方方波驅(qū)動(dòng)動(dòng)和正弦弦波驅(qū)動(dòng)動(dòng)

4、。圖5 位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖傳感部分分的作用用是檢測(cè)測(cè)永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)的位位置、速速度和電電流。常常用的傳傳感器有有接近開(kāi)開(kāi)關(guān)、光光電編碼碼器、旋旋轉(zhuǎn)變壓壓器、霍霍爾元件件和電流流傳感器器等。2 結(jié)結(jié)構(gòu)、設(shè)設(shè)計(jì)和工工藝2.1 電機(jī)結(jié)結(jié)構(gòu)永磁無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)是將將永磁直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)的定定、轉(zhuǎn)子子位置進(jìn)進(jìn)行互換換，通常常稱為“內(nèi)翻外外”，轉(zhuǎn)子子為永磁磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣氣隙磁通通，定子子為電樞樞，有多多相對(duì)稱稱繞組，直流電電動(dòng)機(jī)的的電刷和和機(jī)械換換向器被被逆變器器和轉(zhuǎn)子子位置傳傳感器所所代替。所以無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)實(shí)際際上是一一種永磁磁同步電電機(jī)，如如圖6所示。圖6 永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)

5、結(jié)構(gòu)構(gòu)圖7 外轉(zhuǎn)子子永磁無(wú)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)另外，永永磁無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)可可以做成成外轉(zhuǎn)子子型和盤(pán)盤(pán)式轉(zhuǎn)子子型。其其結(jié)構(gòu)見(jiàn)見(jiàn)圖7和圖8。外轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型電電機(jī)的永永磁磁極極轉(zhuǎn)子位位于定子子的外側(cè)側(cè)，轉(zhuǎn)矩矩脈動(dòng)小小，容易易做成扁扁平型，慣量較較大。盤(pán)盤(pán)式轉(zhuǎn)子子型電機(jī)機(jī)的氣隙隙平面與與軸垂直直，盤(pán)式式轉(zhuǎn)子與與永磁磁磁極相向向配置，電機(jī)成成扁平形形，可做做成有槽槽結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖88，也可可以做成成無(wú)槽、無(wú)鐵心心結(jié)構(gòu)。這種電電動(dòng)機(jī)常常用于FFDD和和CD的直直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)等。圖8 盤(pán)式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)多采用用釤鈷（SmCCo）和和釹鐵硼硼（NddFeBB）等稀稀土永磁磁。常見(jiàn)見(jiàn)的轉(zhuǎn)子子結(jié)

6、構(gòu)有有表面式式磁極，嵌入式式磁極和和環(huán)形磁磁極3種，如如圖9所示。圖9aa結(jié)構(gòu)是是在鐵心心表面粘粘貼徑向向充磁的的瓦片形形永磁體體，有時(shí)時(shí)也采用用矩形小小條拼裝裝成瓦片片形磁極極，以降降低制造造成本。圖9bb結(jié)構(gòu)是是在鐵心心中嵌入入矩形永永磁體。其優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是一個(gè)個(gè)極距下下的磁通通由相鄰鄰兩個(gè)磁磁極并聯(lián)聯(lián)提供，可以獲獲得較大大的磁通通。但結(jié)結(jié)構(gòu)需要要作隔磁磁處理或或者采用用不銹鋼鋼軸。對(duì)對(duì)于高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行行的電機(jī)機(jī)，圖99a和圖圖9b的結(jié)結(jié)構(gòu)需在在轉(zhuǎn)子外外表面套套一個(gè)00.3 mm0.88 mmm的磁性性緊圈，防止離離心力將將磁鋼甩甩出。緊緊圈材料料通常采采用不導(dǎo)導(dǎo)磁的不不銹鋼，也可以以用環(huán)氧氧無(wú)緯

7、玻玻璃絲帶帶縛扎。圖9cc結(jié)構(gòu)是是在鐵心心外套上上一個(gè)整整體稀土土永磁環(huán)環(huán)。該環(huán)環(huán)形磁體體徑向充充磁為多多極，適適用于小小功率的的電機(jī)。這種結(jié)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子制造造工藝性性較好。2.2 設(shè)計(jì)計(jì)工藝技技術(shù)發(fā)展展動(dòng)向1）設(shè)計(jì)計(jì)手段不不斷完善善隨著計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)的發(fā)展展以及電電磁場(chǎng)數(shù)數(shù)值計(jì)算算、優(yōu)化化設(shè)計(jì)和和仿真技技術(shù)的不不斷完善善，形成成了以電電磁場(chǎng)數(shù)數(shù)值計(jì)算算、等效效磁路解解析求解解、場(chǎng)路路結(jié)合求求解等一一整套分分析研究究方法和和計(jì)算機(jī)機(jī)輔助分分析的設(shè)設(shè)計(jì)軟件件。如AAnsooft公公司、MMagnneFoorcee公司、Jmaag公司司均推出出各種類類型的電電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)軟件，以方便便快捷地地完成從從

8、電機(jī)的的電磁設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算、損耗耗計(jì)算、優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)、噪噪聲抑制制、特性性分析等等。針對(duì)對(duì)無(wú)刷電電機(jī)特點(diǎn)點(diǎn)，提供供多種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子類型型、多種種繞組型型式及主主電路的的連接方方式，以以便組合合。20006年年三季度度，加拿拿大以電電磁計(jì)算算分析著著名的IInfoolytticaa公司，推出了了專門(mén)針針對(duì)永磁磁無(wú)刷電電機(jī)的MMotoorsoolvee設(shè)計(jì)軟軟件。圖9 無(wú)刷直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)形形式這些軟件件除了對(duì)對(duì)電機(jī)進(jìn)進(jìn)行電磁磁設(shè)計(jì)，還可對(duì)對(duì)電機(jī)在在槽形、繞組、材料等等設(shè)計(jì)變變量改變變情況下下多方案案比較分分析、電電磁場(chǎng)精精確計(jì)算算和電機(jī)機(jī)多目標(biāo)標(biāo)優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)，并并包括控控制電路路、控制制算法在在內(nèi)的

9、整整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)流程，既可以以提供任任意時(shí)刻刻電機(jī)內(nèi)內(nèi)電磁場(chǎng)場(chǎng)分布數(shù)數(shù)據(jù)，又又能對(duì)電電機(jī)工作作時(shí)所關(guān)關(guān)心的各各類運(yùn)行行曲線，如轉(zhuǎn)矩矩、轉(zhuǎn)速速、電流流、功率率、效率率等提供供結(jié)果，同時(shí)還還能提供供齒槽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)動(dòng)、轉(zhuǎn)速速波動(dòng)等等詳細(xì)指指標(biāo)參數(shù)數(shù)，并可可完成電電機(jī)的各各類正常常工況和和故障工工況的仿仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，包括括起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)、突加突突減負(fù)載載、突然然短路等等等。2）分?jǐn)?shù)數(shù)槽技術(shù)術(shù)應(yīng)用日日益增多多分?jǐn)?shù)槽繞繞組技術(shù)術(shù)在永磁磁無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)中中的應(yīng)用用已逐漸漸增多。如在電電動(dòng)自行行車電機(jī)機(jī)中采用用三相、40極、36槽；Colllmoorgeen公司司Golldliine系系列交流流伺服電電機(jī)采用用4

10、極、188槽，6極、244槽等；松下伺伺服電機(jī)機(jī)采用66極、9槽，8極、122槽等每每極每相相槽數(shù)qq=1/2的分分?jǐn)?shù)槽繞繞組結(jié)構(gòu)構(gòu)。對(duì)于多極極的無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)采用分分?jǐn)?shù)槽繞繞組，可可以較少少的定子子槽數(shù)達(dá)達(dá)到多槽槽能達(dá)到到的效果果。采用用分?jǐn)?shù)槽槽繞組有有以下優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：a)電機(jī)機(jī)電樞槽槽數(shù)大為為減少，有利于于槽利用用率的提提高；b)較少少數(shù)目的的元件數(shù)數(shù)，可簡(jiǎn)簡(jiǎn)化嵌線線工藝和和接線，有助于于降低成成本；c)有可可能得到到線圈節(jié)節(jié)距y=1的設(shè)設(shè)計(jì)（集集中繞組組），便便于采用用自動(dòng)繞繞線機(jī)繞繞制，提提高工效效；同時(shí)時(shí)各個(gè)線線圈端部部沒(méi)有重重疊，不不必設(shè)相相間絕緣緣；d)線圈圈周長(zhǎng)和和繞組端端部縮短短

