早在上世紀誕生電機的時候,發生的實用性電機就是無刷形式,即交流鼠籠式異步電念頭,這種電念頭得到廣泛的應用。又稱無換向器電機。跟著應用領域的擴大,對直流電機的要求也就越來越高,有接觸的機械換向裝置限制了有刷直流電機在很多場合中的應用。為了取代有刷直流電機的電刷-換向器結構的機械接觸裝置,人們曾對此作過長期的探索。
法拉第發現了電磁感應現象,1831 年。但是異步電念頭有很多無法克服的缺陷,以致電機技術發展緩慢。本世紀中葉誕生了晶體管,因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機就應運而生了這種新型無刷電機稱為電子換向式直流電機,克服了第一代無刷電機的缺陷。從 19 世紀 40 年代研制勝利第一臺直流電機,經由大約 17 年的時間,直流電機技術才趨于成熟。奠定了現代電機的基本理論基礎。直流無刷電機是指無電刷和換向器 ( 或集電環 ) 電機,直流無刷電機是由電念頭主體和驅動器組成。 1915 年,美國人 Langnal 發明了帶控制柵極的汞弧整流器,制成了由直流變交流的逆變裝置。 20 世紀 30 年代,有人提出用離子裝置實現電機的定子繞組按轉子位置換接的所謂換向器電機,但此種電機因為可靠性差、效率低、整個裝置輕盈又復雜而無實用價值。
一種典型的機電一體化產品。
為了克服這些弊端,人們采用了離心裝置的換向器,或采用在定子上放置輔助磁鋼的方法來保證電機可靠地起動。帶來了電力半導體技術的奔騰。題目在于,首先,當轉子不轉時,信號繞組內不能產生感應電動勢,晶體管無偏置,功率繞組也就無法饋電,所以這種無刷直流電機沒有起動轉矩;其次,因為信號電動勢的前沿陡度不大,晶體管的功耗大。半導體技術的飛速發展,使人們對 1879 年美國人霍爾發現的霍爾效應再次發生愛好,經由多年的努力,終于在 1962 年試制成功了借助霍爾元件(霍爾效應轉子位置傳感器)來實現換相的無刷直流電機。此基礎上,德國人 R Hanitsch 試制勝利借助數字式環形分配器和過零鑒別器的組合來實現換相的無位置傳感器無刷直流電機。 ⒛世紀 60 年代初期,接近開關式位置傳感器、電磁諧振式位置傳感器和高頻耦合式位置傳感器接踵問世,之后又泛起了磁電耦合式和光電式位置傳感器。但前者結構復雜,而后者需要附加的起動脈沖。 1968 年,德國人 W Miesling 提出采用電容移相實現換相的新方法。試制各種類型的位置傳感器的同時,人們試圖尋求一種沒有附加位置傳感器結構的無刷直流電機。 1955 年,美國人 Harrison 首次提出了用晶體管換相線路代替電機電刷接觸的思惟,這就是無刷直流電機的雛形。由功率放大部門、信號檢測局部、磁極體和晶體管開關電路等組成,其工作原理是當轉子旋轉時,信號繞組中感應出周期性的信號電動勢,此信號電動勢分別使晶體管輪流導通實現換相。 ⒛世紀 70 年代初期,又試制成功了借助比霍爾元件的敏捷度高千倍左右的磁敏二極管實現換相的無刷直流電機。開關型晶體管的研制勝利,科學技術的迅猛發展。其后,經由反復的試驗和不斷的實踐,人們終于找到用位置傳感器和電子換相線路來代替有刷直流電機的機械換向裝置,從而為直流電機的發展開辟了新的途徑。 為創造新型直流電機 無刷直流電機帶來了氣憤但愿。
直流無刷電機的意義
推動了電動汽車的發展,人們對環境和能源的日益關注。加速了世界強國在電動汽車領域的競爭。目前電池技術制約下,如何提高電能效率、提高電動汽車續駛歷程,電動汽車行業關注的焦點。無刷直流電機啟動轉矩大、調速性能好、效率高、能量密度大、過載能力強、性能穩定、平安可靠,電動汽車的理想驅動電機。無刷直流電機的產業化生產,對提高電動汽車性能、促進電動汽車行業發展、使我國電動汽車行業趕超世界先進水平具有積極的促進作用。
直流無刷電機的先進性
另外,通用電機的最大效率點均設計在額定點四周,當負載偏離額定點時,電機效率急劇下降,影響了車輛的續駛里程。 因此電機的起念頭能、加速機能、低速時的效率、制動時的能量再生能力、電機的過載能力、電機的能量密度、電機可靠性對電動車輛尤為重要,衡量電動車輛電機的重要指標。開關磁阻電機在低速時具有較大的轉矩,但效率偏低,永磁同步電機具有較高的效率,但低速時轉矩無法晉升。通用電機的負載特性為恒負載特性,而電動車輛特性為變負載特性,兩者特性不匹配,影響了電機出力,進而影響了電動車輛機能。目前電動車輛還沒有專用電機可選,只能選用通用電機,如直流串激電機、直流并激電機、永磁直流電機、異步電機等。只有無刷直流電機具備了以上電機的所有長處,具有串激直流電機的低速轉矩晉升功能、并激直流電機的調速機能、永磁同步電機的高效特性和接近異步電機的可靠性,非常適合電動車輛的需要。車輛大部門時間處于啟動、加速、制動的工作狀態,電動車輛主要用于城市交通。無刷直流電機的現狀
目前無刷直流電機研究剛剛起步,主要集中在高等學校,如浙江大學、北京航空航天大學、上海交通大學等,均在進行 1.5kw 以下樣機的研究試驗,清華大學正在做 15KW 電機的樣機實驗,中科院正在做 28 KW 電機的樣機實驗。 。無刷直流電機是三種電機的集合,電機發展的高層次產品,代表電機的發展方向。國三種電機的出產分工較為明確,電機分為直流電機、同步電機和異步電機。國際發達國家對無刷直流電機的研制與中國大體相稱,但像美國、日本在無刷直流電機控制方面比中國提高前輩。企業中出產高機能、大容量這種電機的廠家還沒有,只有出產結構簡樸、機能較低、容量在 0.2KW 以下、用于電動自行車電機的廠家。