BLDC電動(dòng)機(jī)本體設(shè)計(jì)及控制原理(詳細(xì)版)

1、1稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor ( BLDCM )湖北工業(yè)大學(xué)稀土電機(jī)及控制研究所湖北工業(yè)大學(xué)稀土電機(jī)及控制研究所2稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor， BLDCM 一、無刷電機(jī)概述 二、無刷電機(jī)原理與特性 三、無刷電機(jī)控制 四、無刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 五、無刷電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 3稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) 一、無刷電機(jī)概述Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor，BLDCM4無刷直流電動(dòng)機(jī)

2、概述1. 無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用2. 無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史3. 無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較4. 無刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)5. 無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成5無刷直流電動(dòng)機(jī)概述1. 無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用6計(jì)算機(jī)中的無刷電機(jī)7計(jì)算機(jī)中的無刷電機(jī)8電動(dòng)自行車中的無刷電機(jī)9家用電器中的無刷電機(jī)10本田 HEV INSIGHT11豐田混合電動(dòng)汽車開發(fā)歷程12本田 Insight 發(fā)動(dòng)機(jī)和無刷電機(jī)13并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)14本田CIVIC的動(dòng)力分配策略15電動(dòng)汽車中的無刷電機(jī)電機(jī)及控制器電機(jī)及控制器16電動(dòng)汽車中的無刷電機(jī)永磁體永磁體永磁體永磁體外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷電動(dòng)機(jī) 17外轉(zhuǎn)子混合勵(lì)磁無刷電機(jī)軸

3、軸內(nèi)定子鐵心內(nèi)定子鐵心外外轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心永磁極永磁極鐵極鐵極勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組18電動(dòng)汽車中的無刷電機(jī) 電機(jī)、控制器和減速箱一體化結(jié)構(gòu)電機(jī)、控制器和減速箱一體化結(jié)構(gòu)控制器控制器電電 機(jī)機(jī)減速齒輪減速齒輪192. 無刷直流電動(dòng)機(jī) 發(fā)展歷史無刷直流電動(dòng)機(jī)概述20無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 有刷直流電動(dòng)機(jī) 有刷直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)和有刷直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)和調(diào)速性能，但其存在換向器和電刷，導(dǎo)調(diào)速性能，但其存在換向器和電刷，導(dǎo)致?lián)Q向火花、電磁干擾、可靠性差、造致?lián)Q向火花、電磁干擾、可靠性差、造價(jià)高等一系列問題。價(jià)高等一系列問題。21無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 異步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行異步電

4、動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜，但其調(diào)速和起可靠、價(jià)格便宜，但其調(diào)速和起動(dòng)性能不佳。動(dòng)性能不佳。22無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 同步電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī)具有良好的運(yùn)行同步電動(dòng)機(jī)具有良好的運(yùn)行性能，但其起動(dòng)性能不佳。性能，但其起動(dòng)性能不佳。23無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 上世紀(jì)三十年代，有人提出了用上世紀(jì)三十年代，有人提出了用電子換相取代機(jī)械換向的無刷直流電電子換相取代機(jī)械換向的無刷直流電動(dòng)機(jī)概念，但當(dāng)時(shí)尚無理想的電子換動(dòng)機(jī)概念，但當(dāng)時(shí)尚無理想的電子換相器件。相器件。24無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 1955 年，美國年，美國 D. 哈利森等人首次哈利森等人首次發(fā)明了應(yīng)用晶體管代替機(jī)械換向器的無發(fā)明了應(yīng)用晶體

5、管代替機(jī)械換向器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，但當(dāng)時(shí)沒有電機(jī)轉(zhuǎn)子位刷直流電動(dòng)機(jī)，但當(dāng)時(shí)沒有電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器件，該電機(jī)沒有起動(dòng)能力。置檢測(cè)器件，該電機(jī)沒有起動(dòng)能力。25 1962年，人們使用霍爾元件來檢測(cè)年，人們使用霍爾元件來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置并控制繞組電流換相，無刷直轉(zhuǎn)子位置并控制繞組電流換相，無刷直流電動(dòng)機(jī)達(dá)到實(shí)用化，但受到晶體管容流電動(dòng)機(jī)達(dá)到實(shí)用化，但受到晶體管容量的限制，電機(jī)容量相對(duì)較小。量的限制，電機(jī)容量相對(duì)較小。無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史26無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 三大技術(shù)有力推動(dòng)了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的快速發(fā)展 功率半導(dǎo)體器件功率半導(dǎo)體器件 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 高性能稀土永磁材料高性能稀土永磁

6、材料27無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史 70 年代以來，隨著新型功率半導(dǎo)體器件（如年代以來，隨著新型功率半導(dǎo)體器件（如GTR，MOSFET，IGBT，IPM）相繼出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)）相繼出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（單片機(jī)、控制技術(shù)（單片機(jī)、DSP，新的控制理論）的快速，新的控制理論）的快速發(fā)展，以及高性能稀土永磁材料（如發(fā)展，以及高性能稀土永磁材料（如 釤鈷、釹鐵硼）釤鈷、釹鐵硼）的問世，無刷直流電動(dòng)機(jī)得到快速發(fā)展，容量不斷的問世，無刷直流電動(dòng)機(jī)得到快速發(fā)展，容量不斷增大，并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。增大，并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。28無刷直流電動(dòng)機(jī)概述3. 無刷直流電動(dòng)機(jī) 的特點(diǎn)29無刷直流電動(dòng)機(jī)分類 無刷直流電

7、動(dòng)機(jī)分為無刷直流電動(dòng)機(jī)分為方波方波和和正弦波正弦波電流驅(qū)動(dòng)。電流驅(qū)動(dòng)。正弦波電流驅(qū)動(dòng)的無刷電動(dòng)機(jī)名稱比較多，英、正弦波電流驅(qū)動(dòng)的無刷電動(dòng)機(jī)名稱比較多，英、美稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)（美稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM），或無刷交流），或無刷交流電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)（BLACM），日本、歐洲一些國家則稱），日本、歐洲一些國家則稱之為交流伺服電動(dòng)機(jī)（之為交流伺服電動(dòng)機(jī)（AC Servo）” 。30無刷直流電動(dòng)機(jī)分類電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)無刷直流永磁同步磁滯步進(jìn)磁阻混合永磁變磁阻單相多相永磁電勵(lì)磁永磁開關(guān)磁阻同步磁阻換向式單極式永磁電勵(lì)磁串勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)多相單相籠型繞線電容式罩極式電阻式電容起動(dòng)

