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1、A b s t r a c tR a r e e a r t h p e r m a n e n t m a g n e t b r u s h l e s s d i r e c t c u r r e n t m o t o r ( R E P MB L D C M ) i s a k i n d o f n e w l y d e v e l o p i n g t e c h n o l o g y d u r i n g r e c e n t y e a r s . I th a s b e e n u s e d w i d e l y b e c a u s e o f i t
2、 s e x c e l l e n t c a p a b i l i t y s i n c e i t snaissanceW i t h s o m e p r a c t i c a l e x p e r i e n c e , t h e w r i t e r d o e s s o m e p r o f o u n d a n ds y s t e m a t i cp e r t i n e n tr e s e a r c h a b o u t t h e c o n t r o l s y s t e m o f R E P M B L D C M b a s e
3、d o n s o m ei n f o r m a t i o nT h e d e s i g n s c h e m e si n t h e p a p e ro f t h e c o n t r o l s y s t e m a r e i m p o r t a n t p a r t s o f t h ep a p e r . F i r s t t h e w r i t e r d e s i g n s a n o p e n - l o o p a n d c l o s e - l o o p c o n t r o ls y s t e m b y M C 3
4、3 0 3 5 a n d M C 3 3 0 3 9 . T h e c o n t r o l s y s t e m i s a p p l i e d f o r l o w - p o w e rmot o r .S e c o n d b a s e d o n M C 3 3 0 3 5 , t h e w r i t e r d e s i g n s a m u l t i - s t a t e a n dm u l t i - o b s t a c l e p r o t e c t i o n c o n t r o l s y s t e m b y c o n n
5、 e c t i o n o f S C M 8 O C 1 9 6 K BT h e c o n t r o l s y s t e m c a n b e a p p l i e d f o r t h e m o t o r o f d y n a m o e l e c t r i c c a r sT h e n t h e w r i t e r a p p l i e s a p r o g r a m m a b l e c h i p n a m e d E P R O M i n s t e a d o #M C 3 3 0 3 5 a n d e n d u e s a
6、f f l u e n t a n d d e x t e r o u s f u n c t i o n s o n t h e c o n t r o l s y s t e mI t i s e x c e l l e n t f o r h i g h - p o w e r d y n a m o e l e c t r i c c a r sT h e d e s i g n s c h e m e s o f t h e p a p e r a r e t e s t e d a n d t h e s a m p l e s h a v e b e e nm a n u f a
7、 c t u r e d . I t p r o v e s s a t i s f a c t o r y b y t h e t r i a l s .A t l a s t t h e w r i t e r p r e s e n t s a n e w k i n d o f c o n t r o l m e t h o d i n t h e p a p e r .I t t r i e s t o s o l v e t h e p r o b l e m o f t o r q u e f l u c t u a t i o n o n l y b y c h a n g e
8、 o fc o n t r o l m e t h o d , n o t b y c h a n g e o f m o t o r s u b s t r a t u m .K e y w o r d s : R E P M B L D C Mfl u c t u a t i o n S CM8 0 C1 9 6 KB第一章 绪论1 . 1研究背景一个多世纪以来，电 机作为机电能量转换装置， 其应用范围己 遍及国民经济的各个领域以及人们的日 常生活之中。电 机的类型主要有同步电机、 异步电机与直流电机三种，其容量小到几瓦，大至上万千瓦。众所周知， 直流电 机具有运行效率高和调速性能好等诸多
