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    电动推杆是最具发展前途的机电一体化电机

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    点击次数:更新时间:2018-04-27 16:04:38

       电动推杆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(包括电力电子?微电子技术)?控制理论和电机技术相结合的产物?

       众所周知,直流电动机具有优越的调速性能,主要表现在控制性能好?调速范围宽?起动转矩大?低速性能好?运行平稳?效率高,应用场合从工业到民用极其广泛?在普通的直流电动机中,直流电的电能是通过电刷和换向器进入电枢绕组,与定子磁场相互作用产生转矩的?由于存在电接触部件——一电刷和换向器,结果产生了一系列致命的缺陷

       1) 机械换向产生的换向火花引起换向器和电刷磨损?电磁干扰?噪声大,寿命短。

       2) 结构复杂,可靠性差,故障多,需要经常维护。

       3) 由于换向器存在,限制了转子转动惯量的进一步下降,影响了动态特性。

       在许多应用场合下,它是系统不可靠的重要来源?虽然直流电动机是电机发展历史上最先出现的,但它的应用范围因此受到限制,使后来者且运行可靠的交流电机得到发展,取而代之广泛应用?

         交流电机的历史超过百年?但是,电动推杆历史只有几十年?1955年美国D. Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利,这是电动推杆的雏形?在1962年,T.G. Wilson和P.H. Trickey提出“固态换相直流电机”( DC Machine with Solid State Commutation)专利,这标志着现代无刷电动机的真正诞生?从20世纪60年代初

       开始,电动推杆进入到应用阶段?因其较高的可靠性,电动推杆最先在宇航技术中得到应用?1964年,它被美国国家航空航天局(NASA)使用,用于卫星姿态控制?太阳电池板的跟踪控制?卫星上泵的驱动等?在1978年当时的联邦德国 Mannesmann公司的 Indramat分部的MAC经典电动推杆及其驱动器在汉诺威贸易展览会正式推出,是电子换相的电动推杆真正进入实用阶段的标志?国际上对电动推杆进行了深入的研究,从研制方波无刷电机基础上发展到正弦波无刷电机—新一代的永磁同步电动机(PMSM)?随着永磁新材料?微电子技术?自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展?50年来,它逐步推广到其他军事装备?工业?民用控制系统以及家庭电器领域中,现在已成为最具发展前途的电机产品?

       据报道,2007年在北美的消费类电动机总销量为180亿美元,比2002年的140亿美元有所上升,年增长率达5%?电动机总销量在很大程度上受到汽车和其他消费类产品应用的影响?电动机总销量中大部分是有刷直流电动机(74亿美元),其次是交流感应电动机(50亿美元),第三位是电动推杆(41亿美元),其他类别包括交流/直流电动机?步进电机等?可见电动推杆应用日益增长已占相当份额,参见图1-1?

    电动推杆基本结构图

             电动推杆由电动机和电子驱动器两部分组成?图1-2是电动推杆基本结构框图?电动机部分的结构和经典的交流永磁同步电动机相似,其定子上有多相绕组,转子上镶有永久磁铁?但由于运行原理的需要,还需要有转子位置传感器?转子位置传感器的作用是检测出转子磁场轴线和定子相绕组轴线的相对位置,决定每一时刻相绕组的通电状态,即决定电子驱动器的功率开关器件的通/断状态,接通/断开电动机相应的相绕组?因此,电动推杆本质上是由电子逆变器驱动的有位置传感器反馈控制的交流同步电动机?图1-3和图1-4是小型内转子和外转子的电动推杆典型结构,它们的电子驱动器与电动机分离?成一体的电动推杆?

         从另一角度看,电动推杆可看成是一个定转子倒置的直流电动机?普通直流电动机的电枢绕组在转子上,永磁体则在定子上?有刷直流电动机的所谓换向,实际上是其相绕组的换向过程,它是借助于电刷和换向器来完成的?而电动推杆的相绕组的换相过程则是借助于位置传感器和电子逆变器的功率开关来完成的?电动推杆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?电动推杆具有有刷直流电动机相似的线性机械特性和线性转矩-电流特性,因而被称为电动推杆( Brushless DCMotor)或电子换相电动机( Electronically Commutated Motor,ECM)?

     

    作为机电一体化电机产品,无刷直流电动机与配套的手控器是一个有机的整体,两者应当同步设计,才能确保最佳的性能和最佳的成本。因此作为电动推杆用户,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。从制造商角度看,同时精通电机和电力电子控制两种技术的公司取得成功的机会要高得多。



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