8、電容運(yùn)行電容運(yùn)行31無刷直流電動(dòng)機(jī)分類電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)無刷直流永磁同步磁滯步進(jìn)磁阻混合永磁變磁阻單相多相永磁電勵(lì)磁永磁開關(guān)磁阻同步磁阻換向式單極式永磁電勵(lì)磁串勵(lì)并勵(lì)復(fù)勵(lì)多相單相有刷直流32有刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) BearingRotor windingCommutator Fan PM Poles Brushes33有刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)稀土永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)稀土永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)NS轉(zhuǎn)樞式34 內(nèi)轉(zhuǎn)子，外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子，外定子 外轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子無刷直流電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)XCYANBZNSAXBYCZSN轉(zhuǎn)場(chǎng)式35稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較內(nèi)轉(zhuǎn)子整數(shù)槽無刷

9、直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子整數(shù)槽無刷直流電動(dòng)機(jī)13618q36稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較內(nèi)轉(zhuǎn)子分?jǐn)?shù)槽無刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子分?jǐn)?shù)槽無刷直流電動(dòng)機(jī)21369q37稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)10333027q38無刷直流電動(dòng)機(jī)定義 無刷直流電動(dòng)機(jī) 無刷直流電動(dòng)機(jī)是指沒有電刷等無刷直流電動(dòng)機(jī)是指沒有電刷等機(jī)械換向裝置，但具有有刷直流電動(dòng)機(jī)械換向裝置，但具有有刷直流電動(dòng)機(jī)（機(jī)（DCM）特性特性的電動(dòng)機(jī)。的電動(dòng)機(jī)。39無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 無刷直流電動(dòng)機(jī)與有刷直無刷直流電動(dòng)機(jī)與有刷直流電動(dòng)機(jī)有相同的運(yùn)行機(jī)理。流電動(dòng)機(jī)有相同的運(yùn)行機(jī)理。40無刷與有刷直

10、流電動(dòng)機(jī)比較 無刷直流電動(dòng)機(jī)與有刷直無刷直流電動(dòng)機(jī)與有刷直流電動(dòng)機(jī)有相同的設(shè)計(jì)思想和流電動(dòng)機(jī)有相同的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)方法。41無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 有刷直流電動(dòng)機(jī)磁極磁有刷直流電動(dòng)機(jī)磁極磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)始終處于正交場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)始終處于正交狀態(tài)。狀態(tài)。42無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較NSnFfFa43無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 無刷直流電動(dòng)機(jī)磁極磁場(chǎng)與電樞磁無刷直流電動(dòng)機(jī)磁極磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)處在某一變化范圍內(nèi)。如三相無刷直場(chǎng)處在某一變化范圍內(nèi)。如三相無刷直流電動(dòng)機(jī)流電動(dòng)機(jī) 60 120范圍內(nèi)變化。范圍內(nèi)變化。44無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 相同條件下，相同條件下，無刷直流電無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

11、比有刷直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比有刷直流電動(dòng)機(jī)大，電磁轉(zhuǎn)矩小。機(jī)大，電磁轉(zhuǎn)矩小。45無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 BLDCM 用電子換相取代用電子換相取代 DCM 的機(jī)械換向，因而沒有電的機(jī)械換向，因而沒有電刷與換向器。刷與換向器。 46無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 通常情況下，通常情況下，BLDCM 的電的電樞繞組在定子上，勵(lì)磁（永磁體）樞繞組在定子上，勵(lì)磁（永磁體）在轉(zhuǎn)子上，與在轉(zhuǎn)子上，與 DCM 中的定轉(zhuǎn)子互中的定轉(zhuǎn)子互換了位置。換了位置。47無刷與有刷直流電動(dòng)機(jī)比較 通常通常 BLDCM 帶有轉(zhuǎn)子位置檢帶有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)傳感器，而測(cè)傳感器，而 DCM 則不需這種位則不需這種位置檢測(cè)裝置。置檢測(cè)裝置。

12、48無刷直流電動(dòng)機(jī)概述4. 無刷直流電動(dòng)機(jī) 的特點(diǎn)49無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn) 永磁無刷結(jié)構(gòu) 電機(jī)免維護(hù)，可高速運(yùn)行，因此電機(jī)免維護(hù)，可高速運(yùn)行，因此可降低電機(jī)體積和重量，具有高功率可降低電機(jī)體積和重量，具有高功率和轉(zhuǎn)矩密度和高效率和轉(zhuǎn)矩密度和高效率。50無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn) 容易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制 無刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tem= KT Ff Fa sin 無刷直流電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)具有與直流電動(dòng)機(jī) 相似的轉(zhuǎn)矩特性相似的轉(zhuǎn)矩特性。51無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)dtdnGDTTLem3752TemTLn電力拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)方程52無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)的電磁

13、轉(zhuǎn)矩 Tem=CTIa cos 一般情況下，一般情況下，F(xiàn)f 、Fa非正交，非正交，即即 、 Ia 之間存在耦合關(guān)系。之間存在耦合關(guān)系。53無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Tem= CT Ia = CT Ff Fa54無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn) 無刷直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 Tem= KT Ff Fa sin 一般情況下一般情況下,為為90（或平均值為（或平均值為90），），調(diào)節(jié)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)電樞電流（電壓）調(diào)節(jié)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)電樞電流（電壓）便可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制。便可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制。55無刷直流電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn) 系統(tǒng)成本相對(duì)較低 逆變器方波電流容易實(shí)現(xiàn)，控制器結(jié)逆變器方波電流容易實(shí)現(xiàn)