11、，電動(dòng)動(dòng)機(jī)繞組組電阻減減小，銅銅損隨之之也減低低，提高高了電動(dòng)動(dòng)機(jī)的性性能。采采用分?jǐn)?shù)數(shù)槽繞組組的磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)諧波波遠(yuǎn)大于于整數(shù)槽槽繞組，如圖110所示示。圖10 整數(shù)數(shù)槽繞組組與分?jǐn)?shù)數(shù)槽繞組組（q=1/2）時(shí)時(shí)的反電電動(dòng)勢(shì)比比較3）無(wú)槽槽、無(wú)鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)電機(jī)無(wú)鐵心無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)的出出現(xiàn)是采采用新材材料、新新工藝的的結(jié)果。電樞采采用耐熱熱性能優(yōu)優(yōu)越的材材料制成成剛性整整體，可可以在高高溫及高高速情況況下長(zhǎng)期期穩(wěn)定運(yùn)運(yùn)行；由由于電樞樞無(wú)鐵心心，電感感小，完完全消除除了鐵心心中的磁磁滯損耗耗和渦流流損耗，消除了了由齒槽槽效應(yīng)帶帶來(lái)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)動(dòng)，具有有優(yōu)異的的控制性性能；運(yùn)運(yùn)行效率率高、溫溫升低、轉(zhuǎn)速

12、范范圍廣；電機(jī)的的電樞中中無(wú)齒槽槽且采用用全塑封封結(jié)構(gòu)，負(fù)載動(dòng)動(dòng)行時(shí)，噪聲及及振動(dòng)都都很低。無(wú)鐵心無(wú)無(wú)刷電機(jī)機(jī)可采用用軸向磁磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)和徑向向磁場(chǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)。軸軸向磁場(chǎng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的的電機(jī)電電樞繞組組徑向按按一定規(guī)規(guī)律分布布，在專專用模具具中固化化成形，電樞兩兩側(cè)均為為盤(pán)狀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁磁體為軸軸向磁化化，兩側(cè)側(cè)轉(zhuǎn)子可可同時(shí)布布置永磁磁體磁極極及轉(zhuǎn)子子軛，成成雙勵(lì)磁磁轉(zhuǎn)子結(jié)結(jié)構(gòu)，也也可一側(cè)側(cè)布置永永磁體磁磁極而另另一側(cè)布布置轉(zhuǎn)子子磁軛，成單勵(lì)勵(lì)磁轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)。徑向磁磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)電機(jī)的的電樞繞繞組軸向向按一定定規(guī)律分分布成筒筒狀，其其電樞內(nèi)內(nèi)、外圓圓處均為為筒狀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子體，轉(zhuǎn)子磁磁極為徑徑向磁化化，內(nèi)、外圓可

13、可同時(shí)布布置永磁磁體磁極極及轉(zhuǎn)子子軛，成成雙勵(lì)磁磁轉(zhuǎn)子結(jié)結(jié)構(gòu)，也也可在其其中一個(gè)個(gè)圓周上上布置永永磁體磁磁極，而而另一圓圓周上只只布置轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁軛軛，成單單勵(lì)磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)。徑向向磁場(chǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)和軸軸向磁場(chǎng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)均均可根據(jù)據(jù)要求制制造成內(nèi)內(nèi)轉(zhuǎn)子和和外轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)。圖111為徑向向磁場(chǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)的無(wú)無(wú)鐵心無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)典型型結(jié)構(gòu)。圖11 無(wú)鐵鐵心無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖圖12 分割割型定子子沖片和和鐵心典型盤(pán)式式無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)定定子、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子均為為圓盤(pán)形形，采用用軸向氣氣隙磁場(chǎng)場(chǎng)，可做做成有鐵鐵心和無(wú)無(wú)鐵心兩兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)，定子子繞組呈呈徑向分分布。無(wú)槽結(jié)構(gòu)構(gòu)無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)消消除了齒齒槽效應(yīng)應(yīng)，具有有轉(zhuǎn)矩波波動(dòng)小、運(yùn)行

14、平平穩(wěn)、噪噪聲低、電樞電電感小、定位干干擾力矩矩小等一一系列優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，成成為很有有發(fā)展前前景的無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)。小直徑的的電動(dòng)機(jī)機(jī)，無(wú)槽槽結(jié)構(gòu)能能獲得比比有槽結(jié)結(jié)構(gòu)更大大的轉(zhuǎn)矩矩指標(biāo)；在特殊殊條件下下，例如如要求電電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)矩和和功率相相對(duì)不大大，對(duì)電電動(dòng)機(jī)的的體積限限制不嚴(yán)嚴(yán)，而對(duì)對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)的控制制要求很很高的情情況下，采取無(wú)無(wú)槽結(jié)構(gòu)構(gòu)會(huì)獲得得好的效效果。國(guó)內(nèi)無(wú)槽槽無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)已已有系列列產(chǎn)品，功率范范圍至330 kkW，最最高轉(zhuǎn)速速可達(dá)220 0000 r/mmin。4）工藝藝不斷革革新在電機(jī)制制造方面面，通過(guò)過(guò)對(duì)傳統(tǒng)統(tǒng)工藝的的不斷革革新，出出現(xiàn)了分分割型定定子鐵心心結(jié)構(gòu)和和連續(xù)繞繞線工藝藝

15、方法。采用多多極集中中繞組，減少繞繞組端部部長(zhǎng)度，以適應(yīng)應(yīng)生產(chǎn)自自動(dòng)化，使產(chǎn)品品向低成成本、低低價(jià)格方方向發(fā)展展。同時(shí)時(shí)出現(xiàn)了了適應(yīng)不不同性能能參數(shù)永永磁材料料的瓦型型、環(huán)型型表面粘粘接結(jié)構(gòu)構(gòu)和各種種不同設(shè)設(shè)計(jì)嵌入入式磁體體結(jié)構(gòu)等等新的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁路路結(jié)構(gòu)。對(duì)于節(jié)距距y=11分?jǐn)?shù)槽槽設(shè)計(jì)，用專用用繞線機(jī)機(jī)直接繞繞制定子子線圈，對(duì)于外外轉(zhuǎn)子結(jié)結(jié)構(gòu)的電電機(jī)比較較方便，但對(duì)于于內(nèi)轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)的的電機(jī)，特別是是定子內(nèi)內(nèi)徑小的的小功率率電機(jī)，就要困困難得多多了。為為此，分分割型定定子鐵心心結(jié)構(gòu)的的構(gòu)思提提出來(lái)了了。圖112所示示為一種種新型定定子鐵心心結(jié)構(gòu)，把定子子鐵心每每齒分割割開(kāi)來(lái)，可以在在鐵心展展開(kāi)的狀

16、狀態(tài)下繞繞制線圈圈，以便便隨時(shí)調(diào)調(diào)整線圈圈，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)規(guī)則繞繞制。繞繞圈繞制制完成后后，再把把全部磁磁極對(duì)接接成圓，形成一一個(gè)完整整的定子子。這時(shí)時(shí)，電樞樞槽的利利用率可可達(dá)855%以上上。日本松下下生產(chǎn)的的永磁交交流伺服服電動(dòng)機(jī)機(jī)最早采采用上述述新工藝藝，生產(chǎn)產(chǎn)效率大大大提高高，產(chǎn)品品體積大大為減小小，性能能也有質(zhì)質(zhì)的提升升。以4400 W為例例，定子子外徑從從最早的的1255 mmm減小到到56 mm，效率由由最早的的70%提高到到85%，溫升升為800K。3 傳感感與傳感感器技術(shù)術(shù)3.1 轉(zhuǎn)子磁磁場(chǎng)位置置傳感器器在無(wú)刷直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)中，常用的的位置傳傳感器有有以下幾幾種。1）電磁磁式位置置傳

17、感器器電磁式位位置傳感感器是利利用電磁磁效應(yīng)來(lái)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位置置，有開(kāi)開(kāi)口變壓壓器、接接近開(kāi)關(guān)關(guān)電路等等；使用用較多的的是開(kāi)口口變壓器器。電磁式位位置傳感感器具有有輸出信信號(hào)強(qiáng)、工作可可靠、壽壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性性強(qiáng)、對(duì)對(duì)環(huán)境要要求不高高等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，多用用于航空空航天領(lǐng)領(lǐng)域，但但體積較較大，信信噪比較較低，同同時(shí)，其其輸出波波形為交交流，需需整流、濾波方方可使用用，因而而限制了了它在普普通條件件下的應(yīng)應(yīng)用。2）磁敏敏式位置置傳感器器常見(jiàn)的磁磁敏式位位置傳感感器由霍霍爾元件件或霍爾爾集成電電路構(gòu)成成。霍爾爾元件位位置傳感感器由于于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、性性能可靠靠、成本本低，是是目前應(yīng)應(yīng)用最多多的一種種位置傳傳感