9、优点，但是传统的直流电机均采用电刷、以机械方法进行换向，因 而存在相对的机械摩擦，由 此带来了噪声、火花、无线电 干扰以及寿命短等致命弱点，在很大程度上限制了它的应用范围。随着社会生产力的发展， 人们生活水平的提高，需要不断的开发各 种新型电 机; 科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现，更促进了电 机产品的不断推陈出新。 在上个世纪3 0 年代， 就已 经有人针对传统有刷直流电 机的弊病开始研究以电子换向来代替电刷机械换向的无刷直流电机，并取得了一定成果。进入上个世纪7 0 年代以来， 随着电力电子工业的飞速发展， 许多新型的高性能半导体功率器 件， 如G T R , M O S F E T
10、 、工 G S T 等相继出 现，以 及高性能永磁材料， 如衫钻、钱铁硼等的问世，为无刷直流电机的广泛应用奠定了坚实的基础。稀土永磁无刷直流电 机采用稀土永磁代替电 励磁， 采用电子换向 代替机械换向，既具备交流电 机的结构简单、 运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备有刷直流电机调速性能优越的特点。电动汽车是当前汽车发展的新方向，而电机是电动汽车的心脏，稀土永磁无刷直流电 机以 其体积小、 效率高、性能优异而成为各国 研制新一代电 动汽车的首选方案:电 机是汽车的关键部件， 可以说，离开了电 机就谈不上汽车的 现代化。在中国，开发电 动汽车比欧美具有竞争优势。 在欧美， 传统燃油汽车已 经有
11、上百年的生产历史.发展惯性很强，中国则没有这样的 情况， 转型相对容易得多;而且我国在传统燃油汽车开发生产中，技术劣势很难在短期内改变，电动汽车则在同一起跑线上，是最有希望改变我国汽车工业落后局面的项目:所以本论文就在此背景下进行选题并开展研究。1 . 2 论文的工作内 容稀土永磁无刷直流电机是一个较复杂的机电控制系统，主要涉及到电机本第二章 稀土永磁无刷直流电机原理通常把无刷直流电机系统分成三个部分，即电机本体、位置传感器和电子开关线路，整个系统可以用图2 - 1 表示:! 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 门输出_图 2 - 1 无刷直流电机系统无刷直流电机的控制原理与有刷直流电机是
12、不同的，本章将主要阐述有关稀土永磁无刷直流电机的一些基本原理和控制电 机用的集成电路。第一节 稀土永磁无刷直流电机稀土永磁无刷直流电机的特点之一就是其转子由 稀土永磁材料构成，要研究稀土永磁无刷直流电机的运行特性， 有必要对稀土永磁材料进行研究。通常的稀土永磁材料包括稀土钻永磁和稀土钱铁硼永磁， 二者都是高剩磁、高矫顽力、高 磁能积的永磁材料; 这两种稀土永磁材料在无刷电机的设计制造中得到了广泛的应用。2 . 1 . 1稀土钻永磁稀土钻永磁材料磁性能优良，其特点是剩余磁感应强度、磁感应矫顽力和最大磁能积都很高。1 : 5 型永磁体的最大磁能积现己 超过1 9 9 k J 1 m ; 2 : 1
13、 7 型永磁体的最大磁能积现已达2 5 8 . 6 k J / 衬 ，剩余磁感应强度一般高达0 . 8 5 - 1 . 1 5 T ， 接近铝镍钻永磁水平， 磁感应矫顽力可达4 8 0 - 8 0 0 k A / m ， 大约是铁氧体永磁的 3 倍。稀土钻永磁的退磁曲线基本上是一条直线，回复线基本上与退磁曲 线重合，抗去磁能力强。另外稀土钻永磁材料的温度系数比铁氧体永磁材料低， 通常为一 0 . 0 3 % K 左右， 并且居里温度较高， 一般为7 1 08 8 0 度。 因 此这种稀土永磁材料的磁稳定性最好，适合用来制造高性能的永磁电机， 缺点是稀土钻目 前的价格还比 较昂贵， 致使电 机造
14、价较高。由于稀土钻永磁材料硬而脆，抗拉强度和抗弯强度均较低，仅能进行少量的电火花或线切割加工，所以在永磁体尺寸的设计上要避免过多的加工余量以免造成浪费和增加成本。另外，由于这种永磁材料的磁性很强， 磁极相互间的吸引力和排斥力均很大，因此磁极在充磁后运输和装配时都要采取措施，以免发生人身危险。2 . 1 . 2钦铁硼稀土永磁钦铁硼稀土永磁材料的磁性能更为优良 ，高于稀土钻永磁。室温下剩余磁感应强度现可高达 1 . 4 7 T ，磁感应矫顽力 H可达 9 9 2 k A / m ，最大磁能积高达3 9 7 .9 h .! / m ， 是目 前磁性能 最高的 永磁 材料。由 于 钦在稀土中的 含量是
15、 杉的 十几倍，资源丰富，铁、硼的价格便宜， 又不含战略物资钻，因此钱铁硼永磁的价格比 稀土钻永磁便宜得多，问 世以来，在工业和民用的永磁电机中迅速得到推广应用。钦铁硼永磁材料的缺点是居里温度较低， 一般为3 1 04 1 0 度左右; 温度系数较高， B可达一 0 . 1 3 % K , H的 温度系数达一( 0 . 6 - 0 . 7 ) % K ，因而在高 温下使用时磁损失较大。山于其中含有大量的铁和钦，容易锈蚀也是它的一大缺点，所以 要对其表面进行涂层处理，目 前常用的涂层有环氧树脂喷涂、电泳和电镀等，一般涂层厚度为1 04 0 il m 。 不同的涂层抗腐蚀能力不一样，环氧树脂涂层抗
16、溶剂、抗冲击能力、抗盐雾腐蚀能力良 好;电泳涂层抗溶剂、 抗冲击能力良 好，抗盐雾能力极好:电镀有极好的 抗溶剂、 抗冲击能力，但抗盐雾能力较差;因此需要根据磁体的使用环境来选择合适的保护涂层。另外， 由于钱铁硼永磁材料的温度系数较高， 造成其磁性能热稳定性较差。一般的钦铁硼永磁材料在高 温下使用时，其退磁曲 线的下半部分要 产生弯曲，为此使用普通钱铁硼永磁材料时，一定要校核永磁体的最大去磁工作点，以增强其可 靠性。 对于 超高 矫顽力 钱铁 硼永磁材 料， 内 案 矫顽力己 可大于2 0 0 0 k A / m ,经过处理后，其退磁曲线在1 5 0 度时仍为直线。在这里仅对稀土永磁材料做了 初步的阐述， 详情可查阅 相关资 料。第二节 位置传感器位置传感器在无刷直流电 机中起着检测转子磁极位置的作用，为 逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的 位置信号转换成电 信号， 然后去控制定子绕组换相。 位置传感器种类较多，且各有特点， 下面就对几种位置传感器的特点做个介绍。s2 . 2 . 1 电磁式位置传感器电 磁式位置传感器是利用电 磁效应来