14、，控制器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；電機(jī)可采用整距集中繞組，制構(gòu)較簡(jiǎn)單；電機(jī)可采用整距集中繞組，制造工藝較簡(jiǎn)單；轉(zhuǎn)子位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造工藝較簡(jiǎn)單；轉(zhuǎn)子位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。成本低。5690年代以來永磁材料發(fā)展?fàn)顩r永磁材料的磁能積永磁材料的磁能積釹鐵硼釤 鈷鐵氧體57稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn) 可明顯降低電機(jī)重量，減小其體積；可明顯降低電機(jī)重量，減小其體積； 縮短轉(zhuǎn)子外徑，增加氣隙長(zhǎng)度，進(jìn)縮短轉(zhuǎn)子外徑，增加氣隙長(zhǎng)度，進(jìn) 而改善了電機(jī)的有關(guān)性能；而改善了電機(jī)的有關(guān)性能； 產(chǎn)生近似矩形波的氣隙磁場(chǎng)，可設(shè)產(chǎn)生近似矩形波的氣隙磁場(chǎng)，可設(shè) 計(jì)成方波無刷直流電動(dòng)機(jī)；計(jì)成方波無刷直流電動(dòng)機(jī)；58稀土永磁無刷直流電動(dòng)

15、機(jī)特點(diǎn) 抗電樞反應(yīng)去磁能力強(qiáng)，更適合抗電樞反應(yīng)去磁能力強(qiáng)，更適合 突然反轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等運(yùn)行工況；突然反轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等運(yùn)行工況； 退磁曲線線性、可逆，簡(jiǎn)化了設(shè)退磁曲線線性、可逆，簡(jiǎn)化了設(shè) 計(jì)和分析。計(jì)和分析。595. 無刷直流電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)組成無刷直流電動(dòng)機(jī)概述60無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成 無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成 1） 控制器控制器 2） 電機(jī)本體電機(jī)本體 3） 霍爾位置傳感器霍爾位置傳感器61無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成直流電源直流電源控制器控制器電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出輸出無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖62無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成V1V6ACB控制電路驅(qū)動(dòng)電路電 機(jī)霍爾位置傳感

16、器控制器ACB136425S逆變電路三相永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)圖三相永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)圖63無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成車速保護(hù)電路MOS驅(qū)動(dòng)器IR2130扭矩BLDCM過流保護(hù)6路MOSFETTMS320LF2407電流采樣輸出電流CAP捕獲位置信號(hào)過 壓離合器故障位置信號(hào)故障代碼輸出PDPINTCAP SCI6路PWM轉(zhuǎn)速某稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖某稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖64無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成1） 控制器65無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器控制器的組成 開關(guān)主電路開關(guān)主電路 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 控制電路控制電路66無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器136425 濾波電路濾波電路 緩沖電路緩沖電路 逆變

17、電路逆變電路接整流橋接整流橋D7C3R3無刷直流電動(dòng)機(jī)開關(guān)主電路無刷直流電動(dòng)機(jī)開關(guān)主電路67無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器 緩沖電路作用 減少開關(guān)管承受的尖峰電壓，使開關(guān)管減少開關(guān)管承受的尖峰電壓，使開關(guān)管 工作在安全區(qū)域內(nèi)，提高主電路的可靠性。工作在安全區(qū)域內(nèi)，提高主電路的可靠性。 C3：選用高頻性能好的無感電容選用高頻性能好的無感電容 D7：選用快速恢復(fù)二極管選用快速恢復(fù)二極管 或選用整體緩沖電路?；蜻x用整體緩沖電路。68無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器 逆變電路 分立功率器件：功率晶體管分立功率器件：功率晶體管GTR 、功率功率 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET、絕緣柵晶體管絕緣柵晶體管 IGBT、可關(guān)斷晶閘管

18、可關(guān)斷晶閘管GTO、MCT 功率集成電路：功率開關(guān)管集成塊、智能功率集成電路：功率開關(guān)管集成塊、智能 化功率模塊化功率模塊 IPM 69無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器 驅(qū)動(dòng)電路作用 將控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，將控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，并向各功率開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和并向各功率開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？煽筷P(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 70無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器 驅(qū)動(dòng)電路 美國美國IR公司生產(chǎn)的六路集成驅(qū)動(dòng)芯片公司生產(chǎn)的六路集成驅(qū)動(dòng)芯片（如（如 IR2130），具有集成度高、速度快、），具有集成度高、速度快、 過流欠壓保護(hù)、過流欠壓保護(hù)、 開關(guān)頻率高、開關(guān)頻率高、 價(jià)格便宜、價(jià)格

19、便宜、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。 71無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器無刷直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)ucupBLDCMRh驅(qū)動(dòng)電路AD電流檢測(cè)三角波發(fā)生器PWM發(fā)生器電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器位置信號(hào)處理邏輯控制單元運(yùn)行狀態(tài)判斷反饋電流綜合速度反饋單元PS*nunu*iuiuru72無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器 控制電路的作用控制電路的作用（1） 對(duì)轉(zhuǎn)子霍爾位置傳感器輸出的信號(hào)、對(duì)轉(zhuǎn)子霍爾位置傳感器輸出的信號(hào)、 PWM 調(diào)制信號(hào)、正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)信號(hào)調(diào)制信號(hào)、正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)信號(hào) 進(jìn)行邏輯綜合，給驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)進(jìn)行邏輯綜合，給驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng) 的導(dǎo)通和關(guān)斷信號(hào)；的導(dǎo)通和關(guān)斷信號(hào)； 73無刷直流電動(dòng)

20、機(jī)控制器 控制電路作用控制電路作用（2） 產(chǎn)生產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào)，使電機(jī)電壓隨給調(diào)制信號(hào)，使電機(jī)電壓隨給 定轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化而變化；定轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化而變化； 對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)；對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)； 實(shí)現(xiàn)短路、過流和欠壓等故障保護(hù)功能。實(shí)現(xiàn)短路、過流和欠壓等故障保護(hù)功能。74無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器控制電路形式 分立元件全模擬電路：目前少用分立元件全模擬電路：目前少用 專用集成控制電路：功能特定專用集成控制電路：功能特定 數(shù)?；旌峡刂齐娐罚簭V泛采用數(shù)?；旌峡刂齐娐罚簭V泛采用 全數(shù)字控制電路：發(fā)展方向全數(shù)字控制電路：發(fā)展方向75無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成2） 電機(jī)本體76無刷直流電