18、器?；魻栐a(chǎn)生生的電動(dòng)動(dòng)勢(shì)很低低，往往往需要外外接放大大器，很很不方便便，隨著著半導(dǎo)體體技術(shù)的的發(fā)展，將霍爾爾元件與與附加電電路封裝裝成三端端模塊，構(gòu)成霍霍爾集成成電路?；魻柤呻娐仿酚虚_(kāi)關(guān)關(guān)型和線線性型兩兩種，通通常用開(kāi)開(kāi)關(guān)型作作為位置置傳感器器。3）光電電式位置置傳感器器光電式位位置傳感感器由安安裝在電電機(jī)轉(zhuǎn)子子上的遮遮光盤(pán)和和固定不不動(dòng)的光光電開(kāi)關(guān)關(guān)組成。其原理理如圖113所示示。遮光光盤(pán)上開(kāi)開(kāi)有1550電角度度的扇形形開(kāi)口，扇形開(kāi)開(kāi)口的數(shù)數(shù)目等于于無(wú)刷直直流電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子磁磁極的極極對(duì)數(shù)。4極電機(jī)機(jī)所用遮遮光盤(pán)如如圖133。光電電開(kāi)關(guān)通通常采用用將發(fā)光光二極管管和光敏敏三極管管封裝

19、在在一起的的光斷續(xù)續(xù)器。圖13 光電電傳感器器對(duì)于兩相相導(dǎo)通星星形三相相六狀態(tài)態(tài)無(wú)刷直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)，33個(gè)光電電開(kāi)關(guān)在在空間依依次相差差1200電角度度，光電電開(kāi)關(guān)與與電樞繞繞組的相相對(duì)位置置以及遮遮光盤(pán)與與轉(zhuǎn)子磁磁極的相相對(duì)位置置類似于于霍爾位位置傳感感器。4）對(duì)于于高精度度無(wú)刷伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)，用于于速度和和位置反反饋的傳傳感器有有：（1）光光學(xué)絕對(duì)對(duì)式編碼碼器絕對(duì)式編編碼器的的精度由由光電碼碼盤(pán)的機(jī)機(jī)械位置置決定，不受停停電等干干擾影響響；由機(jī)機(jī)械位置置決定的的每個(gè)位位置是唯唯一的，無(wú)需記記憶，無(wú)無(wú)需找參參考點(diǎn)，而且不不用一直直計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)的的可靠性性大大提提高了。（2）光光學(xué)增量量式編碼碼器

20、增量編碼碼器的特特點(diǎn)是每每產(chǎn)生一一個(gè)輸出出脈沖信信號(hào)就對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)個(gè)增量位位移角，不能直直接檢測(cè)測(cè)出軸的的絕對(duì)角角度。常常選用的的分辨率率為每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)25000個(gè)脈脈沖。（3）無(wú)無(wú)刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器+R/D變換換器無(wú)刷旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器是一種種精密角角度、位位置、速速度檢測(cè)測(cè)元件，適用于于高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、高振動(dòng)動(dòng)等旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)編碼器器無(wú)法正正常工作作的場(chǎng)合合。無(wú)刷刷旋轉(zhuǎn)變變壓器是是一種輸輸出電壓壓隨轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)角變變化的信信號(hào)元件件。無(wú)刷刷旋轉(zhuǎn)變變壓器的的精度主主要由函函數(shù)誤差差和零位位誤差衡衡量。其其精度高高于自整整角機(jī)。（4）感感應(yīng)同步步器感應(yīng)同步步器是利利用兩個(gè)個(gè)平面形形繞組的的互感隨隨位置不不同而變

21、變化的原原理制做做的；可可用來(lái)測(cè)測(cè)量直線線和轉(zhuǎn)角角位移；測(cè)量直直線位移移的稱長(zhǎng)長(zhǎng)感應(yīng)同同步器，測(cè)量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角位移移的稱圓圓感應(yīng)同同步器。感應(yīng)同同步器的的優(yōu)點(diǎn)是是分辨率率高、抗抗干擾能能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)長(zhǎng)，維護(hù)護(hù)簡(jiǎn)便。（5）無(wú)無(wú)刷測(cè)速速發(fā)電機(jī)機(jī)。用于精度度要求不不高的無(wú)無(wú)刷伺服服系統(tǒng)的的速度和和位置傳傳感器有有：（1）磁磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器；（2）磁磁電式脈脈沖測(cè)速速發(fā)電機(jī)機(jī)；（3）磁磁性編碼碼器；此外，在在經(jīng)濟(jì)型型系統(tǒng)中中，還有有利用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)場(chǎng)位置信信號(hào)經(jīng)倍倍頻處理理或利用用在電機(jī)機(jī)槽中放放置線圈圈的簡(jiǎn)易易型測(cè)速速發(fā)電機(jī)機(jī)作速度度和位置置檢測(cè)的的方式。3.2 無(wú)位位置傳感感器檢測(cè)測(cè)技術(shù)1）利用用反電動(dòng)

22、動(dòng)勢(shì)檢測(cè)測(cè)轉(zhuǎn)子位位置按照無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)工工作原理理，必須須要有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁極極位置信信號(hào)來(lái)決決定電子子開(kāi)關(guān)的的換相。目前，大多數(shù)數(shù)采用安安裝位置置傳感器器（例如如霍爾元元件）方方法來(lái)得得到這些些信號(hào)。它有必必須占用用電機(jī)一一些空間間，安裝裝位置要要準(zhǔn)，需需較多引引出線，影響可可靠性，在某些些場(chǎng)合，如壓縮縮機(jī)內(nèi)的的高溫高高壓環(huán)境境，不允允許安放放霍爾元元件。為為此，880年代代以來(lái)，微機(jī)控控制技術(shù)術(shù)的快速速進(jìn)展，出現(xiàn)了了各種稱稱為無(wú)位位置傳感感器控制制技術(shù)方方法，是是當(dāng)代無(wú)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)控制研研究熱點(diǎn)點(diǎn)之一。它從電電子電路路以軟件件方法獲獲得轉(zhuǎn)子子磁極位位置信號(hào)號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)電子換換相。在在諸多

23、方方法中，以反電電勢(shì)法較較成功。它檢測(cè)測(cè)不激勵(lì)勵(lì)相繞組組的反電電勢(shì)過(guò)零零點(diǎn)，經(jīng)經(jīng)過(guò)運(yùn)算算后，決決定換相相時(shí)刻。這也是是硬件軟軟件化的的一個(gè)成成功例子子。反電動(dòng)勢(shì)勢(shì)法的缺缺陷是當(dāng)當(dāng)電機(jī)在在靜止或或低速運(yùn)運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)動(dòng)勢(shì)為00或太小小，因而而無(wú)法利利用，一一般采用用專門(mén)的的起動(dòng)電電路，使使電機(jī)以以他控變變頻方式式起動(dòng)，當(dāng)電機(jī)機(jī)具有一一定的初初速度和和電動(dòng)勢(shì)勢(shì)后，再再切換到到自控變變頻狀態(tài)態(tài)。這個(gè)個(gè)過(guò)程稱稱為三段段式起動(dòng)動(dòng)，包括括轉(zhuǎn)子定定位、加加速和運(yùn)運(yùn)行狀態(tài)態(tài)切換三三個(gè)階段段。2）續(xù)流流二極管管檢測(cè)法法通過(guò)對(duì)逆逆變器開(kāi)開(kāi)關(guān)管施施加特殊殊時(shí)序的的斬波控控制信號(hào)號(hào)，使電電機(jī)繞組組的續(xù)流流電流沿沿著特

24、定定的回路路流通，當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)相繞組組的反電電動(dòng)勢(shì)過(guò)過(guò)零時(shí)，與斷開(kāi)開(kāi)相開(kāi)關(guān)關(guān)管并聯(lián)聯(lián)的續(xù)流流二極管管中將流流過(guò)續(xù)流流電流，通過(guò)對(duì)對(duì)該續(xù)流流二極管管導(dǎo)通與與否的檢檢測(cè)就可可以確定定出繞組組反電動(dòng)動(dòng)勢(shì)的過(guò)過(guò)零點(diǎn)，從而得得到電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)子子位置信信號(hào)。這種檢測(cè)測(cè)方法實(shí)實(shí)際檢測(cè)測(cè)的也是是繞組的的反電動(dòng)動(dòng)勢(shì)，但但是檢測(cè)測(cè)的靈敏敏度相對(duì)對(duì)較高，在電機(jī)機(jī)額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的22%以上上有效，起動(dòng)容容易、調(diào)調(diào)速比大大，缺點(diǎn)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)電路稍稍復(fù)雜一一些。3）瞬時(shí)時(shí)電壓方方程法利用電機(jī)機(jī)各相瞬瞬時(shí)電壓壓和電流流方程，實(shí)時(shí)計(jì)計(jì)算電機(jī)機(jī)由靜止止到正常常運(yùn)轉(zhuǎn)任任一時(shí)刻刻轉(zhuǎn)子的的位置，控制電電機(jī)的運(yùn)運(yùn)行。該該方法不不需專門(mén)門(mén)的起動(dòng)動(dòng)線

