无刷电机样本

7
电设计网（）
号进行逻辑综合，为驱动电路提供各开关管的斩波信号和选通信号， 实现电机的正、反转及停车控制。 (2) 产生 PWM 信号，使电机的电压随给定速度信号自动变化， 实现开环控制。 (3) 实现电动机系统的闭环控制，获得较好的动态和静态性能。 (4) 实现短路、过流、过压、过热和欠压等故障保护功能。 控制器主要分为模拟控制、数模混合控制和全数字控制等 3 种 形式。 位置传感器 位置传感器的作用是检测转子磁极相对于定子绕组的位置信 号，为逆变器提供正确的换相信息，位置检测包括有位置传感器检测 和无位置传感器检测两种方式。 转子位置传感器的种类有接近开关、光电编码器、正余弦旋转 变压器、霍尔元件等磁/电变换元件。无位置传感器检测是通过检测 和计算与转子位置有关的物理量而间接地获得转子位置信息， 主要有 反电动势检测法、续流二极管工作状态检测法和瞬时电压方程法等， 一般采用霍尔元件检测转子位置的为最多， 而正弦波驱动时则采用正 余弦旋转变压器，电机的伺服性能最好。
4
电设计网（）
无刷电动机的控制模式分为两大类：方波驱动和正弦波驱动。 其中反电动势波形为梯形波、供电电流为矩形波的电动机，通常又称 为无刷直流电动机； 反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电动 机， 又常称为永磁交流伺服电动机。 就其位置传感器和控制电路而言， 方波驱动相对简单、价廉而得到广泛应用，是目前绝大多数无刷直流 电动机的驱动方式；正弦波驱动需要高分辨率位置传感器，如旋转变 压器、光电编码器，控制电路相对复杂，成本较高。正弦波驱动是借 助高分辨率位置传感器作用， 以强制提供正弦波相电流为特征的无刷 直流电动机电子换相方法。与方波驱动相比，它具有低转矩波动、平 滑的运动、小的可闻噪声，和容易利用超前角技术实现弱磁控制，拓 宽调速范围等优点。过去主要用于工业用、军用等较高要求的伺服系 统。 永磁无刷电动机技术发展呈现下列发展动向： 在电机设计方面，产品向专用化、多样化方向发展；电机优化 设计技术层出不穷，合理选择参数，减少转矩脉动和噪音，扩大调速 范围；分数槽技术在永磁无刷直流电动机的应用日益增多；通过结构 和工艺革新，多极集中绕组，减少绕组端部长度，拼块式或铰链式电 枢冲片提高槽满率，以生产自动化、规模化，使产品向低成本、低价 格方向发展；高性能永磁材料的采用，提高了效率，节省了材料，缩 小了体积，减轻了重量；驱动、通信等部件都融合在电机内部，形成 更为紧密的机电一体化产品。 高效率高性能驱动控制技术的研究不断深入，正弦波控制方式
5
电设计网（）
更被关注；智能功率模块高度集成，集功率器件、前级驱动、保护电 路和控制电路于一身，无刷直流电动机的整体性能更加优越。 无位置传感器控制技术逐步完善。 无刷直流电动机的控制方式迅速向微机控制方向发展，并由硬 件控制转向软件控制， 系统控制器的实现方式在数字控制中也在由硬 件方式向着软件方式发展；其软件控制也是从系统的外环向内环、进 而向接近电动机环路的更深层发展。
2
电设计网（）
1 概述 永磁无刷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。 早在 1917 年，Bolgior 就提出了用整流管代替有刷直流电机的 机械换向，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。1955 年，美国的 D.Harrison 等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电机的机械 电刷的专利，标志着现代无刷直流电机的诞生。 1970 年以来，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型全控 型 半 导 体 功 率 器 件 的 相 继 问世 ，加之高磁能积永 磁材料如钐 钴 （SmCo） 、钕铁硼（NdFeB）等陆续出现，均为无刷直流电动机的广 泛应用奠定了坚实的基础。在 1978 年汉诺威贸易博览会上，推出了 MAC 无刷直流电机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国 际上掀起了研制和生产无刷直流电机系统的热潮。 这也标志着无刷直 流电机走向实用阶段。 进入 20 世纪 80 年代后，科学技术的不断进步、市场的强烈拉 动推动永磁无刷直流电动机的应用和发展， 永磁无刷直流电动机不断 向机电一体化发展。 永磁无刷直流电动机的功率范围很宽， 小的只有几瓦、 几十瓦， 大的几百千瓦， 在要求高控制精度和高可靠性的场合， 如航空、 航天、 数控机床、加工中心、机器人、电动汽车等方面都获得了广泛应用。 永磁无刷电动机的使用进一步提高了设备和装备的快速性、小型化、
8
电设计网（）
系列电机一览表
主要参数 电机型号 额定功率 （kW) 38ST-M01 38ST-M02 38ST-M03 60ST-M08 60ST-M06 60ST-M09 80ST-M11 80ST-M10 80ST-M13 100ST-M01 100ST-M02 100ST-M03 120ST-M02 120ST-M01 120ST-M03 130ST-M02 130ST-M03 130ST-M04 130ST-M05 130ST-M06 130ST-M01 176ST-M02 176ST-M03 176ST-M04 176ST-M01 176ST-M05 0.03 0.05 0.1 0.2 0.4 0.6 0.5 0.75 1.0 1.0 1.5 2.0 2.0 3.0 4.0 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 2.0 3.0 