21、動(dòng)機(jī)電機(jī)本體電機(jī)本體構(gòu)成 永磁轉(zhuǎn)子 定子繞組77無刷直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)本體 永磁轉(zhuǎn)子78無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子徑向式徑向式 切向式切向式永磁體充磁方向永磁體充磁方向SNNSSSSNN隔磁套隔磁套NNSNNSS隔磁間隙隔磁間隙軸軸79無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子稀土磁鋼主磁極稀土磁鋼主磁極實(shí)心轉(zhuǎn)子鐵心實(shí)心轉(zhuǎn)子鐵心軸NSNSSNNS等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)80無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子 切向無間隔等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)切向無間隔等厚磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)軸NSNSSNNS81無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子軸NSNSNNSS等徑磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等徑磁極的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)82無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子BNSNSB00徑向式徑向式 切向式

22、切向式稀土永磁磁極永磁電機(jī)氣隙磁密波形永磁電機(jī)氣隙磁密波形83無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)84無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)85無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)86無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)87無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)88無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)89無刷直流電動(dòng)機(jī)空載磁場(chǎng)90無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子六極永磁無刷直流電動(dòng)空載磁場(chǎng)六極永磁無刷直流電動(dòng)空載磁場(chǎng)91增磁時(shí)的CPPM無刷電機(jī) 92無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子0BcFF0AB123r 1 1空載特性空載特性曲線曲線 2 2負(fù)載特性曲線負(fù)載特性曲線 3 3永磁體退磁曲線永磁體退磁曲線空載工作點(diǎn)空載工作點(diǎn)負(fù)載工作點(diǎn)負(fù)載工作點(diǎn)磁鋼的空載和負(fù)載工作點(diǎn)磁鋼的空載和負(fù)載工作點(diǎn)93無刷直流電

23、動(dòng)機(jī)永磁轉(zhuǎn)子磁鋼的低溫和高溫工作點(diǎn)磁鋼的低溫和高溫工作點(diǎn)ABrcFF0AB123rcF 1 1負(fù)載特性負(fù)載特性曲線曲線 2 2永磁體低溫退磁曲線永磁體低溫退磁曲線 3 3永磁體高溫退磁曲線永磁體高溫退磁曲線低消耗溫工作點(diǎn)低消耗溫工作點(diǎn)高溫工作點(diǎn)高溫工作點(diǎn)94 定子繞組無刷直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)本體95無刷直流電動(dòng)機(jī)繞組型式 整數(shù)槽分布繞組（q整數(shù)） 分?jǐn)?shù)槽分布繞組（q分?jǐn)?shù)） 變壓器式繞組（螺線管式繞組）96無刷直流電動(dòng)機(jī)整數(shù)槽繞組 某三相無刷直流電動(dòng)機(jī)，某三相無刷直流電動(dòng)機(jī)， 定子槽數(shù)定子槽數(shù) Z12，極數(shù)，極數(shù)2P4， q 12/431。97無刷直流電動(dòng)機(jī)整數(shù)槽繞組A1,72,84,103,96,1

24、25,11YZBXC601 槽電動(dòng)勢(shì)星形圖槽電動(dòng)勢(shì)星形圖順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A 相相1, 74, 10B 相相3, 96, 12C 相相5, 112, 8三相分相結(jié)果（q =1）98無刷直流電動(dòng)機(jī)整數(shù)槽繞組單層整距分布繞組展開圖單層整距分布繞組展開圖 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12A B C X Y ZNSNS99無刷直流電動(dòng)機(jī)整數(shù)槽繞組A 相雙層短距分布繞組展開圖相雙層短距分布繞組展開圖NSNS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12NAX 100 某三相無刷直流電機(jī)，定子某三相無刷直流電機(jī)，定子槽數(shù)槽數(shù) Z15，極數(shù)，極數(shù) 2P4， q 15

25、/4354。無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組101無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組Z=12，2P4，q=1 Z15，2P4，q=5/4齒、極對(duì)齊，兩者相吸齒、極對(duì)齊，兩者相吸 齒、極錯(cuò)開，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩齒、極錯(cuò)開，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩整數(shù)槽分?jǐn)?shù)槽102無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機(jī)，定子某三相無刷直流電機(jī)，定子槽數(shù)槽數(shù) Z18，極數(shù)，極數(shù) 2P4， q 18/4332。103無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組192103114125136147158 401161718順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A 相相1, 105, 6, 14,15B 相相4, 138, 9, 17,18C 相相7, 162, 3, 11,

26、12三相分相結(jié)果（q=3/2）ABCXYZ104無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18NSNSNAXA 相繞組展開圖相繞組展開圖 ( a = 2 )105無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3NSNSNBYB 相繞組展開圖相繞組展開圖 ( a = 2 )106無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6NSNSNCZC 相繞組展開圖相繞組展開圖 ( a = 2 )107無刷直流電動(dòng)

27、機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機(jī)，定子某三相無刷直流電機(jī)，定子槽數(shù)槽數(shù) Z15，極數(shù)，極數(shù) 2P4， q 15/4354。108無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組192103114125136147158 481AYBCZX順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A 相1, 2, 95, 13B 相4, 11, 128, 15C 相3, 106, 7, 14三相分相結(jié)果（q = 5/4）槽電動(dòng)勢(shì)星形圖槽電動(dòng)勢(shì)星形圖109無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組ANSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15A 相繞組展開圖相繞組展開圖X順接組線圈: 1, 2, 9反接組線圈: 5, 13110無

28、刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組BYNSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15B 相繞組展開圖相繞組展開圖順接組線圈: 4, 11, 12反接組線圈: 8, 15111無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15C 相繞組展開圖相繞組展開圖順接組線圈: 3, 10反接組線圈: 6, 7, 14CZ112無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組NSNS1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15C 相繞組端部的另一接法相繞組端部的另一接法CZ113無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機(jī)，定子某三相

29、無刷直流電機(jī)，定子槽數(shù)槽數(shù) Z27，極數(shù)，極數(shù) 2P6， q 27/6332。114無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組1,10,192,11,203,12,2122,13,423,14,524,15,625,16,78,17,269,18,27AXBYZC順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A相相1,10,195,14,236,15,24B相相4,13,228,17,269,18,27C相相7,16,252,11,203,12,21三相分相結(jié)果（q=3/2）槽電動(dòng)勢(shì)星形圖槽電動(dòng)勢(shì)星形圖 401115無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1