25、路，電路簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、起起動(dòng)轉(zhuǎn)矩矩大，但但對(duì)電機(jī)機(jī)本體的的數(shù)學(xué)模模型依賴賴性大，當(dāng)電機(jī)機(jī)參數(shù)因因溫度變變化發(fā)生生漂移時(shí)時(shí)，容易易造成建建模誤差差，使控控制精確確性受到到影響；另外，由于在在線計(jì)算算復(fù)雜，計(jì)算量量很大，考慮到到轉(zhuǎn)子位位置檢測(cè)測(cè)的實(shí)時(shí)時(shí)性，必必須采用用具有快快速運(yùn)算算能力的的DSPP和高速速A/DD轉(zhuǎn)換器器。4）脈沖沖注入法法轉(zhuǎn)子位置置的不同同使電機(jī)機(jī)磁場(chǎng)的的分布也也不同。該方法法采用脈脈沖注入入檢測(cè)無(wú)無(wú)刷電機(jī)機(jī)靜止?fàn)顮顟B(tài)下的的轉(zhuǎn)子位位置，通通過(guò)依次次向定子子繞組注注入一系系列脈沖沖，根據(jù)據(jù)測(cè)量得得到的電電流峰值值判斷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位置置。該方方法對(duì)電電機(jī)參數(shù)數(shù)的依賴賴性低。4 控制制技術(shù)發(fā)發(fā)展

26、動(dòng)向向4.1 DSSP的應(yīng)應(yīng)用促進(jìn)進(jìn)了無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)技技術(shù)發(fā)展展1）DSSP的特特點(diǎn)隨著技術(shù)術(shù)進(jìn)步和和用戶對(duì)對(duì)電機(jī)控控制器的的運(yùn)算速速度、數(shù)數(shù)據(jù)處理理能力、控制精精度和實(shí)實(shí)時(shí)性提提出了更更高的要要求，過(guò)過(guò)去單純純的靠開(kāi)開(kāi)、停時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短短或單片片機(jī)來(lái)控控制電機(jī)機(jī)運(yùn)行的的方式已已不能滿滿足實(shí)際際需要；特別是是對(duì)于采采用矢量量變換控控制的系系統(tǒng)，由由于需要要處理的的數(shù)據(jù)量量大，對(duì)對(duì)系統(tǒng)的的實(shí)時(shí)性性和精度度要求較較高，單單片機(jī)往往往不能能滿足要要求。與單片機(jī)機(jī)相比，DSPP器件集集成度較較高，CCPU速速度較快快，存儲(chǔ)儲(chǔ)器容量量更大，更適用用于電動(dòng)動(dòng)機(jī)的變變速驅(qū)動(dòng)動(dòng)控制，同時(shí)可可以提高高系統(tǒng)的的性

27、能，降低成成本和功功耗，簡(jiǎn)簡(jiǎn)化外圍圍電路的的設(shè)計(jì)工工作。因因此，為為了達(dá)到到電機(jī)控控制不斷斷增加的的計(jì)算量量和速度度要求，更好地地發(fā)揮電電機(jī)的運(yùn)運(yùn)行性能能，具有有強(qiáng)大數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理功功能的DDSP芯芯片應(yīng)運(yùn)運(yùn)而生。DSPP技術(shù)的的應(yīng)用使使現(xiàn)代控控制理論論中先進(jìn)進(jìn)而復(fù)雜雜的算法法得以實(shí)實(shí)現(xiàn)。DDSP芯芯片的飛飛速發(fā)展展促進(jìn)了了無(wú)刷電電機(jī)控制制技術(shù)的的發(fā)展與與創(chuàng)新。DSP把把現(xiàn)實(shí)生生活中的的各種模模擬信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)換成成數(shù)字信信號(hào)，再再用數(shù)學(xué)學(xué)計(jì)算方方法來(lái)處處理這些些數(shù)字信信號(hào)并得得到相應(yīng)應(yīng)結(jié)果。數(shù)字信信號(hào)處理理的主要要任務(wù)是是完成大大量的實(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算算。例如如在DSSP中常常用的FFIR濾濾波和FFF

28、T快快速算法法。DSP芯芯片是一一種特別別適用于于數(shù)字信信號(hào)處理理的微處處理器。它強(qiáng)調(diào)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)運(yùn)算處理理的實(shí)時(shí)時(shí)性，除除具備普普通微處處理器強(qiáng)強(qiáng)調(diào)的快快速計(jì)算算和控制制功能，在芯片片結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流流程和指指令系統(tǒng)統(tǒng)方面有有較大改改進(jìn)。例例如：采采用哈佛佛結(jié)構(gòu)及及改進(jìn)的的哈佛結(jié)結(jié)構(gòu)，比比傳統(tǒng)的的馮諾依曼曼結(jié)構(gòu)具具有更高高的指令令執(zhí)行速速度，更更適于處處理具有有高度實(shí)實(shí)時(shí)要求求的數(shù)字字信號(hào)。廣泛采采用流水水線技術(shù)術(shù)，加快快指令執(zhí)執(zhí)行速度度，增強(qiáng)強(qiáng)了處理理器處理理數(shù)據(jù)的的能力。采用多多總線結(jié)結(jié)構(gòu)，解解決了傳傳統(tǒng)芯片片的總線線沖突問(wèn)問(wèn)題，大大大提高高了系統(tǒng)統(tǒng)的速度度和效率率。可以以在一個(gè)個(gè)周期內(nèi)

29、內(nèi)同時(shí)訪訪問(wèn)數(shù)據(jù)據(jù)和程序序存儲(chǔ)空空間，解解決了傳傳統(tǒng)芯片片的總線線沖突問(wèn)問(wèn)題，大大大提高高了系統(tǒng)統(tǒng)的速度度和效率率?？焖偎俚闹袛鄶嗵幚砟苣芰陀灿布蘒/O接口口支持。2）DSSP在無(wú)無(wú)刷電機(jī)機(jī)控制中中的應(yīng)用用（1）DDSP技技術(shù)在無(wú)無(wú)刷電機(jī)機(jī)控制中中的發(fā)展展20世紀(jì)紀(jì)80年代代，數(shù)字字信號(hào)處處理技術(shù)術(shù)開(kāi)始應(yīng)應(yīng)用于電電機(jī)控制制領(lǐng)域，其主要要用來(lái)直直接控制制感應(yīng)電電機(jī)的磁磁通量和和轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到到對(duì)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)進(jìn)行快速速、高性性能的控控制。典典型的產(chǎn)產(chǎn)品代表表為T(mén)II公司的的TMSS320010。但由于于以前數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理器器芯片的的價(jià)格較較高，人人們對(duì)其其在電機(jī)機(jī)控制中中的應(yīng)用用也沒(méi)有有給予足足

30、夠的重重視，這這種芯片片主要用用在通訊訊、圖像像處理等等領(lǐng)域，而在電電機(jī)控制制中的應(yīng)應(yīng)用較少少，后來(lái)來(lái)由于數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理器器芯片的的性價(jià)比比不斷提提高，而而且其強(qiáng)強(qiáng)大的數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理能能力越來(lái)來(lái)越受到到用戶的的歡迎，DSPP的應(yīng)用用得到了了較快的的發(fā)展。盡管最初初把DSSP技術(shù)術(shù)應(yīng)用于于電機(jī)控控制的目目的是其其快速的的數(shù)據(jù)處處理能力力能夠?qū)?duì)電機(jī)進(jìn)進(jìn)行矢量量控制和和直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制制，使復(fù)復(fù)雜的算算法得以以實(shí)現(xiàn)，但以前前的DSSP芯片片沒(méi)有集集成數(shù)模模轉(zhuǎn)換和和脈寬調(diào)調(diào)制等外外圍電路路，芯片片只是作作為在算算法上比比MCUU占優(yōu)勢(shì)勢(shì)的通用用處理器器來(lái)使用用，大大大增加了了系統(tǒng)的的體積和和產(chǎn)品的

31、的成本，增加系系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)的復(fù)雜雜性，延延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)發(fā)周期，降低系系統(tǒng)工作作的可靠靠性。(2)典典型的DDSP芯芯片在無(wú)無(wú)刷電機(jī)機(jī)控制中中的應(yīng)用用TI系系列DSSP芯片片TI公司司于19998年年推出的的TMSS3200F2440是電電機(jī)控制制領(lǐng)域一一個(gè)劃時(shí)時(shí)代的進(jìn)進(jìn)步。芯芯片的執(zhí)執(zhí)行速度度很快，在200 MHHz的時(shí)時(shí)鐘頻率率下，指指令周期期僅為550 nns，且且多數(shù)指指令都能能在一個(gè)個(gè)指令周周期內(nèi)完完成，片片內(nèi)具有有Flaash ROMM。內(nèi)部部有166通道兩兩路轉(zhuǎn)換換精度為為10位的的AD變換換器，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)間間僅為66.6s。在電電機(jī)調(diào)速速系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成電流流閉環(huán)時(shí)時(shí)，反饋饋電流信信號(hào)可以以經(jīng)A