4.0 5.0 7.5 额定转矩 (N.m) 0.10 0.16 0.32 0.64 1.27 1.91 1.59 2.39 3.18 3.18 4.77 6.37 6.37 9.55 12.7 3.18 4.77 6.37 9.55 12.7 15.9 6.37 9.55 12.7 15.9 23.9 额定转速/最高转 速(r/min) 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/4500 3000/4500 3000/4500 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/5000 3000/4500 3000/4500 3000/4500 3000/4500 3000/4500 3000/4500 2000/3000 2000/3000 2000/3000 2000/3000 2000/3000 额定电流 (A) 0.23 0.36 0.72 1.5 3.0 4.5 3.0 4.5 6.0 7.0 10.5 14.0 11.9 17.9 23.8 5.1 7.62 10.2 15.3 20.3 25.4 6.4 9.6 12.8 16.0 24.0
电设计网（）
பைடு நூலகம்
产品样本
永磁无刷电动机
西安微电机研究所 西安伺服电机有限公司
1
电设计网（）
公司简介 西安微电机研究所(简称"西微所")现有职工 500 多名，工程技术 人员 300 多名，60%以上具有中、高级专业技术职称，是一个集微电 机及自动化研究开发和生产于一体的专业研究所， 是全国微电机标准 化技术委员会主任委员和秘书长单位、 中国电器工业协会微电机分会 理事长和秘书长单位、 中国电工技术学会微特电机专业委员会副主任 委员单位。 西微所成立 40 多年来，追踪国外先进技术，研发产品几乎涵盖 国内外所有微特电机种类。这些产品广泛应用于航空、航天、船舶、 电子、核工业等领域,在冶金、化工、汽车、机床、造纸、印刷、仪 器仪表、机器人、电工电器等领域也有广泛的应用。 西微所的发展史即中国微电机的发展史， 从无到有、 从小到大, 现已是人才济济、硕果累累。多年来取得了数百项科技成果,多次荣 获科技部、原机械部和陕西省、西安市的表彰和奖励。 西微所研发队伍训练有素,监测、制造设备精良，拥有全国一流 的微特电机测试技术与设备， 国家级微电机产品质量监督检测中心设 在本所。西微所质量保证体系完善，2003 年通过 GJB9001A-2001 及 GB/T19001-2000 质量体系转版认证。2005 年先后获得国防科工委暨 国家保密局颁发的武器装备科研生产单位资格证书及国防科工委颁 发的武器装备科研生产许可证。 西安伺服电机有限公司是西安微电机研究所下属子公司， 专业从 事稀土永磁无刷电机的研发、生产和销售，年生产能力 10 万台套。
3
电设计网（）
可靠性和可维性，满足了各种伺服控制系统要求。 无刷直流电动机转子采用表贴式永久磁铁，其产生的气隙为常 值，因而特别适用于恒转矩运行；如果需要恒功率运行，则采用内嵌 式磁极的转子结构，尽管不能直接改变磁通实现弱磁控制，但通过控 制方法的改进也可以获得弱磁控制的效果。 同时由于稀土永磁材料的 矫顽力高、剩磁大，可产生很大的气隙磁通，这样可以大大缩小转了 半径，减小转子的转动惯量，因而在要求有良好的静态特性和高动态 响应的伺服驱动系统中，如数控机床、机器人等应用中，无刷直流电 机比直流伺服电机显示了更多的优越性： 经电子控制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； 需要转子位置反馈信息和电子多相逆变驱动器； 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，无需经常维 护； 无刷直流电动机功率因数高，转子无损耗和发热，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%。 必须有电子控制部分，总成本比直流电动机高。 尽管成本较高，由于永磁无刷电动机性能有明显的优势，永磁 无刷电动机已经并正在不断地取代直流电动机和异步电动机， 获得越 来越多的应用。
图 1 永磁无刷直流电动机组成 电机本体结构 永磁无刷电动机的本体转子为永磁结构，定子为电枢，有多相 对称绕组， 直流电动机的电刷和机械换向器被逆变器和转子位置传感
6
电设计网（）
器所代替。永磁无刷电动机可以制作成整体式或分装式两种类型。整 体式电动机提供了包括轴承、转轴、壳体和固定装置等在内的全套电 动机装置。整体式结构电动机除了便于用户安装和维修外，还可以为 用户节省劳动力、存储等费用。分装式结构为无壳体的或无框架的电 动机。电动机制造公司根据用户的具体要求，只提供电动机的有关零 部件。电动机的有关零部件全部由用户直接把它们装入最终产品内。 这样， 可以消除联轴节和某些机械构件， 避免引入不希望的机械谐振， 以便使最终产品具有结构紧凑、 系统的伺服频带更宽和刚度更高等优 点。 永磁无刷直流电动机还可以制作成内转子式、外转子式和双定 转子式等类型的结构。内转子式结构电动机的定子在外面，转子在里 面；在实际使用中，有时为了满足某些电子机械的特殊技术要求，把 无刷直流电动机的定子电枢做在里面，而把带永磁体的转子做在外 面，我们把这种结构称之为外转子结构(或称之为内定子结构)。 逆变器 逆变器的作用是将直流电转换成交流电向电机供电。与一般逆 变器不同的是，它的输出频率不是独立调节的，而是受控于转子位置 信号，称为“自控式逆变器” 。因此，无刷电机输入电流的频率和电 机的转速始终保持同步，电机和逆变器不会产生振荡和失步。 控制器 控制器的主要功能是： (1) 对转子位置传感器信号、PWM 调制信号，正反转及停车信