30、8 19 20 21 22 23 24 25 26 27NSNSNSAX116無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 1 2 3NSNSNSBY117無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 1 2 3 4 5 6SNSNSNCZ118無刷直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組 某三相無刷直流電機(jī)，定子某三相無刷直流電機(jī)，定子槽數(shù)槽數(shù) Z36，極數(shù)，極數(shù) 2P8， q 36/8332。119無刷

31、直流電動(dòng)機(jī)分?jǐn)?shù)槽繞組1,10,192,11,203,12,2122,13,423,14,524,15,625,16,78,17,269,18,27AXBYZC順接線圈順接線圈反接線圈反接線圈A相相1,10,19,285,6,14,15,23,24,32,33B相相4,13,22,318,9,17,18,26,27,35,36C相相7,16,25,342,3,11,12,20,21,29,30三相分相結(jié)果（q=3/2）槽電動(dòng)勢(shì)星形圖槽電動(dòng)勢(shì)星形圖 401120無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組六槽永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)物照片六槽永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)物照片121無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組I、 槽數(shù) Z3，極

32、數(shù) 2P2；II、 槽數(shù) Z6，極數(shù) 2P4；III、槽數(shù) Z9，極數(shù) 2P6；122無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組AXCZBY軸槽數(shù)槽數(shù) Z3，極數(shù)，極數(shù) 2P2CBAXYZI123無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組軸軸A1X1X2A2Y1B1Z1C1B2Y2C2Z2II槽數(shù)槽數(shù) Z6，極數(shù)，極數(shù) 2P4124無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組1,4,72,5,83,6,9ABC槽電動(dòng)勢(shì)星形圖槽電動(dòng)勢(shì)星形圖線圈號(hào)線圈號(hào)A 相相1, 4, 7B 相相2, 5, 8C 相相3, 6, 9三相分相結(jié)果（q=0.5）III125無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 相集中式繞組展開圖（相集

33、中式繞組展開圖（a = 3）AXSNNSNS126無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組B 相集中式繞組展開圖（相集中式繞組展開圖（a=3）2 3 4 5 6 7 8 9 1BYSNNSNS127無刷直流電動(dòng)機(jī)變壓器式繞組C 相集中式繞組展開圖（相集中式繞組展開圖（a =3） 3 4 5 6 7 8 9 1 2CZSNNSNS128無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成3） 霍爾位置傳感器129無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器 霍爾效應(yīng) 1879年美國霍普金斯大學(xué)霍爾（年美國霍普金斯大學(xué)霍爾（ E.H.Hall）發(fā)發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)中的導(dǎo)線有電流通過時(shí)，其橫向不僅受到現(xiàn)，磁場(chǎng)中的導(dǎo)線有電流通過時(shí)，其橫向不僅受到力的作用，同時(shí)還出現(xiàn)電

34、壓。力的作用，同時(shí)還出現(xiàn)電壓。 隨后，人們又發(fā)現(xiàn)，不僅導(dǎo)體，而且半導(dǎo)體也隨后，人們又發(fā)現(xiàn)，不僅導(dǎo)體，而且半導(dǎo)體也存在霍爾效應(yīng)，而且更明顯。存在霍爾效應(yīng)，而且更明顯。130無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器控制電流控制電流 IH霍爾電動(dòng)勢(shì)霍爾電動(dòng)勢(shì)E磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度BBIKEHH霍爾電動(dòng)勢(shì)：霍爾電動(dòng)勢(shì)：131無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器霍爾集成電路霍爾集成電路 -0.025 0 0.025 B / T運(yùn)算放大器功率放大霍爾元件霍爾元件U0UccGND01234U0 /V開關(guān)型霍爾集成開關(guān)型霍爾集成電路特性曲線電路特性曲線132 霍爾位置傳感器安裝 霍爾定子安裝霍爾定子安裝 三個(gè)霍爾元件安裝在三個(gè)霍

35、爾元件安裝在無刷電機(jī)的定子方，空間上彼此相差無刷電機(jī)的定子方，空間上彼此相差 120電角度電角度 分別與無刷電機(jī)定子三相繞組首端分別與無刷電機(jī)定子三相繞組首端所在槽中心線對(duì)齊。所在槽中心線對(duì)齊。無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器133無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器 霍爾位置傳感器安裝 霍爾霍爾轉(zhuǎn)子安裝轉(zhuǎn)子安裝 與無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安與無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，薄磁片與霍爾元件氣隙裝，薄磁片與霍爾元件氣隙 1mm 左右，永磁左右，永磁體軸線與無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子主磁極軸線垂直。體軸線與無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子主磁極軸線垂直。 霍爾霍爾轉(zhuǎn)子可直接利用無刷電機(jī)的主轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子可直接利用無刷電機(jī)的主轉(zhuǎn)子。134無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感

36、器S霍爾元件霍爾元件電磁轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：CYBZXASNnkBukCukAusinafTemFFKT霍爾磁片霍爾磁片135無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器 霍爾元件位置調(diào)校 在大批量生產(chǎn)情況下，可以采用嚴(yán)格在大批量生產(chǎn)情況下，可以采用嚴(yán)格控制主轉(zhuǎn)子永磁體質(zhì)量的控制主轉(zhuǎn)子永磁體質(zhì)量的一致性一致性和提高霍和提高霍爾元件的貼裝精度的措施，從而省去霍爾爾元件的貼裝精度的措施，從而省去霍爾元件位置調(diào)校工作，達(dá)到簡(jiǎn)化操作程序、元件位置調(diào)校工作，達(dá)到簡(jiǎn)化操作程序、降低制造成本的目的。降低制造成本的目的。136無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾位置傳感器60240300120PCPB1803 6 0PAttt轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)波形轉(zhuǎn)子