32、DD輸入CPPU處理理。另外外，TMMS3220F2240還還提供228個(gè)I/OO口，用用于控制制系統(tǒng)所所需的各各種開(kāi)關(guān)關(guān)量。芯芯片內(nèi)集集成的事事件管理理器（EEV）具具有控制制三個(gè)半半高橋的的能力，當(dāng)各個(gè)個(gè)橋需要要互補(bǔ)的的PWMM去控制制時(shí)，EEV可以以提供這這種功能能，極大大地方便便了電機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)。它它是專門(mén)門(mén)用于電電機(jī)控制制的模塊塊。AD系系列DSSP芯片片AD公司司推出基基于166位26MMIPSS定點(diǎn)DSSP核ADSSP21171的的ADMMC3000、3300、3311電機(jī)控控制芯片片，把數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理器器和外圍圍電路結(jié)結(jié)合在一一起，集集成了116位三三相PWWM發(fā)生

33、生器、存存儲(chǔ)器，串行通通訊口，定時(shí)器器等外圍圍器件，還具有有7路模擬擬量的輸輸入通道道，用戶戶不必在在外圍再再設(shè)置模模數(shù)轉(zhuǎn)換換器，從從而降低低成本，提高系系統(tǒng)工作作的可靠靠性。采采用ADDSP221000系列的的代碼兼兼容語(yǔ)言言，使程程序的移移植非常常方便，縮短了了產(chǎn)品的的開(kāi)發(fā)周周期，工工作量大大大減少少。AD公司司開(kāi)發(fā)的的電機(jī)控控制DSSP芯片片ADMMC4001具有有一套完完備的外外圍控制制接口和和豐富的的電機(jī)控控制外設(shè)設(shè)電路，增強(qiáng)了了DSPP的快速速運(yùn)算能能力，可可以在高高度集成成的環(huán)境境中對(duì)電電機(jī)進(jìn)行行控制。它的基基本控制制外設(shè)電電路是帶帶有8路模擬擬量輸入入的模/數(shù)轉(zhuǎn)換換系統(tǒng)、光電編

34、編碼器接接口單元元和靈活活、簡(jiǎn)便便的脈沖沖寬度調(diào)調(diào)制單元元，可以以輸出66路PWMM信號(hào)，以控制制逆變器器功率開(kāi)開(kāi)關(guān)的動(dòng)動(dòng)作，借借助于快快速、高高精度的的模/數(shù)轉(zhuǎn)換換系統(tǒng)和和控制器器來(lái)監(jiān)視視和調(diào)控控電機(jī)的的運(yùn)行。ADMMC4001芯片片可廣泛泛應(yīng)用于于控制交交流電機(jī)機(jī)、直流流電機(jī)及及開(kāi)關(guān)磁磁阻電機(jī)機(jī)等。Mottoroola系系列DSSP芯片片Motoorolla公司司研制的的DSPP56FF8xxx系列集集成了MMotoorolla 116位定定點(diǎn)DSSP微控控制器內(nèi)內(nèi)核DSSP5668000。芯片片內(nèi)核最最高可工工作于880 MMHz，指令執(zhí)執(zhí)行速度度可達(dá)440MIIPS，單指令令周期可可以

35、完成成1616位的的并行乘乘、加運(yùn)運(yùn)算，支支持166位雙向向循環(huán)移移位。芯芯片內(nèi)集集成相位位檢測(cè)器器和PWWM模塊塊，提供供硬件循循環(huán)操作作，具有有JTAAG程序序調(diào)試接接口，允允許在系系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)過(guò)程中中隨時(shí)進(jìn)進(jìn)行實(shí)時(shí)時(shí)調(diào)試，非常適適用于電電機(jī)的實(shí)實(shí)時(shí)控制制。DSSP566F8xxx系列列芯片可可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)復(fù)雜的的算法并并降低產(chǎn)產(chǎn)品成本本，提高高系統(tǒng)的的可靠性性與穩(wěn)定定性，可可用于控控制交流流感應(yīng)電電機(jī)、有有刷直流流及無(wú)刷刷電機(jī)、有傳感感器及無(wú)無(wú)傳感器器電機(jī)、可變磁磁阻電機(jī)機(jī)及步進(jìn)進(jìn)電機(jī)等等。4.2 控制制理論的的發(fā)展1）基于于穩(wěn)態(tài)模模型的標(biāo)標(biāo)量控制制交流電動(dòng)動(dòng)機(jī)最初初的運(yùn)行行方式是是不受控控運(yùn)

36、行。其控制制功能僅僅限于接接通和關(guān)關(guān)斷以及及某些情情況下的的輔助起起動(dòng)、制制動(dòng)和反反轉(zhuǎn)。為為了滿足足一些調(diào)調(diào)速傳動(dòng)動(dòng)的需要要，產(chǎn)生生了一些些性能較較差的控控制：如如鼠籠異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)降壓壓調(diào)速、繞線式式異步電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子串電電阻調(diào)速速和電磁磁轉(zhuǎn)差離離合器調(diào)調(diào)速、繞繞線式異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)串極極調(diào)速、鼠籠異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)變壓壓變頻調(diào)調(diào)速（VVVVFF）、變變極調(diào)速速和同步步電機(jī)變變壓變頻頻調(diào)速。在以上上調(diào)速方方法中，除變壓壓變頻調(diào)調(diào)速外，一般為為開(kāi)環(huán)控控制，不不需變頻頻器，設(shè)設(shè)備簡(jiǎn)單單，但效效率低，性能差差。鼠籠籠異步電電動(dòng)機(jī)基基于恒壓壓頻比控控制而構(gòu)構(gòu)成的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差頻率率閉環(huán)控控制，性性能相對(duì)對(duì)較好，但

37、由于于它們都都是基于于穩(wěn)態(tài)模模型，動(dòng)動(dòng)態(tài)性能能較差，一般只只用于水水泵、風(fēng)風(fēng)機(jī)等動(dòng)動(dòng)態(tài)性能能要求較較低的節(jié)節(jié)能調(diào)速速和一般般調(diào)速場(chǎng)場(chǎng)合。2）矢量量控制19711年由德德國(guó)學(xué)者者Blaaschhke提提出的矢矢量控制制理論使使交流電電機(jī)控制制由外部部宏觀穩(wěn)穩(wěn)態(tài)控制制深入到到電機(jī)內(nèi)內(nèi)部電磁磁過(guò)程的的瞬態(tài)控控制。永永磁同步步電機(jī)的的控制性性能由此此發(fā)生了了質(zhì)的飛飛躍。矢矢量控制制最本質(zhì)質(zhì)的特征征是通過(guò)過(guò)坐標(biāo)變變換將交交流電機(jī)機(jī)內(nèi)部復(fù)復(fù)雜耦合合的非線線性變量量變換為為相對(duì)坐坐標(biāo)系為為靜止的的直流變變量（如如電流，磁鏈，電壓等等），從從中找到到約束條條件，獲獲得某一一目標(biāo)的的最佳控控制策略略。3）直接接

38、轉(zhuǎn)矩控控制19855年，Deepennbroock教教授提出出異步電電機(jī)直接接轉(zhuǎn)矩控控制方法法。該方方法在定定子坐標(biāo)標(biāo)系下分分析交流流電機(jī)的的數(shù)學(xué)模模型，在在近似圓圓形旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的的條件下下強(qiáng)調(diào)對(duì)對(duì)電機(jī)的的轉(zhuǎn)矩進(jìn)進(jìn)行直接接控制，省掉了了矢量坐坐標(biāo)變換換等復(fù)雜雜的計(jì)算算。其磁磁場(chǎng)定向向應(yīng)用的的是定子子磁鏈，只需知知道定子子電阻就就可以把把它觀測(cè)測(cè)出來(lái)，相對(duì)矢矢量控制制更不易易受電機(jī)機(jī)參數(shù)變變化的影影響。近近年來(lái)，直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制制方式被被移植到到永磁同同步電機(jī)機(jī)的控制制中，其其控制規(guī)規(guī)律和關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)正逐漸漸被人們們了解、掌握。直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制制在全數(shù)數(shù)字化、大轉(zhuǎn)矩矩、快速速響應(yīng)的的交流伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)

39、中有廣廣闊應(yīng)用用前景。4）非線線性控制制交流電機(jī)機(jī)是一個(gè)個(gè)強(qiáng)耦合合、非線線性、多多變量系系統(tǒng)：非非線性控控制通過(guò)過(guò)非線性性狀態(tài)反反饋和非非線性變變換，實(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)態(tài)解耦和和全局線線性化，將非線線性、多多變量、強(qiáng)耦合合的交流流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)分分解為兩兩個(gè)獨(dú)立立的線性性單變量量系統(tǒng)。其中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁鏈鏈子系統(tǒng)統(tǒng)由兩個(gè)個(gè)慣性環(huán)環(huán)節(jié)組成成。兩個(gè)個(gè)子系統(tǒng)統(tǒng)的調(diào)節(jié)節(jié)按線性性控制理理論分別別設(shè)計(jì)，以使系系統(tǒng)達(dá)到到預(yù)期的的性能指指標(biāo)。但是，非非線性系系統(tǒng)反饋饋線性化化的基礎(chǔ)礎(chǔ)是已知知參數(shù)的的電動(dòng)機(jī)機(jī)模型和和系統(tǒng)的的精確測(cè)測(cè)量或觀觀測(cè)，而而電機(jī)在在運(yùn)行中中，參數(shù)數(shù)受各個(gè)個(gè)因素的的影響會(huì)會(huì)發(fā)生變變化，磁磁鏈觀測(cè)測(cè)

