无刷直流电机涉及电力电子技术、材料科学、电机理论以及微电子技术等诸多学科,属于典型的机电一体化产品。在许多领域具有极其广阔的应用前景[1]。
自从1930年起,外国科学家就开始研究无刷直流电机,一种以电子换向代替电刷机械换向的高效率电机,且取得了初步成果。但由于当时的大功率电子器件还处于发展的初级阶段,无法找到适合无刷直流电机使用的理想电子换相元器件,从而使得无刷直流电机的研究多年一直停留在实验室阶段,而没有得到实际推广使用[2]。从根本上讲,无刷直流发电机的输出功率特性与经典的他励直流发电机非常相似。无刷直流发电机的定子由槽内置有绕组的叠片钢构成,其中的绕组轴向放置在内周或围绕着定子凸极论文网。在常用的无刷直流电机中,励磁由转子上粘有的已充磁的永磁体提供[3]。这种结构有一些固有的缺点,如:失去对磁场的灵活控制,当受外部磁场或温度变化影响时永磁体磁性易变化,有限的转速范围和高磁通密度永磁体的高成本,多年来许多研究员一直在设法解决这些问题。
从1870年开始,伴随着电力电子工业迅猛的发展,许多新型高性能半导体功率器件(如GTR,MOSFET,IGBT等)相继出现。许多高性能永磁材料(如钐钴、钕铁硼等)问世,这些因素都极大地推动了永磁无刷直流电机的发展[4]。经过多年的发展,无刷直流电动机在技术上已日渐成熟,在方方面面的应用中显示出较传统电动机更优良的特性,被应用的范围已覆盖几乎所有电动机的驱动领域,并显示出其他种类电动机所不具有的功能。国际上相关专家指出,21世纪将是无刷直流电动机被广泛使用的大发展时期,在本世纪里无刷直流电机将为所有新一代的机电一体化产品设计师所采用[5]。 64277
我国永磁无刷直流电机的研制工作始于20世纪70年代初期,主要集中在一些科研院所和高等院校。经过多年发展,目前我国已有几种系列产品生产,如ST系列、1FTS系列、ASM系列等等[6]。但是由于我国元器件水平发展不到位,实践结合理论的水平也较低,制造业也较发达国家差距很大,直至目前,我国无刷直流电机综合研制水平及制造技术仍低于国际先进水平,有待加大研究和开发的投入力度。国内研发的永磁无刷直流电机在发展初期主要被用于军工设备,直到现在,在空调、电冰箱、洗衣机等民用电气设备中应用的微型与特种永磁无刷直流电动机的研制还相当欠缺,更有待国人大力的研究和开发[7]。