37、位置檢測(cè)波形 137稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)二、無刷電機(jī)原理 與特性Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor， BLDCM138無刷直流電動(dòng)機(jī)原理與特性1. 有刷直流電動(dòng)機(jī)原理2. 無刷電機(jī)運(yùn)行原理3. 無刷電機(jī)基本關(guān)系4. 無刷電機(jī)基本特性139無刷直流電動(dòng)機(jī)原理與特性1. 有刷直流電動(dòng)機(jī)原理140定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正交有刷直流電動(dòng)機(jī)原理fem=Bliatem=femDa/2Tem=temk ( k=1toN ) CTIaea=BlvEa=eak ( k=1toN/2a ) =Cen直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩NSTem, niafemfe

38、mfemfem141有刷直流電動(dòng)機(jī)原理 直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系 電樞電動(dòng)勢(shì)電樞電動(dòng)勢(shì)：Ea= Cen 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩：Tem= CTIa 電壓平衡方程式電壓平衡方程式：U2UEa+ IaRa 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性：eaaCRIUUn2142有刷直流電動(dòng)機(jī)原理1 1號(hào)線圈換向開始號(hào)線圈換向開始 1 1號(hào)線圈正在換向號(hào)線圈正在換向 1 1號(hào)線圈換向結(jié)束號(hào)線圈換向結(jié)束1 2 1 2 1 2K321 電刷靜止電刷靜止K321K321iaiaiaiaiaia2ia2ia2ia直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向過程直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向過程143有刷直流電動(dòng)機(jī)原理 1 1號(hào)線圈正在換向號(hào)線圈正在換向 K321iaia2iaie

39、1 2i1i2iai直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向過程直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向過程144有刷直流電動(dòng)機(jī)原理kreee換向元件中的電動(dòng)勢(shì)換向元件中的電動(dòng)勢(shì)reke電抗電動(dòng)勢(shì)電抗電動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)145有刷直流電動(dòng)機(jī)原理換向元件中的電流換向元件中的電流kLbbkaiiRReTtii21)21 (Liki直線換向電流直線換向電流附加換向電流附加換向電流146有刷直流電動(dòng)機(jī)原理K321iaiai1 2iaiRb1Rb2K321iaiaRb換向過程電刷與換向器的接觸電阻換向過程電刷與換向器的接觸電阻147有刷直流電動(dòng)機(jī)原理0.5 1 t/TkRb1+ Rb24Rb0換向元件回路串聯(lián)的總電阻換向元件回路串聯(lián)的總

40、電阻148有刷直流電動(dòng)機(jī)原理t0ikTke 0e 0換向元件中的附加電流換向元件中的附加電流149有刷直流電動(dòng)機(jī)原理直流電機(jī)的直線換向電流直流電機(jī)的直線換向電流Tk0tiTkTk/2-IaIa電流換向時(shí)刻換向周期（ms） 0e150有刷直流電動(dòng)機(jī)原理直流電機(jī)的延遲換向電流直流電機(jī)的延遲換向電流t0iTk/2 tc-IaIaTkiLiK 0e151有刷直流電動(dòng)機(jī)原理直流電機(jī)的延遲換向電流直流電機(jī)的延遲換向電流t0itc Tk/2-IaIaTkiLiK 0e152有刷直流電動(dòng)機(jī)原理K321iaiai1 2iai左刷（后刷）邊出現(xiàn)火花左刷（后刷）邊出現(xiàn)火花直流電動(dòng)機(jī)的延遲換向直流電動(dòng)機(jī)的延遲換向15

41、3有刷直流電動(dòng)機(jī)原理K321iaiai1 2iai右刷（前刷）邊出現(xiàn)火花右刷（前刷）邊出現(xiàn)火花直流電動(dòng)機(jī)的超越換向直流電動(dòng)機(jī)的超越換向154有刷直流電動(dòng)機(jī)原理換向極換向極NSniaSkekererekBk順著轉(zhuǎn)子順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向看，換向看，換向極的極性極的極性應(yīng)與主磁應(yīng)與主磁極的極性極的極性相反。相反。主磁極主磁極換向極換向極Nk直流電動(dòng)機(jī)換向極的裝法直流電動(dòng)機(jī)換向極的裝法155有刷直流電動(dòng)機(jī)原理直流電動(dòng)機(jī)換向極的裝法直流電動(dòng)機(jī)換向極的裝法SniaSkFaFkN換向極換向極156有刷直流電動(dòng)機(jī)原理NSniaSkerekekerBk順著轉(zhuǎn)子順著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方的旋轉(zhuǎn)方向看，換向看，換向極的極

42、向極的極性應(yīng)與主性應(yīng)與主磁極的極磁極的極性一致。性一致。直流發(fā)電機(jī)換向極的裝法直流發(fā)電機(jī)換向極的裝法Nk換向極換向極157有刷直流電動(dòng)機(jī)原理NSnNSn直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) 直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)直流電機(jī)移動(dòng)電刷位置改善換向直流電機(jī)移動(dòng)電刷位置改善換向158無刷直流電動(dòng)機(jī)原理與特性2. 無刷電機(jī)運(yùn)行原理159無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理 電機(jī)運(yùn)行原理分析模型電機(jī)運(yùn)行原理分析模型FfSCXBFaCYBZANSnidAa)b)定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正交定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正交CnNZBYAANSXnnc)160無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理有刷直流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)NSTem, nCnNZBYAANSXnnc)無刷直流電動(dòng)機(jī)無刷

43、直流電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子交換位置定轉(zhuǎn)子交換位置161無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理Y C X B Z A Y C原理分析模型展開圖原理分析模型展開圖SNnnSS N SSSN=90永磁磁極永磁磁極：磁狀態(tài)角磁狀態(tài)角定子繞組等效磁極定子繞組等效磁極162無刷直流電動(dòng)機(jī)原理與特性3. 無刷電機(jī)基本關(guān)系163無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系 電磁轉(zhuǎn)矩CCBBAAemieieieTconstieieieCCBBAA 恒定轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生條件164無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系3600B, ea, iaiaB18015030eatNS1梯形波無刷直流電動(dòng)機(jī)波形圖梯形波無刷直流電動(dòng)機(jī)波形圖165無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系三相電動(dòng)勢(shì)、電流波形圖三相電

