第一章 緒 論
1.1 研究背景及問題的提出
自1831年世界上第一臺電機問世以來，電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活之中。電動機主要類型有同步電動機，異步電動機與直流電動機三種。其容量小到幾瓦大至上千萬瓦。眾所周知直流電動機具有運行效率高和調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點，但傳統(tǒng)的直流電機均采用電刷以機械方法進行換向，因而存在相對的機械摩擦并由此帶來噪聲、火花、無線電干擾以及使用壽命短等致命弱點，再加上制造成本高及維修困難等缺點，從而大大地限制了它的應(yīng)用范圍。致使目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，大多數(shù)均采用三相異步電動機。
永磁無刷直流電動機(PM-BLDCM: Permanent Magnet Brushless Direct Current Motor)是指無機械電刷和換向器(或集電環(huán))的永磁直流電機，又稱無換向器永磁直流電機，它是近年隨著科學技術(shù)的進步，新技術(shù)新材料的不斷涌現(xiàn)以及電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型電機，它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置，保留了有刷直流電動機寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能，同時又克服了有刷直流電動機機械換向帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等一系列的缺點，且降低了制造成本，簡化了電機維修，因此在各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，如:計算機的軟盤驅(qū)動裝置，人工智能機器人，CD機、空調(diào)器、電動交通工具乃至航空、航天航海業(yè)等。除具有有刷直流機的優(yōu)點外，還具有高能量密度，高轉(zhuǎn)矩慣性化高效率等特點，同時，現(xiàn)代電力電子技術(shù)和永磁材料的發(fā)展又為其發(fā)展提供了便利條件，因此PM-BLDCM具有很強的生命力和發(fā)展前途。早在1917年，Boliger就提出了用整流管代替有刷直流電機的機械電刷，從而誕生了無刷直流電機的基本思想。在上世紀30年代，就有人開始研制以電子換向來代替電刷機械換向的無刷直流電動機，并且取得了一定的成果。但是由于當時大功率電子器件僅處于初級發(fā)展階段，沒能找到理想的電子換相元器件，使得這種電機只能停留在實驗室研究階段，而無法推廣使用。1955年，美國D.Harrison等人首次申請了用晶體管換向線路代替有刷直流電動機機械電刷的專利，誕生了現(xiàn)代無刷電機的雛形。無刷直流電機真正進入實用階段應(yīng)從1978年開始，當時原西德MANNESMANN公司的Indramat分部在漢諾威貿(mào)易博覽會上，正式推出MAC經(jīng)典無刷直流電機及其驅(qū)動器。
70年代以來，隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，許多新型的高性能半導體功率器件，如GTRMOSFET IGBT等相繼出現(xiàn)，以及高性能永磁材料，如杉鉆、錢鐵硼等的問世，為無刷直流電動機的廣泛應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。二十世紀80年代在國際上對永磁無刷電機開展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波無刷直流電機。目前，無刷直流電機在國際上已得到較為充分的發(fā)展。我國無刷直流電機的研制上作始于二十世紀70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。限于我國元器件水平及相關(guān)理論與實踐相結(jié)合的程度還比較低，尤其是制造工藝和加工設(shè)備距離國際水準差距較大，所以目前我國無刷電機綜合水平仍低于國際水平，有待進一步的研究和開發(fā)[1][2]。
由于永磁無刷直流電動機既具備感應(yīng)電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機調(diào)速性能好，以及永磁電動機運行效率高、無勵磁損耗等諸多特點，故在當今國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益普及。