40、的準(zhǔn)確確性也很很難論證證，這些些都會(huì)影影響系統(tǒng)統(tǒng)的魯棒棒性，甚甚至造成成系統(tǒng)性性能惡化化。目前前這種控控制方法法仍有待待進(jìn)一步步完善。5）自適適應(yīng)控制制自適應(yīng)控控制能在在系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行過(guò)程程中不斷斷提取有有關(guān)模型型的信息息，使模模型逐漸漸完善，是克服服參數(shù)變變化影響響的有力力手段。應(yīng)用于于永磁交交流電機(jī)機(jī)控制的的自適應(yīng)應(yīng)方法有有模型參參考自適適應(yīng)、參參數(shù)辨識(shí)識(shí)自校正正控制以以及新發(fā)發(fā)展的各各種非線線性自適適應(yīng)控制制。但所所有這些些方法都都存在的的問(wèn)題是是：數(shù)學(xué)模模型和運(yùn)運(yùn)算繁瑣瑣，使控控制系統(tǒng)統(tǒng)復(fù)雜化化；辨識(shí)和和校正都都需要一一個(gè)過(guò)程程，所以以對(duì)一些些參數(shù)變變化較快快的系統(tǒng)統(tǒng)，就會(huì)會(huì)因來(lái)不不及校正

41、正而難以以產(chǎn)生很很好的效效果。6）滑模模變結(jié)構(gòu)構(gòu)控制滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制是變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制的一種種控制策策略，它它與常規(guī)規(guī)控制的的根本區(qū)區(qū)別在于于控制的的不連續(xù)續(xù)性，即即一種使使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時(shí)變變化的開(kāi)開(kāi)關(guān)特性性。其主主要特點(diǎn)點(diǎn)是，根根據(jù)被調(diào)調(diào)量的偏偏差及其其導(dǎo)數(shù)，有目地地的使系系統(tǒng)沿設(shè)設(shè)計(jì)好的的“滑動(dòng)模模態(tài)”軌跡運(yùn)運(yùn)動(dòng)。這這種滑動(dòng)動(dòng)模態(tài)是是可以設(shè)設(shè)計(jì)的，且與系系統(tǒng)的參參數(shù)及擾擾動(dòng)無(wú)關(guān)關(guān)，因而而使系統(tǒng)統(tǒng)具有很很強(qiáng)的魯魯棒性。另外，滑模變變結(jié)構(gòu)控控制不需需要任何何在線辨辨識(shí)，所所以很容容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。在過(guò)過(guò)去100多年里里，將滑滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制應(yīng)用于于交流傳傳動(dòng)一直直是國(guó)內(nèi)內(nèi)外學(xué)者者的研究究熱點(diǎn)，并

42、已取取得了一一些有效效的結(jié)果果。但滑滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)控制制本質(zhì)上上的不連連續(xù)開(kāi)關(guān)關(guān)特性使使系統(tǒng)存存在“抖振”問(wèn)題。主要原原因是：對(duì)于實(shí)實(shí)際的滑滑模變結(jié)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)，其控控制力總總是受到到限制的的，從而而使系統(tǒng)統(tǒng)的加速速度有限限；系統(tǒng)的的慣性、切換開(kāi)開(kāi)關(guān)的時(shí)時(shí)間空間間滯后及及狀態(tài)檢檢測(cè)的誤誤差，特特別對(duì)于于計(jì)算機(jī)機(jī)的采樣樣系統(tǒng)，當(dāng)采樣樣時(shí)間較較長(zhǎng)時(shí)，形成“準(zhǔn)滑模?！钡?。所所以，在在實(shí)際系系統(tǒng)中“抖振”必定存存在且無(wú)無(wú)法消除除，這就就限制了了它的應(yīng)應(yīng)用。7）智能能控制（1）專專家系統(tǒng)統(tǒng)智能控控制專家控制制(Exxperrt cconttroll)是智智能控制制的一個(gè)個(gè)重要分分支。專專家控制制的實(shí)質(zhì)質(zhì)是基

43、于于控制對(duì)對(duì)象和控控制規(guī)律律各種知知識(shí)，并并以智能能方式利利用這些些知識(shí)使使控制系系統(tǒng)盡可可能優(yōu)化化。專專家控制制的基本本思想是是：自動(dòng)動(dòng)控制理理論+專家系系統(tǒng)技術(shù)術(shù)。自動(dòng)動(dòng)控制系系統(tǒng)中存存在大量量的啟發(fā)發(fā)式邏輯輯，這是是因?yàn)楣すI(yè)控制制對(duì)象及及其環(huán)境境的變化化呈現(xiàn)出出多樣性性、非線線性和不不確定性性，這些些啟發(fā)式式邏輯實(shí)實(shí)際上是是實(shí)現(xiàn)最最優(yōu)控制制目標(biāo)的的各種經(jīng)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)識(shí)，難以以用一般般的數(shù)值值形式描描述，而而適于用用符號(hào)形形式來(lái)表表達(dá)，人人工智能能中的專專家系統(tǒng)統(tǒng)技術(shù)恰恰恰為這這類經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)知識(shí)提提供了有有效的表表示和處處理方法法。知知識(shí)庫(kù)和和推理機(jī)機(jī)為專家家系統(tǒng)的的兩大要要素，知知識(shí)庫(kù)存存儲(chǔ)某

44、一一專門(mén)領(lǐng)領(lǐng)域的專專家知識(shí)識(shí)、條目目，推理理機(jī)制按按照專家家水平的的問(wèn)題求求解方法法調(diào)用知知識(shí)庫(kù)中中的知識(shí)識(shí)條目進(jìn)進(jìn)行推理理、判斷斷和決策策。專家家系統(tǒng)與與傳統(tǒng)自自動(dòng)控制制理論的的結(jié)合，形成了了專家控控制系統(tǒng)統(tǒng)，這類類系統(tǒng)以以模仿人人類智能能為基礎(chǔ)礎(chǔ)，彌補(bǔ)補(bǔ)了以數(shù)數(shù)學(xué)模型型為基礎(chǔ)礎(chǔ)的控制制系統(tǒng)的的不足。目前專家家控制的的研究大大致包括括用于傳傳統(tǒng)PIID控制制和自適適應(yīng)控制制的專家家控制和和.基于模模糊規(guī)則則的控制制方法。（2）模模糊邏輯輯智能控控制模糊邏輯輯控制實(shí)實(shí)質(zhì)上是是利用計(jì)計(jì)算機(jī)模模擬人的的模糊邏邏輯思維維功能實(shí)實(shí)現(xiàn)的一一種數(shù)字字反饋控控制。人人的思維維具有模模糊邏輯輯的特點(diǎn)點(diǎn)，因此此

45、用計(jì)算算機(jī)模擬擬人的模模糊思維維，即模模糊概念念、模糊糊判斷和和模糊推推理，就就是模糊糊控制的的思維科科學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)，再和和反饋控控制理論論相結(jié)合合就可以以實(shí)現(xiàn)模模糊控制制。傳統(tǒng)的PPID控控制系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)中中需要給給出被控控對(duì)象的的精確模模型。模模型的不不精確性性及不確確定性都都會(huì)影響響PIDD控制性性能。相相反，模模糊控制制不需要要知道被被控對(duì)象象的精確確模型，它是基基于控制制系統(tǒng)輸輸入/輸出數(shù)數(shù)據(jù)因果果關(guān)系的的模糊推推理控制制。模糊控制制不是基基于被控控對(duì)象精精確模型型的控制制方式，因此具具有較強(qiáng)強(qiáng)的魯棒棒性，其其穩(wěn)態(tài)精精度可以以通過(guò)引引進(jìn)智能能積分等等方法達(dá)達(dá)到所要要求的精精度。此此外，還還