44、動(dòng)勢(shì)、電流波形圖e, i003600iA18015030eAiB120240eBeCiCtttA 相B 相C 相166無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系電動(dòng)勢(shì)波形(磁密波形)電流波形相電動(dòng)勢(shì)幅值電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)不同波形的無刷直流電動(dòng)機(jī)ettietitetitetitnkNPENm130nNPEm10nNPEm252nNPEm30mmemIET06. 1mmemIET632. 1mmemIET632. 1mmemIET35. 10T0T0T14. 0T167無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系 EPS 無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形相電動(dòng)勢(shì)霍爾位置信號(hào)168無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系 EPS 無刷直流電

45、動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形相電動(dòng)勢(shì)169無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系 EPS 無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形線電動(dòng)勢(shì)170無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系電流仿真波形電流仿真波形 電流實(shí)測(cè)波形電流實(shí)測(cè)波形 EPS 無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形無刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)波形171無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系三相星形六狀態(tài)三相星形三狀態(tài)相電動(dòng)勢(shì)幅值平均電樞電流空 載 轉(zhuǎn) 速平均電磁轉(zhuǎn)矩nNPEim15nNPEim15amavREUUI222amavREUUI0025 . 7PNUUni0015PNUUniaviavINPT4aviavINPT2172無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系uaucubiaibic R

46、a L-MRa L-MRa L-Meaebec無刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路無刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路173無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系cbacbacbaaaacbaeeeiiipMLMLMLiiiRRRuuu000000000000 三相（無中線）無刷直流電動(dòng)機(jī)的三相（無中線）無刷直流電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)瞬態(tài)電壓方程電壓方程 ua、ub、uc定子相繞組電壓； R定子相繞組電阻； ia、 ib、 ic定子相繞組電流； L定子相繞組電感； ea、eb、ec定子相繞組電動(dòng)勢(shì)； M兩相繞組間的互感。174無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系cbacbaaaacbacbaeeeiiiRRRuuuMLMLMLiiip00000010001

47、0001 三相（無中線）無刷直流電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程三相（無中線）無刷直流電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程175無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系 無刷直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性由下列方程來描述無刷直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性由下列方程來描述dtdnGDTTIKTnKERIEUULemaTemeaaaa3752176無刷直流電動(dòng)機(jī)基本關(guān)系emT)()(sUsUaR1)(sITK)(sTLsGD2375)(sn)(sEaeK無刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖無刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖177無刷直流電動(dòng)機(jī)原理與特性4. 無刷電機(jī)基本特性178無刷直流電動(dòng)機(jī)基本特性 不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性不同轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性emeTaeTKKRKUUn2 機(jī)械特性機(jī)械特

48、性：nTem0 1：普通直流電動(dòng)機(jī) 2：徑向式結(jié)構(gòu)無刷電動(dòng)機(jī)（電感較?。?3：切向式結(jié)構(gòu)無刷電動(dòng)機(jī)（電感較大）179無刷直流電動(dòng)機(jī)基本特性1000400030002000246n/(rpm)Tem/(N.m)0 2 8 6 4246Tem/(N.m)Ia/(A)0機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩特性機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩特性一臺(tái)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)（方波驅(qū)動(dòng)）的實(shí)測(cè)特性一臺(tái)稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)（方波驅(qū)動(dòng)）的實(shí)測(cè)特性180稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)三、無刷電機(jī)控制Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor ， BLDCM181無刷直流電動(dòng)機(jī)控制1. 無刷電機(jī)正反轉(zhuǎn)2. 無刷電

49、機(jī)回饋制動(dòng)3. 無刷電機(jī)起動(dòng)與調(diào)速4. 無刷電機(jī)閉環(huán)控制182無刷直流電動(dòng)機(jī)控制1. 無刷電機(jī)正反轉(zhuǎn)183無刷直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)1）無刷電機(jī)正向運(yùn)行184無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行CXSBFaCYBZAFf三相星形六磁狀態(tài)三相星形六磁狀態(tài)idNSnmax =120AA、B 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 185無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行CXSBFaCYBZAFfidNSnmin =60A電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度902minmaxav186無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行SCYBZAFaFfXBCASNSnidA、C 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 187無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)

50、行SCYBZAFaFfXBCASNSnid電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度188無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行SCYBZXAFfFaCBANSnidB、C 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 189無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行SCYBZXAFfFaCBANSnid電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度190無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行FfXBCYZABCAFaNSSnidB、A 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 191無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行FfXBCYZABCAFaNSSnid電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度192無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行BCASidC、A 相繞組通入直流電流相繞

51、組通入直流電流 id FfXBCYZAFaNSn193無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行BCASidFfXBCYZAFaNSn電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度194無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行XBCAZFaFfYBCANSSnidC、B 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 195無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行XBCAZFaFfYBCANSSnid電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 60 電角度電角度196無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行CXSBFaCYBZAFfidNSnAA、B 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 197無刷直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行 逆變器功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)逆變器功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào) V3300180180V1V4V

52、61202406060360120240300360V2V6V5tttttt 三相電流波形三相電流波形 120240300180240360iCiBiAttt6060120300180360ABACBCBAACCBBA198無刷直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)注：注：紅色紅色字體電壓表示霍爾元件輸出高電平信號(hào)；字體電壓表示霍爾元件輸出高電平信號(hào)；藍(lán)色藍(lán)色字體電壓表示霍爾元件輸出低電平信號(hào)。字體電壓表示霍爾元件輸出低電平信號(hào)?；魻栐盘?hào)霍爾元件信號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)導(dǎo)通繞組導(dǎo)通繞組導(dǎo)通管子導(dǎo)通管子導(dǎo)通繞組導(dǎo)通繞組導(dǎo)通管子導(dǎo)通管子ukA ukB ukC A BV1 V6A CV1 V2ukA uk

53、B ukCA CV1 V2A BV1 V6ukA ukB ukCB CV3 V2C BV5 V6ukA uKB ukCB AV3 V4C AV5 V4ukA uKB ukCC AV5 V4B AV3 V4ukA uKB ukCC BV5 V6B CV3 V2199無刷直流電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行反向運(yùn)行時(shí)的三相電流波形反向運(yùn)行時(shí)的三相電流波形 120300180240360iBiAtt60180360240iCt60120300200無刷直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)2）無刷電機(jī)反向運(yùn)行201無刷直流電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行AFaSCYBZXFfNSnA 、C 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id CBidA202無刷直

