直流電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但普通的直流電動(dòng)機(jī)由于需要機(jī)械換相和電刷，可靠性差，需要經(jīng)常維護(hù)；換相時(shí)產(chǎn)生電磁干擾，噪聲大，影響了直流電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用。為了克服機(jī)械換相帶來(lái)的缺點(diǎn)，以電子換相取代機(jī)械換相的無(wú)刷電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。1955年美國(guó)D．Harrison等人首次申請(qǐng)了用晶體管換相電路代替機(jī)械電刷的專(zhuān)利，標(biāo)志著現(xiàn)代無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的誕生。而電子換相的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)真正進(jìn)入實(shí)用階段，是在1978年的MAC經(jīng)典無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的推出。之后，國(guó)際上對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了深入的研究，先后研制成方波無(wú)刷電機(jī)和正弦波直流無(wú)刷電機(jī)。20多年以來(lái)，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)特別是大功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，無(wú)刷電動(dòng)機(jī)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)不是專(zhuān)指具有電子換相的直流電機(jī)，而是泛指具有有刷直流電動(dòng)機(jī)外部特性的電子換相電機(jī)。
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)不僅保持了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)、靜態(tài)調(diào)速特性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、易于控制。其應(yīng)用從最初的軍事工業(yè)，向航空航天、醫(yī)療、信息、家電以及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速發(fā)展。
在結(jié)構(gòu)上，與有刷直流電動(dòng)機(jī)不同，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子繞組作為電樞，勵(lì)磁繞組由永磁材料所取代。按照流入電樞繞組的電流波形的不同，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可分為方波直流電動(dòng)機(jī)（BLDCM）和正弦波直流電動(dòng)機(jī)（PMSM），BLDCM用電子換相取代了原直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換相，由永磁材料做轉(zhuǎn)子，省去了電刷；而PMSM則是用永磁材料取代同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，省去了勵(lì)磁繞組、滑環(huán)和電刷。在相同的條件下，驅(qū)動(dòng)電路要獲得方波比較容易，且控制簡(jiǎn)單，因而B(niǎo)LDCM的應(yīng)用較PMSM要廣泛的多。
直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)一般由電子換相電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路和電動(dòng)機(jī)本體三部分組成，電子換相電路一般由控制部分和驅(qū)動(dòng)部分組成，而對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)一般用位置傳感器來(lái)完成。工作時(shí)，控制器根據(jù)位置傳感器測(cè)得的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有序的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路中的各個(gè)功率管，進(jìn)行有序換流，以驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。本文從無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的三個(gè)部分對(duì)其發(fā)展進(jìn)行分析。
2 各組成部分發(fā)展?fàn)顩r
2．1 電動(dòng)機(jī)本體
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動(dòng)機(jī)基本一樣，但它的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子采用的重量、簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、提高了性能，使其可靠性得以提高。無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與永磁材料的發(fā)展是分不開(kāi)的，磁性材料的發(fā)展過(guò)程基本上經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：鋁鎳鈷，鐵氧體磁性材料，釹鐵硼（NdFeB）。釹鐵硼有高磁能積，它的出現(xiàn)引起了磁性材料的一場(chǎng)革命。第三代釹鐵硼永磁材料的應(yīng)用，進(jìn)一步減少了電機(jī)的用銅量，促使無(wú)刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能的方向發(fā)展。
目前，為提高電動(dòng)機(jī)的功率密度，出現(xiàn)了橫向磁場(chǎng)永磁電機(jī)，其定子齒槽與電樞線圈在空間位置上相互垂直，電機(jī)中的主磁通沿電機(jī)軸向流通，這種結(jié)構(gòu)提高了氣隙磁密，能夠提供比傳統(tǒng)電機(jī)大得多的輸出轉(zhuǎn)矩。該類(lèi)型電機(jī)正處于研究開(kāi)發(fā)階段。
2．2 電子換相電路
控制電路：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路中的功率開(kāi)關(guān)器件，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩以及保護(hù)電機(jī)，包括過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)�？刂齐娐纷畛醪捎媚M電路，控制比較簡(jiǎn)單。如果將電路數(shù)字化，許多硬件工作可以直接由軟件完成，可以減少硬件電路，提高其可靠性，同時(shí)可以提高控制電路抗干擾的能力，因而控制電路由模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路
目前，控制電路一般有專(zhuān)用集成電路、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等三種組成形式。對(duì)電機(jī)控制要求不高的場(chǎng)合，由專(zhuān)業(yè)集成電路組成控制電路是簡(jiǎn)單實(shí)用的方法；由于數(shù)字信號(hào)處理器運(yùn)算快，外圍電路少，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、可靠，使得直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的組成大為簡(jiǎn)化，性能大大改進(jìn)，有利于電機(jī)的小型化和智能化，因而數(shù)字信號(hào)處理器是控制電路發(fā)展的方向。
驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，并受控于控制電路。驅(qū)動(dòng)電路由大功率開(kāi)關(guān)器件組成。正是
