无刷直流电机国内外研究现状简述

一、国内外研究现状简述：

有刷直流电动机自出现以来，以其优良的转矩控制特性，最早应用于工农业生产领域，在运动控制领域中占据主导地位。但是，机械换向问题一直是电流电机的一个弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。

1955年美国的D.Harrison首次申请用晶体管的换相线路代替有刷直流电机的机械电刷的专利，标志现代无刷直流电机的诞生。而后又经过人们多年的努力，使科学技术飞速的发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成新一代的电动调速系统，这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。无刷直流电机的优越调速性能（主要表现在：调速方便，调速范围宽，低速性能好，运行平稳，噪音低，效率高）将使无刷直流电机的应用更加普及。由于无刷直流电机的应用前景广阔，各国都加快对无刷直流电机新产品开发的速度和占领市场的力度，尤其美国和日本及西方国家具有较先进的无刷直流电机制造和控制技术。因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。

在我国，无刷直流电机的发展时间较短，但随着技术的日益成熟与完善也得到了快速的发展。我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。但限于我国元器件制造工艺能力水平较低，与国际相比差距较大，所以目前我国在无刷直流电机领域仍不是技术强国。我国的无刷直流电机已在航空航天、电动车、家用电器等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。并且，我国目前是世界最大的永磁体（生产无刷电机的主要原材料）生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国。并在技术上不断推进行业发展。但是，中国在无刷直流电机产业的发展过程中出现了不少的问题，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；产业能耗大、环境污染严重；企业总体规模小、技术创新能力薄弱等。

当今，世界对无刷直流电机的研究热点主要集中在以下三个方面：

1、设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器；

2、研究无位置传感器控制技术以提高系统的可靠性和缩小电机控制系统的尺寸与重量；

3、从电机设计和控制策略方面出发，研究无刷直流电机的转矩波动抑制方法，提高其伺服精度，扩大其应用范围。

二、国内外研究现状简述：

有刷直流电动机自出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。但是，有机械接触电刷--换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，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动机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。而后又经过人们多年的努力，借助霍尔元件来实现换向的直流无刷电机终于在1962年问世。80年代以来，微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上结合产生了高频化全控型器件，从而使电力电子技术的发展进入了一个新的阶段，新的电力电子器件使电路的控制性能大为改善，使以前难以实现的功能也得以实现。目前，电力电子装置朝着集成化的方向发展，把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，便构成了功率集成电路，这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。电力电子工业的发展，使半导体大功率管的价格不断下降而其性能却不断提高，这些都将使无刷直流电机的应用更加普及。

随着科技的发展，无刷直流电机的控制器经历了模拟控制系统、模拟数字混合控制电路、数字控制系统等阶段。传统的无刷直流电机控制器一般由模拟器件以硬接线的方式构成。然而模拟元件的物理特性决定了它们具有一些本质上的缺陷，例如元器件的老化和温漂问题等，由于采用了硬接线，系统升级困难，使它很难满足现代电子系统的设计要求。因此，数字控制系统应运而生，最初的数字控制系统都是以单片机为主控芯片，单片机的种类很多，其中以C51系列单片机最为普遍。在单片机控制系统发展的同时，一些厂家开发出了电机控制专用芯片，如用于无刷直流电机控制的UCC3626、MOTORALA高性能微控制器中的智能化外围模块MC33039等。这类芯片价格便宜，执行速度快，但是所能实现的控制功能简单，难以满足高性能控制场合的需要。从目前的发展趋势来看，以双闭环控制代表无刷直流电机控制器的发展方向。在过去20多年的时间里，在数字化的无刷直流电机控制技术方面做的相当成熟，得到较为充分的发展。由于无刷直

流电机的应用前景广阔，各国都加快对无刷直流电机新产品开发的速度和占领市场的力度，尤其美国和日本及西方国家具有较先进的无刷直流电机制造和控制技术。

在我国，无刷直流电机的发展时间较短，但随着技术的日益成熟与完善也得到了迅猛的发展。我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。限于我国元器件水平程度比较低，尤其是制造工艺和加工设备与国际相比差距较大，所以目前我国无刷直流电机综合水平仍低于国际水平，有待进一步的研究和开发。我国的无刷直流电机也已在航模、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链，是目前全球最大的永磁体(生产无刷直流电机的主要原材料)生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国，并在技术上不断推进行业发展。但是，中国在无刷直流电机产业的发展过程中出现了不少的问题，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；产业能源消耗大、环境污染严重；企业总体规模小、技术创新能力薄弱等。

2012年我国电机制造业行业规模以上企业共2439家，全部从业人员732404人，总资产602118779千元。目前是全球最大的永磁体(生产无刷直流电机控制系统设计刷电机的主要原材料)生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国。随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求增长带动了以无刷直流电机为主体的车用小功率电机的兴起，我国正在成为世界电动汽车制造业的主要供应商。约占全球总产量70%的微特电机在中国生产，中国已成为世界上最大的微特电机的生产国，预计到2017年，中国微特电机产量将达到221亿只，将占全球市场份额80%。

当今，世界对无刷直流电机的研究热点主要集中在以下三个方面：

1、从电机设计和控制策略等方面出发，研究无刷直流电机转矩波动抑制方法，提高其伺服精度，扩大其应用范围；

2、设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器；

3、研究无位置传感器控制技术以提高系统的可靠性，并进一步缩小电机控制系统的尺寸与重量。

有刷直流电动机作为最早的电动机广泛应用于工农业生产的各个领域，由于其宽