【摘 要】本文從市場需求、應(yīng)用領(lǐng)域、運動控制技術(shù)及電機的特點出發(fā)，指出近年來無刷直流電動機銷售量的增長速度很快，在運動控制技術(shù)領(lǐng)域占有較大的比例。無刷直流電動機在工廠自動化設(shè)備中應(yīng)用廣泛，可望取代有刷直流電動機，并向著高速，高性能、低成本的方向發(fā)展。
與有刷直流電動機相比，無刷直流電動機具有體積小、重量輕、效率高，性能好、使用壽命長和維護少的優(yōu)點。據(jù)美國MTT預(yù)測公司的用戶研究報告——《直流無刷運動技術(shù)》(1986年～1991年)的分析和預(yù)測，在世界范圍內(nèi)，各種運動控制技術(shù)正在不斷發(fā)展，許多公司都投入這一技術(shù)領(lǐng)域，因此，通過競爭使無刷直流電機技術(shù)得到了充分展示。1986年美國各種控制電機及配套裝置的市場銷售額約為17億美元，到1991年將達到3l億美元，年增長率為13.7％，其中電機的銷售額1986年占67.8％，從1986年～1991年整個時期看，電機銷售額在逐年遞增，這是因為配套裝置更多地采用了半導(dǎo)體元件，使平均成本降低，而磁鋼及其它電機材料費用則在總體上不斷增加。
據(jù)統(tǒng)計，1986年在美國市場所有的控制電機中，有刷直流伺服電機占有58％的市場份額，無刷直流電機僅占15.1％，但由于對傳動產(chǎn)品的需求不斷增加，而電子設(shè)備的成本又在不斷降低，給有刷直流伺服電機銷售帶來一定影響，1991年它的市場份額將降低至41.5％。從廣義上來看無刷技術(shù)(即把步進電機和交流調(diào)速電機都包括在其中)在1991年將占到整個市場份額的58％以上。表1為美國控制電機和配套裝置的市場消費量。
MTT研究報告指出，就1986年美國市場無刷直流電機本身而言，銷售量為5.6百萬臺，1.77億美元，在全部電機中占16％；1991年無刷直流電機的消費量可望達到26.5百萬臺，6.3億美元。在全部控制電機中，無刷直流電機1986年占7％，1991年將占16％，增長速度最快。表2列出了美國市場的無刷直流電機在各應(yīng)用領(lǐng)域所占的份額。
從表中可知，無刷直流電機將在各個運動控制市場占有較大的份額。①辦公自動化(計算機，商務(wù)設(shè)備)方面，無刷直流電機增長幅度****，但所占份額較大；②工廠自動化方面，無刷直流電機采用具有主軸和位置功能的新設(shè)計；同時，無刷直流電機也正在進入大功率領(lǐng)域，如液力運動系統(tǒng)；③國防和航天方面，無刷直流電機要求體積更小，重量更輕，效率更高和適用性更強；④汽車和家電產(chǎn)品方面增長最快，主要用于增加各種使用和方便功能(如一輛普通汽車中已需25臺輔助電機；****汽車中達70臺輔助電機)，無刷直流電機在這一應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑵鸬街匾奶娲饔谩?/DIV>
在擁有無刷直流電機技術(shù)的企業(yè)中，沒有一家公司的銷售量超過美國市場的1O％，或者在任何一個應(yīng)用領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。銷售量****的有20家公司占據(jù)市場銷量的63％。其中，F(xiàn)ANUC USA公司在工廠自動化領(lǐng)域，Nidec公司在辦公自動化領(lǐng)域，Papst公司在儀器設(shè)備領(lǐng)域和Kollmorgen公司在國防和航天領(lǐng)域為最主要的生產(chǎn)廠商。
3 應(yīng)用場合和發(fā)展動向
當(dāng)前，對運動控制起到推動作用的三種最為顯著的技術(shù)是電子換向、稀土永磁材料和計算機接口。
目前有刷直流電機技術(shù)仍然是最重要的伺服類型，但是無刷直流電機正在日益顯示出重要性。據(jù)報道，步進電機為高精度運動控制提供了******的方法。無刷直流電機與有刷直流伺服電機的不同之處在于，它無需維修、運行速度更高、并且沒有換向限制。因此，應(yīng)用范圍逐步擴大，使市場需求量有很大增加。由于電氣伺服機構(gòu)的用途增加，用戶希望通過對伺服技術(shù)的選擇，大大改善設(shè)備和系統(tǒng)的性能，從而對伺服技術(shù)的選擇就變得更為苛刻。鑒于這一原因，伺服電機制造廠急于發(fā)展能滿足用戶各種要求的技術(shù)。伺服系統(tǒng)及其主要用途如附圖所示。