46、可以將將模糊邏邏輯推理理和PIID控制制相結(jié)合合，對(duì)PPID控控制參數(shù)數(shù)進(jìn)行自自適應(yīng)調(diào)調(diào)整，實(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜靜態(tài)跟蹤蹤伺服控控制。（3）神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)智能控控制人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是是利用計(jì)計(jì)算機(jī)模模擬人類類大腦神神經(jīng)系統(tǒng)統(tǒng)的聯(lián)接接機(jī)制而而設(shè)計(jì)的的一種信信息處理理的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）。神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中最最基本單單元是神神經(jīng)細(xì)胞胞，簡(jiǎn)稱稱神經(jīng)元元。它是是一種多多輸入單單輸出的的信息處處理單元元，包括括輸入處處理、活活化處理理和輸出出處理三三個(gè)部分分。從控控制的觀觀點(diǎn)，神神經(jīng)元模模型由加加權(quán)加法法器、單單輸入單單輸出線線性動(dòng)態(tài)態(tài)系統(tǒng)和和靜態(tài)非非線性函函數(shù)所組組成。它它們模擬擬神經(jīng)細(xì)細(xì)胞綜合合處

47、理信信息的突突變性和和飽和性性的非線線性特征征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)是由大大量神經(jīng)經(jīng)元構(gòu)成成網(wǎng)絡(luò)，能夠根根據(jù)某種種學(xué)習(xí)規(guī)規(guī)則，通通過(guò)調(diào)整整神經(jīng)元元之間的的聯(lián)接強(qiáng)強(qiáng)度（權(quán)權(quán)重）來(lái)來(lái)不斷改改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的逼近近性能，即神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具具有非常常強(qiáng)的非非線性映映射能力力。正因因?yàn)槿绱舜耍窠?jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在在智能控控制、模模式識(shí)別別、故障障診斷、系統(tǒng)辯辯識(shí)等領(lǐng)領(lǐng)域獲得得了廣泛泛應(yīng)用。（4）除了了上述的的專家系系統(tǒng)、模模糊伺服服控制、神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)伺服服控制策策略外，還有遺遺傳算法法等控制制。5 結(jié)結(jié)語(yǔ)永磁無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)在在運(yùn)動(dòng)控控制系統(tǒng)統(tǒng)中的作作用越來(lái)來(lái)越突出出，是目目前國(guó)內(nèi)內(nèi)外最活活躍和最最具發(fā)展展前途的的控制系系統(tǒng)。文文

48、中首先先介紹了了系統(tǒng)的的組成，對(duì)電機(jī)機(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)和和工藝以以及傳感感技術(shù)和和控制技技術(shù)做了了較為詳詳細(xì)的論論述，并并提出發(fā)發(fā)展動(dòng)向向；對(duì)于于研究人人員和管管理人員員有一定定意義。參考文獻(xiàn)獻(xiàn)1王王宗鮮，韓光鮮鮮，程智智.無(wú)刷直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)的方方波與正正弦波驅(qū)驅(qū)動(dòng)JJ.微電機(jī)機(jī)，20002，35（6）：3-6.2莫莫會(huì)成.方波勵(lì)勵(lì)磁永磁磁無(wú)刷伺伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)換向向過(guò)程分分析JJ.微電機(jī)機(jī)，19994，27（3）：3-7.3莫莫會(huì)成.控制電電機(jī)發(fā)展展及建設(shè)設(shè)J.微電機(jī)機(jī)，20005，38（6）：744-777.4孫孫建忠，白風(fēng)仙仙.特種電電機(jī)及其其控制M.北京：中國(guó)水水利水電電出版社社，20005.5

49、正正田英介介（日）.電機(jī)電電器MM.北京：科學(xué)出出版社，20001.6祝祝恩國(guó)，楊公訓(xùn)訓(xùn)，許書(shū)書(shū)閣.引發(fā)工工業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)革命的的DSPP技術(shù)J.微電機(jī)機(jī)，20006,39（1）：555-577.7莫莫會(huì)成.永磁交交流伺服服電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)矩波波動(dòng)分析析J.微電機(jī)機(jī)，20007，40（3）：1-4.8孟孟明.現(xiàn)代電電氣傳動(dòng)動(dòng)技術(shù)C.企業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品國(guó)際際化戰(zhàn)略略與微電電機(jī)技術(shù)術(shù)發(fā)展論論壇，寧寧波，西西安微電電機(jī)研究究所，寧寧波，220066，12：16-19.【9】黃黃聲華.永磁交交流伺服服系統(tǒng)國(guó)國(guó)內(nèi)外發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀狀C.微電機(jī)機(jī)工業(yè)“十一五五”發(fā)展論論壇，西西安微電電機(jī)研究究所，西西安，220055，7：1320

50、。作者簡(jiǎn)介介：莫會(huì)會(huì)成（119622-），男，研研究員級(jí)級(jí)高工，教授，享受國(guó)國(guó)務(wù)院特特殊津貼貼專家，從事永永磁交流流伺服電電動(dòng)機(jī)技技術(shù)研究究及技術(shù)術(shù)管理。機(jī)研究所所, 西西安 77100077）來(lái)源：永永磁電機(jī)機(jī)會(huì)議論論文集，編輯：閆晶芬芬摘要：永永磁無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)是是以電機(jī)機(jī)為控制制對(duì)象，以控制制器為核核心，以以電力電電子功率率變換裝裝置為執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)的電氣氣傳動(dòng)控控制系統(tǒng)統(tǒng)。隨著著電機(jī)技技術(shù)、控控制理論論、數(shù)字字脈寬調(diào)調(diào)制技術(shù)術(shù)、新材材料技術(shù)術(shù)、微電電子技術(shù)術(shù)及現(xiàn)代代控制技技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步，伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)歷了了從步進(jìn)進(jìn)伺服到到直流伺伺服，進(jìn)進(jìn)而到永永磁無(wú)刷刷電機(jī)伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展展歷程，目

51、前已已成為電電機(jī)控制制技術(shù)的的主流方方向。1 系系統(tǒng)組成成永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)是根據(jù)據(jù)位置、速度和和轉(zhuǎn)矩等等反饋信信息構(gòu)成成的控制制系統(tǒng)，由永磁磁無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)、傳感（傳感器器）和驅(qū)驅(qū)動(dòng)器三三部分組組成（見(jiàn)見(jiàn)圖1）。系統(tǒng)統(tǒng)有開(kāi)環(huán)環(huán)運(yùn)行、轉(zhuǎn)矩控控制、速速度控制制和位置置控制44種基本本運(yùn)行方方式，見(jiàn)見(jiàn)圖2圖5。其中圖圖4和圖圖5是用用于高精精度的控控制系統(tǒng)統(tǒng)，如數(shù)數(shù)控機(jī)床床的進(jìn)給給驅(qū)動(dòng)等等。圖1 永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖 圖圖2 開(kāi)環(huán)運(yùn)運(yùn)行方框框圖圖3 轉(zhuǎn)矩控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖圖 圖44 速速度控制制系統(tǒng)方方框圖永磁無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)是通過(guò)過(guò)電子電電路換相相或電流流控制的的永磁電電動(dòng)機(jī)。永

52、磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)有正正弦波驅(qū)驅(qū)動(dòng)和方方波驅(qū)動(dòng)動(dòng)兩種型型式：驅(qū)驅(qū)動(dòng)電流流為矩形形波的通通常稱為為永磁無(wú)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)電流為為正弦波波的通常常稱為永永磁交流流伺服電電動(dòng)機(jī)，按傳感感類型可可分為有有傳感器器電動(dòng)機(jī)機(jī)和無(wú)傳傳感器電電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)器指指接受控控制指令令、可實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)矩、速度和和轉(zhuǎn)子位位置控制制的電氣氣裝置。驅(qū)動(dòng)器按按其控制制電路和和軟件的的實(shí)現(xiàn)方方式可分分為模擬擬量控制制、數(shù)字字模擬混混合控制制和全數(shù)數(shù)字控制制三種；按驅(qū)動(dòng)動(dòng)方式可可分為方方波驅(qū)動(dòng)動(dòng)和正弦弦波驅(qū)動(dòng)動(dòng)。圖5 位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)方框圖圖傳感部分分的作用用是檢測(cè)測(cè)永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)的位位置、速速度和電電流。常

53、常用的傳傳感器有有接近開(kāi)開(kāi)關(guān)、光光電編碼碼器、旋旋轉(zhuǎn)變壓壓器、霍霍爾元件件和電流流傳感器器等。2 結(jié)結(jié)構(gòu)、設(shè)設(shè)計(jì)和工工藝2.1 電機(jī)結(jié)結(jié)構(gòu)永磁無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)是將將永磁直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)的定定、轉(zhuǎn)子子位置進(jìn)進(jìn)行互換換，通常常稱為“內(nèi)翻外外”，轉(zhuǎn)子子為永磁磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣氣隙磁通通，定子子為電樞樞，有多多相對(duì)稱稱繞組，直流電電動(dòng)機(jī)的的電刷和和機(jī)械換換向器被被逆變器器和轉(zhuǎn)子子位置傳傳感器所所代替。所以無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)實(shí)際際上是一一種永磁磁同步電電機(jī)，如如圖6所所示。圖6 永磁無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu) 圖圖7 外轉(zhuǎn)子子永磁無(wú)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)另外，永永磁無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)可可以做成成外轉(zhuǎn)子子型和

