无刷直流电动机：机电一体化电机的未来之路

无刷直流电动机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化电机，它是现代电子技术、控制理论和电机技术相结合的产物。因其较高的可靠性，无刷直流电动机最先在宇航技术中得到应用。无刷直流电动机以电子换相代替了普通直流电动机的机械换向，从而提高了可靠性。因此作为无刷直流电动机用户，最佳采购方式是电机供应商和控制器供应商是来自同一家公司。

理论教育 2023-06-15

如何选择成对槽极数组合与槽极数比

如上所述，集中绕组单元电机的槽极数组合总是成对出现的，它们有下式所示的关系：Z0=2p0±N对于相同的N，同一个槽数Z0的铁心，两种极数2p0下有相同的绕组系数。通常有较多极数的比较小极数的有较大的LCM，随之有较小的齿槽转矩。此外，如5.3.4节所述，当Z为奇数单元电机时，存在不平衡拉力问题。综合上述分析，成对出现的分数槽集中绕组电机槽极数组合宜选择极数大于槽数的组合。

理论教育 2023-06-15

转子磁路基本结构形式简介

在径向磁路结构中，按转子与定子相对关系又可分为内转子和外转子结构形式。图6-2给出几种轴向磁路结构电机基本结构示意图。此外，外转子结构的高转动惯量非常有效地减少转矩波动。V形永磁体转子结构的缺点是磁桥的存在导致有高的漏磁。内置式还有如W形永磁体转子结构、多层磁体转子结构等多种结构形式。

理论教育 2023-06-15

Halbach阵列结构：高效能的电磁体设计方案

后来被称为Halbach阵列结构。在永磁电机设计中采用Halbach阵列，可使气隙侧的磁通密度大幅增加，而转子轭部磁通减小，最适合采用表贴式永磁体的内转子或外转子结构。如图6-4所示，每个磁极为由三片不同磁化方向磁片组成的Halbach阵列结构，显示转子内孔磁场已经很弱。对电机转子Halbach阵列，每极分别分割为由2、3、4、5片磁片组成情况下进行有限元分析，研究它们的齿槽转矩和反电动势波形。采用Halbach阵列结构的齿槽转矩也得到改善。

理论教育 2023-06-15

选择与应用：分数槽集中绕组槽极数组合

如前所述，集中绕组的好处是绕组端部短，齿槽转矩和转矩脉动低，因为有较少的槽定子容易装配和以更便宜的方法生产。在此基础上，本节继续展开对分数槽集中绕组槽极数组合的讨论，分析影响槽极数Z/p组合选择的若干制约因素：奇数槽或偶数槽、单层绕组或双层绕组、绕组磁动势谐波与转子涡流损耗、Z/p组合的最小公倍数值和齿槽转矩、绕组排列与不平衡径向磁拉力、转矩波动等。

理论教育 2023-06-15

起停控制和软起动技术解析

有些控制器有PWM信号接口，该信号占空比为零时电动机停转。无刷直流电动机最好采用具有软起动功能的控制器，以降低电动机起动时过大的电流冲击，转速能够平稳上升，减小转速的过冲，并以较短时间到达预定转速。常见的软起动是采用PWM方法。软起动驱动器通常使脉宽调制占空比从零开始上升，慢慢增加到较大，直至预定转速。一般来说，50至几百毫秒的软起动斜坡足以限制电流的冲击。

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卡尔曼滤波法在扩展中的应用

参考文献[14]介绍利用美国ANALOG DEVICES公司的ADSP330 DSP电机控制器来实现的扩展卡尔曼滤波无刷直流电动机无位置传感器的控制方法，该算法只需要一个4电阻分压网络，并由此可以得到电机的位置、速度和转矩的信息。利用DSP的快速计算能力实现了卡尔曼滤波的算法，保证了位置检测的快速和准确性，使系统控制效率和鲁棒性大大提高，同时降低了噪声。

理论教育 2023-06-15

磁敏式位置传感器及应用简介

磁敏式位置传感器是利用对磁场敏感的半导体元件制成的，如霍尔效应或磁阻效应元件。常见的磁敏式位置传感器有霍尔元件或霍尔集成电路、磁敏电阻以及磁敏二极管等。其中基于霍尔效应原理的霍尔元件、霍尔集成电路统称为霍尔效应磁敏传感器，简称霍尔传感器。目前，霍尔集成电路传感器是无刷直流电动机最主要使用的转子位置传感器。