54、流電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 60 電角度電角度FfAFaSCYBZXNSnCBidA203無刷直流電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行FfAFaSCYBZNSnCBidAA 、B 相繞組通入直流電流相繞組通入直流電流 id 204無刷直流電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行AFaSCYBZNSnCBidA電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 60 電角度電角度Ff205無刷直流電動(dòng)機(jī)控制2. 無刷電機(jī)回饋制動(dòng) 206無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)正向制動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向正向制動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向正向電動(dòng)運(yùn)行正向電動(dòng)運(yùn)行 正向回饋制動(dòng)正向回饋制動(dòng)TemTem,nnTLTL207無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng) 回饋制動(dòng)原理 只要改變同一磁極下電樞電流的方向，就可改

55、只要改變同一磁極下電樞電流的方向，就可改變電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向變電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向（fem=Bl ia），產(chǎn)生制動(dòng)性產(chǎn)生制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)進(jìn)入正向制動(dòng)（回饋發(fā)電）狀態(tài)，質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)進(jìn)入正向制動(dòng)（回饋發(fā)電）狀態(tài)，將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能消耗在直流環(huán)的電阻將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能消耗在直流環(huán)的電阻Rh（或（或?qū)﹄姵爻潆姡?duì)電池充電）。208無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)CBididBCAAA B B A改變同一磁極下電樞電流的方向改變同一磁極下電樞電流的方向209無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng) 回饋制動(dòng)方法 改變同一磁極下電樞電流的方向，只須把同改變同一磁極下電樞電流的方向，只須把同一橋臂上下兩個(gè)功率管的導(dǎo)通時(shí)刻

56、互換即可。如一橋臂上下兩個(gè)功率管的導(dǎo)通時(shí)刻互換即可。如正向電動(dòng)時(shí)正向電動(dòng)時(shí)V1導(dǎo)通的時(shí)刻由導(dǎo)通的時(shí)刻由V4來代替，來代替，V6導(dǎo)通的導(dǎo)通的時(shí)刻由時(shí)刻由V3來代替，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生正向制動(dòng)性質(zhì)來代替，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生正向制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。的轉(zhuǎn)矩。210無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)CSBXFaCYBZAFfNSnid正向制動(dòng)前電機(jī)處于正向電動(dòng)狀態(tài)正向制動(dòng)前電機(jī)處于正向電動(dòng)狀態(tài)211無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)idBCASXFaCYBZAFfNSn正向制動(dòng)時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)改變方向正向制動(dòng)時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)改變方向212無刷直流電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)正向電動(dòng)狀態(tài)正向電動(dòng)狀態(tài) 回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)XFaCYBZAFfNSnXFaCYBZAFf

57、NSn213無刷直流電動(dòng)機(jī)控制正向電動(dòng)正向電動(dòng)反向電動(dòng)反向電動(dòng)正向回饋運(yùn)行正向回饋運(yùn)行正向回饋過程正向回饋過程反向回饋反向回饋1 12 23 34 4Temn214無刷直流電動(dòng)機(jī)控制 3. 無刷電機(jī)起動(dòng)與調(diào)速215無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速 1） 無刷電機(jī)起動(dòng)216 無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 同樣，同樣，無刷無刷直流電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流也很大，這是主電路功率開關(guān)管和電機(jī)電流也很大，這是主電路功率開關(guān)管和電機(jī)所不允許的。所不允許的。 通常采用降壓起動(dòng)，以限制起動(dòng)電流。通常采用降壓起動(dòng)，以限制起動(dòng)電流。 217無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速 2） 無刷電機(jī)調(diào)速218

58、無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速電動(dòng)汽車要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械特性電動(dòng)汽車要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械特性恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速219無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速調(diào)速方法 降壓調(diào)速降壓調(diào)速 弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速220無刷直流電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速tuput電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)三角波發(fā)生器輸出信號(hào)PWM 發(fā)生器輸出信號(hào)PWM 信號(hào)產(chǎn)生原理信號(hào)產(chǎn)生原理uruc221無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速調(diào)速方法 控制方法控制方法 結(jié)構(gòu)方法結(jié)構(gòu)方法222無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速 控制方法 即改變逆變器開關(guān)元件的觸發(fā)即改變逆變器開關(guān)元件的觸發(fā)角，使定子電流的相位提前，產(chǎn)生一個(gè)去磁的電角，使定子電流的相位提前，產(chǎn)生一個(gè)去磁的電樞磁動(dòng)勢(shì)，削弱永磁磁場(chǎng)。樞磁

59、動(dòng)勢(shì)，削弱永磁磁場(chǎng)。 加弱磁線圈 即在電機(jī)定子鐵芯中加入弱磁即在電機(jī)定子鐵芯中加入弱磁線圈，通入直流電流，產(chǎn)生一個(gè)軸向附加磁場(chǎng)，線圈，通入直流電流，產(chǎn)生一個(gè)軸向附加磁場(chǎng)，根據(jù)電流方向不同，可以削弱（或增加）永磁磁根據(jù)電流方向不同，可以削弱（或增加）永磁磁場(chǎng)。場(chǎng)。223無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速 控制方法224無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速Fad =0，無去磁作用，無去磁作用FFa= FaqCYBZAFfNSn= 90225無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速Fad 的最大去磁作用的最大去磁作用FaqFadFFaCYBZAFfNSn= 12090 120 226無刷直流電動(dòng)機(jī)增磁調(diào)速Fad 的最大增磁作用的最大增磁作用F

60、adFFaqFaCYBZAFfNSn= 60227無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速e, i003600iA1 8 015030eAiB150270eBeCiCttt電流超前電動(dòng)勢(shì)相位角電流超前電動(dòng)勢(shì)相位角228無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速1200 1600 2000 2400 n/ (r min-1)Tem (N.m)204060801201401600=45=40=30=0不同相位角不同相位角時(shí)無刷電機(jī)機(jī)械特性時(shí)無刷電機(jī)機(jī)械特性229無刷直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速 增大電流超前角增大電流超前角可顯著提高電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍；可顯著提高電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍； 的增大意味著電動(dòng)機(jī)直軸去磁電流的增大，直軸的增大意味著電動(dòng)機(jī)直軸去