54、盤(pán)盤(pán)式轉(zhuǎn)子子型。其其結(jié)構(gòu)見(jiàn)見(jiàn)圖7和和圖8。外轉(zhuǎn)子子型電機(jī)機(jī)的永磁磁磁極轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位于于定子的的外側(cè)，轉(zhuǎn)矩脈脈動(dòng)小，容易做做成扁平平型，慣慣量較大大。盤(pán)式式轉(zhuǎn)子型型電機(jī)的的氣隙平平面與軸軸垂直，盤(pán)式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子與永永磁磁極極相向配配置，電電機(jī)成扁扁平形，可做成成有槽結(jié)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)見(jiàn)圖8，也可以以做成無(wú)無(wú)槽、無(wú)無(wú)鐵心結(jié)結(jié)構(gòu)。這這種電動(dòng)動(dòng)機(jī)常用用于FDDD和CCD的直直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)等。圖8 盤(pán)式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無(wú)刷刷直流電電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)多采用用釤鈷（SmCCo）和和釹鐵硼硼（NddFeBB）等稀稀土永磁磁。常見(jiàn)見(jiàn)的轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)有有表面式式磁極，嵌入式式磁極和和環(huán)形磁磁極3種種，如圖圖9所示示。圖99a結(jié)構(gòu)構(gòu)是在鐵鐵心表

55、面面粘貼徑徑向充磁磁的瓦片片形永磁磁體，有有時(shí)也采采用矩形形小條拼拼裝成瓦瓦片形磁磁極，以以降低制制造成本本。圖99b結(jié)構(gòu)構(gòu)是在鐵鐵心中嵌嵌入矩形形永磁體體。其優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是一一個(gè)極距距下的磁磁通由相相鄰兩個(gè)個(gè)磁極并并聯(lián)提供供，可以以獲得較較大的磁磁通。但但結(jié)構(gòu)需需要作隔隔磁處理理或者采采用不銹銹鋼軸。對(duì)于高高轉(zhuǎn)速運(yùn)運(yùn)行的電電機(jī)，圖圖9a和和圖9bb的結(jié)構(gòu)構(gòu)需在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子外表表面套一一個(gè)0.3 mmm00.8 mm的的磁性緊緊圈，防防止離心心力將磁磁鋼甩出出。緊圈圈材料通通常采用用不導(dǎo)磁磁的不銹銹鋼，也也可以用用環(huán)氧無(wú)無(wú)緯玻璃璃絲帶縛縛扎。圖圖9c結(jié)結(jié)構(gòu)是在在鐵心外外套上一一個(gè)整體體稀土永永磁環(huán)。該環(huán)形

56、形磁體徑徑向充磁磁為多極極，適用用于小功功率的電電機(jī)。這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)的轉(zhuǎn)子子制造工工藝性較較好。2.2 設(shè)計(jì)計(jì)工藝技技術(shù)發(fā)展展動(dòng)向1） 設(shè)計(jì)手手段不斷斷完善隨著計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)的發(fā)展展以及電電磁場(chǎng)數(shù)數(shù)值計(jì)算算、優(yōu)化化設(shè)計(jì)和和仿真技技術(shù)的不不斷完善善，形成成了以電電磁場(chǎng)數(shù)數(shù)值計(jì)算算、等效效磁路解解析求解解、場(chǎng)路路結(jié)合求求解等一一整套分分析研究究方法和和計(jì)算機(jī)機(jī)輔助分分析的設(shè)設(shè)計(jì)軟件件。如AAnsooft公公司、MMagnneFoorcee公司、Jmaag公司司均推出出各種類類型的電電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)軟件，以方便便快捷地地完成從從電機(jī)的的電磁設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算、損耗耗計(jì)算、優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)、噪噪聲抑制制、特性性分析等等。

57、針對(duì)對(duì)無(wú)刷電電機(jī)特點(diǎn)點(diǎn)，提供供多種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子類型型、多種種繞組型型式及主主電路的的連接方方式，以以便組合合。20006年年三季度度，加拿拿大以電電磁計(jì)算算分析著著名的IInfoolytticaa公司，推出了了專門(mén)針針對(duì)永磁磁無(wú)刷電電機(jī)的MMotoorsoolvee設(shè)計(jì)軟軟件。圖9 無(wú)刷直直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)形形式這些軟件件除了對(duì)對(duì)電機(jī)進(jìn)進(jìn)行電磁磁設(shè)計(jì)，還可對(duì)對(duì)電機(jī)在在槽形、繞組、材料等等設(shè)計(jì)變變量改變變情況下下多方案案比較分分析、電電磁場(chǎng)精精確計(jì)算算和電機(jī)機(jī)多目標(biāo)標(biāo)優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)，并并包括控控制電路路、控制制算法在在內(nèi)的整整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)流程，既可以以提供任任意時(shí)刻刻電機(jī)內(nèi)內(nèi)電磁場(chǎng)場(chǎng)分布數(shù)數(shù)據(jù)，又又能對(duì)電

58、電機(jī)工作作時(shí)所關(guān)關(guān)心的各各類運(yùn)行行曲線，如轉(zhuǎn)矩矩、轉(zhuǎn)速速、電流流、功率率、效率率等提供供結(jié)果，同時(shí)還還能提供供齒槽轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)動(dòng)、轉(zhuǎn)速速波動(dòng)等等詳細(xì)指指標(biāo)參數(shù)數(shù)，并可可完成電電機(jī)的各各類正常常工況和和故障工工況的仿仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，包括括起動(dòng)、堵轉(zhuǎn)、突加突突減負(fù)載載、突然然短路等等等。2）分?jǐn)?shù)數(shù)槽技術(shù)術(shù)應(yīng)用日日益增多多分?jǐn)?shù)槽繞繞組技術(shù)術(shù)在永磁磁無(wú)刷電電動(dòng)機(jī)中中的應(yīng)用用已逐漸漸增多。如在電電動(dòng)自行行車電機(jī)機(jī)中采用用三相、40極極、366槽；CColllmorrgenn公司GGolddlinne系列列交流伺伺服電機(jī)機(jī)采用44極、118槽，6極、24槽槽等；松松下伺服服電機(jī)采采用6極極、9槽槽，8極

59、極、122槽等每每極每相相槽數(shù)qq=1/2的分分?jǐn)?shù)槽繞繞組結(jié)構(gòu)構(gòu)。對(duì)于多極極的無(wú)刷刷電動(dòng)機(jī)機(jī)采用分分?jǐn)?shù)槽繞繞組，可可以較少少的定子子槽數(shù)達(dá)達(dá)到多槽槽能達(dá)到到的效果果。采用用分?jǐn)?shù)槽槽繞組有有以下優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：a)電機(jī)機(jī)電樞槽槽數(shù)大為為減少，有利于于槽利用用率的提提高；b)較少少數(shù)目的的元件數(shù)數(shù)，可簡(jiǎn)簡(jiǎn)化嵌線線工藝和和接線，有助于于降低成成本；c)有可可能得到到線圈節(jié)節(jié)距y=1的設(shè)設(shè)計(jì)（集集中繞組組），便便于采用用自動(dòng)繞繞線機(jī)繞繞制，提提高工效效；同時(shí)時(shí)各個(gè)線線圈端部部沒(méi)有重重疊，不不必設(shè)相相間絕緣緣；d)線圈圈周長(zhǎng)和和繞組端端部縮短短，電動(dòng)動(dòng)機(jī)繞組組電阻減減小，銅銅損隨之之也減低低，提高高了電動(dòng)動(dòng)機(jī)的

60、性性能。采采用分?jǐn)?shù)數(shù)槽繞組組的磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)諧波波遠(yuǎn)大于于整數(shù)槽槽繞組，如圖110所示示。圖10 整數(shù)數(shù)槽繞組組與分?jǐn)?shù)數(shù)槽繞組組（q=1/2）時(shí)時(shí)的反電電動(dòng)勢(shì)比比較3）無(wú)槽槽、無(wú)鐵鐵心結(jié)構(gòu)構(gòu)電機(jī)無(wú)鐵心無(wú)無(wú)刷電動(dòng)動(dòng)機(jī)的出出現(xiàn)是采采用新材材料、新新工藝的的結(jié)果。電樞采采用耐熱熱性能優(yōu)優(yōu)越的材材料制成成剛性整整體，可可以在高高溫及高高速情況況下長(zhǎng)期期穩(wěn)定運(yùn)運(yùn)行；由由于電樞樞無(wú)鐵心心，電感感小，完完全消除除了鐵心心中的磁磁滯損耗耗和渦流流損耗，消除了了由齒槽槽效應(yīng)帶帶來(lái)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)動(dòng)，具有有優(yōu)異的的控制性性能；運(yùn)運(yùn)行效率率高、溫溫升低、轉(zhuǎn)速范范圍廣；電機(jī)的的電樞中中無(wú)齒槽槽且采用用全塑封封結(jié)構(gòu)，負(fù)載動(dòng)動(dòng)行時(shí)