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计算与分析9.2.3换相时间t1及其条件T=1

许多文献分析无刷电机转矩波动时，特别提及A相电流降到零所需要的时间t1与一个换相周期时间T关系问题。控制换相过程中两换相绕组电流的变化率相等是抑制换相转矩波动的关键所在。换句话说，期望t1/T=1。2）当x很大时，t1/T趋近于零。按式（9-6）计算得到符合t1/T=1的条件的Ku和x组合表示于图9-8中。在Ku=0.5（半速区）时，只有当x小于0.01，才出现t1/T=1。当x大于0.5以后，都不可能出现t1/T=1的情况。

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三相无刷直流电动机的两种绕组接法及转换关系

在只考虑电动势的基波条件下，有又 ，设一相绕组的匝数为，线径为，所占槽面积为S，又Ke、Ks、、Kr分别是与相电动势、槽满率、电流密度、电阻有关的系数。表3-28 一个周期内一相绕组电流变化两种接法三相绕组的平均铜损耗计算如下：得分析表明，两种绕组接法的绕组平均铜损耗也是相同的。

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简洁表达式和函数关系图：平均电流和电磁转矩

在上一小节推导出了梯形波反电动势无刷直流电动机三相六状态运行方式下平均电流Iav和平均电磁转矩Tav的表达式。如果略去Iaa，由式，将式简化，平均电磁转矩比的简化公式为图4-14 平均电流比KA函数关系图图4-15 平均电磁转矩比Kτ函数关系图

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单相无刷直流风机基本换相电路优化

现在的无刷直流风机基本上是按单相设计的，大多是双绕组的，也有单绕组的，所以有半波和全波驱动的专用集成电路与之相适应。需要指出，有些半导体公司将双绕组单相无刷直流风机称为两相无刷直流风机，这是不确切的，请读者选择电路时注意。

理论教育 2023-06-15

微控制器MCU和L6235的驱动控制电路优化方案

意法公司的L6235是一个有较大输出功率的三相无刷直流电动机驱动器。L6235设有一个测速输出，利用它可构成一个简单而有效的速度控制，如图12-40所示。下面给出由一个微控制器MCU与L6235组合构成三相无刷直流电动机驱动的应用电路例子，如图12-41所示。图12-40 L6235外接一个运放组成转速闭环控制设计例图12-41 一个微控制器MCU与L6235组合应用电路示例

理论教育 2023-06-15

微控制器和数字信号处理器的无传感器控制技术优化

它们采用反电动势检测方法和开环起动方法实现无刷直流电动机无位置传感器的控制。并采用相电流重叠导通功能降低电机的噪声，可用于家电洗衣机等无刷电机的驱动控制。图13-7 东芝TB6588FG无传感器驱动器应用原理图近年，出现了STMicroelectronics的ST7系列等微控制器，以及Texas Instruments的TMS320系列、Motorola的DSP568xx系列、Freescale的MC56F801x系列数字信号处理器等专用控制芯片。这些专用控制芯片的出现大大促进了无传感器控制的应用。

理论教育 2023-06-15

无刷电机集中绕组槽漏感计算方法

无刷直流电动机原理结构与一般永磁同步电动机相同，其电感计算可参考传统的永磁同步电动机计算方法进行。目前，采用有限元计算电感参数的首选是能量摄动法。下面只介绍集中绕组分数槽无刷电机的槽漏感Ls和绕组端部漏感Lew的计算方法。以图4-25的梯形槽为例，其他槽形的槽比漏磁导的计算，可参见有关交流电机设计书籍。

理论教育 2023-06-15

绕组电感对无刷直流电动机性能的影响分析

在上节我们论证了所有不同相数、不同绕组连接和工作方式下的电子换相无刷直流电动机在低速工作时，具有线性的转矩—转速机械特性、转矩—电流特性和电压—转速调节特性。无刷直流电动机与此有关的理论必须相应修正。高速无刷直流电动机在一定的供电电压下工作，较之尺寸相近的中、低速无刷电动机，每相串联绕组匝数必然大大减少。实际上，绕组电感的存在，首先是使无刷直流电动机特性非线性，机械特性由线性硬特性变为软特性。

理论教育 2023-06-15