再次,为了提高无刷直流电动机总体的运行效率,目前认为采用脉宽调制的手段实现电机恒流控制的方法最有效、效率也最高。控制电路中引入单片机后,就可以很方便地进行换相控制和转速调节,来实现成本最低,总体性能价格比最高。
同时,要改进直流无刷电动机的设计和加工制造工艺。电机性能的改进离不开新材料、新技术的应用,首先是永磁材料性能的提高。要进一步研制和采用磁性能更好,温度特性更佳,防锈特性更强的稀土材料。在导电材料上,国外已经普遍采用了无氧铜线,它的电阻率更小,硬度小,下线方便,但目前国内应用尚小。
此外,绝缘材料、高速运行时的轴承以及部分材料结构的塑料化等都是很有意义的课题。在加工技术方面首先应该提到的是充磁技术,应该保证气隙磁场形状,保证性能,还有加工的一致性、精确度、高效等。由于永磁电机磁路结构设计对于是否充分利用所选用永磁材料的磁性能和便于永磁材料的零加工、粘接与充磁,提高永磁电机的性价比至关重要。因此在设计无刷永磁电动机时要充分考虑到上述两点。
最后,研制新型无刷直流电动机。如智能无刷直流电动机,它是将电动机、编码器(传感器)、功率放大器、电源、可编程控制器、网络管理器等功能块组合在一起形成一个整体。智能电机系统中,要求尽量数字化,这样许多硬件工作都由软件完成。这样的组合能减少70%的电子元器件。彼此的连接也省掉了,所有变换都在一个机体内实现,这样就可以大大减少故障,提高可靠性,降低成本,减少体积[5]。
4 无刷直流电动机发展中遇到的问题
a) 转矩脉动
转矩脉动是永磁无刷直流电动机的一大缺陷,引起转矩脉动主要有电磁、电流换相、电枢反应、齿槽效应及机械加工等五个方面的因素,由于这些原因引起的转矩脉动问题严重影响了无刷直流电动机在交流调速系统中的应用,尤其在直接驱动的场合,转矩脉动使电机速度控制特性极度恶化。因而,抑制转矩脉动成为提高伺服系统性能的关键。
b) 无位置传感器
为了进一步提高现代无刷直流电动机控制系统的性能价格比和运行可靠性,无位置传感器的无刷直流电动机成为近年来的研究热点。在无刷直流电动机中,为了实现正确的换相,必须准确可靠的检测转子位置。对于无位置传感器的无刷直流电动机,利用电动机运行时各相绕组本身存在的反电势作为转子位置的反馈信号代替原有位置传感器的作用。由于在反电势过零点时,信噪比较小,有用信号提取比较困难,使用中受到很大的限制。可以预见,无位置传感器的无刷直流电动机将是无刷直流电动机进一步发展的必然趋势[6]。