無刷直流電機在各種工廠自動化設(shè)備中 應(yīng)用廣泛，在要求高轉(zhuǎn)速或要求伺服機構(gòu)作為設(shè)備和系統(tǒng)的一個運動部件的許多領(lǐng)域中已成為必不可少的產(chǎn)品。在不少應(yīng)用場合，它可望取代有刷直流伺服電機。但是，由于直流伺服電機生產(chǎn)成本低、控制能力及其它特性良好，仍將繼續(xù)保持需求。事實上，無刷直流電機也有其自身不足，包括造價高，難以微型化的復(fù)雜控制等。在某些情況下，這些缺點已成為無刷直流電機的發(fā)展障礙。目前，電子技術(shù)、控制技術(shù)和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)正在逐步解決這些生產(chǎn)發(fā)展技術(shù)問題，因此，無刷直流電機的性能和功能可望進一步得到提高。從最近投入市場的產(chǎn)品可以看到，一些制造廠商正在致力于開發(fā)高速、高性能的通用型無刷直流電機，并提供****值編碼器和防爆型電機，以擴大產(chǎn)品品種。有關(guān)無刷直流電機和有刷直流伺服電機各種技術(shù)性能比較見表3。
4 結(jié)語
無刷直流電機通常用于對一個機構(gòu)進行加速或減速。為了做到迅速地加速和減速，需要有一個較大的轉(zhuǎn)矩。在無刷直流電機中，其著重點在于控制特性和效率。作為控制電機，直流伺服電機工作特性好，而得以廣泛應(yīng)用。但電刷和整流子構(gòu)成的機械整流裝置是它的主要缺點，這種整流裝置使直流伺服電機在使用中需要經(jīng)常進行維修檢查。另外它的性能和使用壽命都有一定的限制。無刷直流電機配上伺服驅(qū)動裝置后，可實現(xiàn)高速、高功率驅(qū)動，且無換向限制。
近年來，伺服技術(shù)在數(shù)控機床，工業(yè)機器人和半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。伺服電機、步進電機、速度控制電機等都可作為控制電機使用，然而由于伺服電機對速度、位置和其它指令的快速精確響應(yīng)性能，令其它電機無可比擬。同時，伺服電機驅(qū)動裝置技術(shù)正變得日趨成熟。依靠伺服驅(qū)動裝置就可通過多相交流電進行驅(qū)動，通過變壓變頻使得電機運行在****效率。隨著伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，電機輸出與輸人成線性關(guān)系的控制技術(shù)將不斷得到改進。
目前，無刷伺服系統(tǒng)正在通過新的設(shè)計逐漸縮小與有刷伺服系統(tǒng)的價格差異；無容置疑，有刷型系統(tǒng)仍然具有明顯的價格優(yōu)勢。但是在連續(xù)轉(zhuǎn)矩為60～100ib·in的范圍內(nèi)，無刷系統(tǒng)在價格上同有刷型系統(tǒng)最有競爭能力。它從高可靠性和無需維修方面獲得的節(jié)省額能抵消控制線路所需的費用，而且由于具有轉(zhuǎn)子慣量小、動態(tài)性能好、運行平穩(wěn)、溫升低，適于連續(xù)運行等特點，使用戶在選用中獲益。無刷直流電機是隨著電機控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。近年來，無刷直流電機技術(shù)雖然發(fā)展較快，可是根據(jù)分析和研究，今后數(shù)年仍不會在所有控制電機中成為最占優(yōu)勢的電機技術(shù)。它的系統(tǒng)價格／性能比使之保持較強的競爭能力，可以預(yù)料，有刷直流伺服電機及其它電機將與其繼續(xù)進行互相競爭。盡管無刷直流電機提供了許多一流技術(shù)，但不能因此而認為它在所有應(yīng)用領(lǐng)域都是****的選擇。
