【正文】 30%的增幅發(fā)展，現(xiàn)代電器朝著節(jié)能、低噪音、智能化和高可靠性方向發(fā)展。航空航天用無刷直流電機(jī)：利用電機(jī)驅(qū)動設(shè)備代替氣動和液壓傳動裝置已成為航空航天發(fā)展中的一種趨勢。特別在汽車、航空、家用電器等行業(yè)中發(fā)展較好[15]。繞組導(dǎo)電以后，和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場相互作用，產(chǎn)生力或力矩，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，故又將定子繞組稱為電樞繞組。主磁場一般由轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生，從S極回到N極而閉合。 無刷直流電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)和定子繞組磁路是指磁通能通過的路徑，無刷直流電機(jī)中，轉(zhuǎn)子上安裝永磁體，作為磁極，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極多是4個或6個永磁體。 無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動原理，定子的線圈一端接電源，其余三相接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時功率管的G極接+12V，功率管導(dǎo)通，對應(yīng)的相線圈通電。 無刷直流電機(jī)的工作原理無刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組，轉(zhuǎn)子是永磁體。 無刷直流電機(jī)模型、星形連接無刷直流電機(jī)，定子在內(nèi)，轉(zhuǎn)子在外，結(jié)構(gòu)與直流電機(jī)很相似。然而，結(jié)構(gòu)上有明顯的區(qū)別：無刷直流電機(jī)沒有有刷直流電機(jī)中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。 無刷直流電機(jī) 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 無刷直流電機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器組成。由于無刷直流電機(jī)的廣泛使用，無刷直流電機(jī)的理論也不斷得到修改完善。目前，我國無刷直流電機(jī)的系列產(chǎn)品越來越多，形成了生產(chǎn)規(guī)模。20世紀(jì)70年代初，德國人Blaschke提出矢量控制理論，無刷直流電機(jī)的性能控制水平得到進(jìn)一步的提高，極大地推動了電機(jī)在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用。1955年，形成了現(xiàn)代無刷直流電動機(jī)的雛形。 無刷直流電機(jī)的發(fā)展概況無刷直流電動機(jī)是由有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展過來的。本次設(shè)計采用第一種定義，把具有方波/梯形波無刷直流電機(jī)稱為無刷直流電機(jī)。另一種是方波/梯形波直流電機(jī)和正弦波直流電機(jī)都是無刷直流電機(jī)。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 29 頁 共 29 頁1 引言無刷直流電機(jī)最本質(zhì)的特征是沒有機(jī)械換向器和電刷所構(gòu)成的機(jī)械接觸式換向機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在，無刷直流電機(jī)定義有倆種：一種是方波/梯形波直流電機(jī)才可以被稱為無刷直流電機(jī)，而正弦波直流電機(jī)則被認(rèn)為是永磁同步電機(jī)。國際電器制造業(yè)協(xié)會在1987年將無刷直流電機(jī)定義為“一種轉(zhuǎn)子為永磁體，帶轉(zhuǎn)子位置信號，通過電子換相控制的自同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)”，其換相電路可以是獨(dú)立的或集成于電機(jī)本體上的。從20世紀(jì)90年代開始，由于人們生活水平的不斷提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都向著高效率化、小型化及高智能化發(fā)展，電機(jī)作為設(shè)備的重要組成部分，必須具有精度高、速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此無刷直流電機(jī)的應(yīng)用也發(fā)展迅速[1]。19世紀(jì)40年代，第一臺直流電動機(jī)研制成功，經(jīng)過70多年不斷的發(fā)展，直流電機(jī)進(jìn)入成熟階段，并且運(yùn)用廣泛。在20世紀(jì)60年代初，霍爾元件等位置傳感器和電子換向線路的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著真正的無刷直流電機(jī)的出現(xiàn)。1987年，在北京舉辦的德國金屬加工設(shè)備展覽會上，西門子和博世兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，引起了我國有關(guān)學(xué)者的注意，自此我國開始了研制和開發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)和驅(qū)動的熱潮。無刷直流電動機(jī)的發(fā)展主要取決于電子電力技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電機(jī)發(fā)展的初期，由于大功率開關(guān)器件的發(fā)展處于初級階段，性能差，價格貴，而且受永磁材料和驅(qū)動控制技術(shù)的約束，這讓無刷直流電動機(jī)問世以后的很長一段時間內(nèi)，都停留在實(shí)驗(yàn)階段，無法推廣到實(shí)際中使用，1970年以后，半導(dǎo)體的快速發(fā)展，許多新型的全控型半導(dǎo)體功率器件（如MOSFET、IGBT等）不斷出現(xiàn)，而且高性能的永磁材料（如SmCo、NsFeB）陸續(xù)出現(xiàn)[2]，這些都為無刷直流電機(jī)廣泛應(yīng)用提供了有利的條件。1986年，這樣標(biāo)志著無刷直流電機(jī)在理論上走向成熟。