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无刷直流电动机技术发展动向
作者:舒娟    发布于:2017-07-02 11:12:52    文字:【】【】【
综观近年世界无刷直流电动机技术发展,呈现下列发展动向:
一、 产品向专用化、多样化方向发展
     几乎所有的无刷电动机产品都是为特定用途设计制造的。试图生产一种通用系列无刷电动机来适应千变万化的市场需求,是不可能的。各公司设计制造各种特殊结构、特定用途的无刷直流电动机,在设计、结构和工艺新技术方面不断的革新,以适应不同整机市场的需求。
     例如:适应不同性能参数永磁材料,瓦型、环型表面粘接结构和各种不同设计嵌入式内磁体结构等新的转子磁路结构出现。出现各种外转子、轴向气隙(平面电机)、无齿槽结构电机、直线式无刷直流电动机等。
     无论是采用铁氧体永磁或稀土永磁的永磁无刷直流电动机,常见的永磁转子结构是表面粘贴式(SPM)。近年,日本各知名家电厂商在新一代变频空调压缩机的永磁无刷直流电动机中,分别采用了各自的专利转子结构,嵌入式永磁(IPM)转子结构已成为主流。IPM转子结构的电动机可得到较高的效率,增强转子抗高速离心力能力。
二、通过结构和工艺革新,以生产自动化、规模化,使产品向低成本、低价格方向发展
     由于电子换相电路的成本高于机械换向器,因而使无刷直流电动机的成本及售价增加,无刷直流电动机的价格是限制其应用扩展到民用产品的领域的主要因素。针对国内外汽车行业、家电行业及办公自动化领域对低成本无刷直流电动机需求量越来越大的现状,所研制的新型永磁无刷直流电动机,目的在于提供一种结构简单、制作容易、性能可靠、控制方便、成本低廉的无刷直流电动机,以便适用于工业控制特别是各类民用产品的领域。
     在结构和工艺革新的例子:分割型定子铁心结构和连续绕线工艺方法的采用。对于节距y=1分数槽设计,用专用绕线机直接绕制定子线圈,对于外转子结构的电机比较方便;但对于内转子结构的电机,特别是定子内径小的小功率电机,就要困难得多了。为此,一些分割型定子铁心结构的构思提出来了。这种分割型定子铁心结构工艺技术使永磁无刷直流电动机生产实现高效率、大批量、自动化,日本有多家厂商效法,推出自己专利的定子铁心分割方案。这一技术已开始引起国内个别厂家关注,并进行探索试验。
     目前,在IT领域,例如软盘、硬盘、光盘驱动器、DVD、CD主轴驱动器使用的无刷直流电动机由于市场竞争,大规模生产,价格已经相当低了。
三、在电机设计方面,过去,无刷直流电动机大多采用整数槽设计。近年,分数槽技术在永磁无刷直流电动机的应用日益增多。
     无刷直流电动机采用分数槽技术有如下一些好处:
     1、对于多极的无刷电动机可采用较少的定子槽数,有利于槽满率的提高,进而提高电动机性能;同时,较少数目的元件数,可简化嵌线工艺和接线,有助于降低成本。
     2、增加绕组的短(长)距和分布效应,改善反电势波形的正弦性。
     3、有可能得到线圈节距 y = 1的设计(集中绕组),每个线圈只绕在一个齿上,缩短了线圈周长和绕组端部伸出长度,减低用铜量;各个线圈端部没有重叠,不必设相间绝缘。
     4、有可能使用专用绕线机,直接将线圈绕在齿上,取代传统嵌线工艺,提高工效;
     5、提高电动机性能;槽满率的提高,线圈周长和绕组端部伸出长度的缩短,使电动机绕组电阻减小,铜损随之也减低,进而提高电动机效率和降低温升。
     6、降低齿槽反应转矩,有利于减少振动和噪声;
总之,分数槽技术的应用有利于无刷电动机的节能、节材、小型化、轻量化、省工、生产自动化,从而可降低产品成本,争强产品竞争力。
     7、性能更加优越的DSP(数字信号处理器)电机控制器的应用增多
     就系统的控制器而言,因运动控制系统是快速系统,特别是交流电机高性能的控制需要实时快速处理多种信号,为进一步提高控制系统的综合性能,近几年国外一些大公司纷纷推出较MCU(单片微控制器)性能更加优越的DSP(数字信号处理器)单片电机控制器,如ADI的ADMC3xx系列,TI的TMS320C24系列及Motorola的DSP56F8xx系列。都是由一个以DSP为基础的内核,配以电机控制所需的外围功能电路,集成在单一芯片内,使价格大大降低,体积缩小,结构紧凑,使用便捷,可靠性提高。现DSP的最大速度可达20~40MIPS以上,指令执行时间或完成一次动作的时间快达几十纳秒,它和普通的MCU相比,运算及处理能力增强10~50倍,确保系统有更优越的控制性能。 
     Microchip Technology(美国微芯科技公司)日前宣布其六款dsPIC16位数字信号控制器(DSC)现已投入量产。新器件的运算速度可达20和30MIPS,配备自编程闪存,并能在工业级温度和扩展级温度范围内工作。这些卓越的性能特性使六款新数字信号控制器成为需要更高精确度、更快转速或无传感控制的电机控制应用领域的理想解决方案。
     Microchip的dsPIC数字信号控制器既拥有16位闪存单片机的
脚注信息
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