它和有刷直流電機(jī)有著很多共同點(diǎn)，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相似（原來的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ樱@組的接線一樣[3]。這樣，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，減少了電機(jī)的制造和維護(hù)成本，但無刷直流電機(jī)不會自動換相，這使的電機(jī)控制器成本的提高。另一種無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反，轉(zhuǎn)子在內(nèi)，定子在外。檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的相應(yīng)線圈通電，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。三個位置傳感器隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，依次導(dǎo)通，對應(yīng)線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也轉(zhuǎn)動起來，這就是無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動原理。轉(zhuǎn)子數(shù)目增加，相應(yīng)的定子繞組也增加，但不需要增加驅(qū)動電路數(shù)目。繞組是指按照一定規(guī)律連接起來的一組線圈總體。 無刷直流電機(jī)的應(yīng)用近年來，我國中小型電機(jī)和微特電機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，是由于其本身具有高效率、壽命長、低噪音和較好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性的優(yōu)點(diǎn)。車用無刷直流電機(jī)：電機(jī)可以作為驅(qū)動的核心部件，而且還可以用在汽車空調(diào)、雨刮器、電動車門、安全氣囊、電動座椅等驅(qū)動上。航空航天電機(jī)由于其應(yīng)用場合的特殊性，一般要求所用電機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡單?？照{(diào)和冰箱中都有壓縮機(jī)電機(jī)，傳統(tǒng)的壓縮機(jī)一般是異步電機(jī)，其效率和功率因數(shù)較低，采用變頻技術(shù)以后，情況有所改善。無刷直流電機(jī)不僅能克服傳統(tǒng)家用電機(jī)的部分缺點(diǎn)，給人們的居家生活帶來更高的舒適性，還能降低能源耗損，更好的實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。這種高性能無刷直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的采用能大大改善產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的價值。無刷直流電機(jī)驅(qū)動的激光打印機(jī)產(chǎn)品也已經(jīng)有了較長的歷史，它的轉(zhuǎn)速可以在每分鐘幾千到幾萬轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)精確控制，具有很好的技術(shù)和市場競爭力。 無刷直流電機(jī)的發(fā)展趨勢 新電子技術(shù)、新器件、新材料及新的控制方法的出現(xiàn)將進(jìn)一步推動無刷直流電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用[11 ~14]。 (2) 永磁材料對無刷直流電機(jī)發(fā)展的影響 電機(jī)的小型化、輕量化及高效化與磁性材料的發(fā)展息息相關(guān)。 (3) 新型無刷直流電機(jī)的開發(fā) 在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，速度和轉(zhuǎn)矩波動一直是需要進(jìn)一步解決的問題，尤其是用于視聽設(shè)備、航空電氣、計算機(jī)中的無刷直流電機(jī)，更要求其具有運(yùn)行平穩(wěn)、精度高、噪聲小等特點(diǎn)。 (4) 先進(jìn)控制策略的應(yīng)用 現(xiàn)代工業(yè)中對電機(jī)性能的要求越來越高，無刷直流電機(jī)性能的改善可以通過電機(jī)本體優(yōu)化設(shè)計及電力電子裝置的控制來實(shí)現(xiàn)，也可以利用各種先進(jìn)的控制策略來實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計課題的任務(wù)和內(nèi)容 (1) 學(xué)習(xí)無刷直流電機(jī)的基本原理、磁路結(jié)構(gòu)、定子繞組特點(diǎn)和設(shè)計計算方法。(3) 設(shè)計輸出功率小于100W三相無刷直流電機(jī)的控制和檢測系統(tǒng)。(b) 無刷直流電機(jī)三相Y型連接全控電路。 (4) 采用專用集成電路實(shí)現(xiàn)三相無刷直流電機(jī)的換相、正反轉(zhuǎn)和PWM轉(zhuǎn)速控制。 (6) 繪出專用集成電路控制方式的PCB圖和三維仿真圖。 本章總結(jié) 本章介紹了無刷直流電機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、工作原理、應(yīng)用及發(fā)展趨勢，最后明確了本課題的設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容。硬件部分由電源路、驅(qū)動電路、微處理器控制電路與保護(hù)電路等組成。 有位置傳感器的無刷直流電機(jī)硬件系統(tǒng)框圖(1) 電源路電源路主要由直流電源組成。IR2110芯片主要有三個功能：邏輯輸入。IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。為了避免隔上臂短路，在電路中加入離二極管和自舉電容。位置檢測包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測兩種方式?；魻栐垂δ芊挚煞謥砭€性霍爾元件和開關(guān)霍爾元件。線性霍爾元件的精度高、線性度好，溫度范圍寬；開關(guān)霍爾元件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出小形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高、溫度范圍寬。或120176。(5)保護(hù)電路 由于在電機(jī)啟動時，轉(zhuǎn)速比較低，反電動勢很小，啟動電流大，對電機(jī)損害較大，必須要設(shè)計保護(hù)電