永磁無刷直流電動機(英文簡稱PM-BLDCM:Per-manentMagnet Brushless D irect CurrentMotor)是指無機械電刷和換向器(或集電環)的永磁直流電動機,又稱無換向器永磁直流電動機,它是近年隨著電子技術的迅速發展而發展起來的一種新型電動機。

       永磁無刷直流電動機的發展概況無刷直流電動機是在有刷直流電動機的基礎上發展起來的。為了取代有刷直流電動機的機械換向裝置,人們進行了長期的探索。早在1917年,Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流電動機的機械電刷,從而誕生了無刷直流電機的基本思想。1955年,美國的D.Harrison首次申請了用晶體管換相線路代替有刷直流電機的機械電刷的專利,標志著現代無刷直流電動機的誕生。無刷直流電動機的發展在很大程度上取決與電力電子技術的進步。在無刷直流電動機發展的早期,由于當時大功率開關器件僅處于初級發展階段,可靠性差,價格昂貴,加上永磁材料和驅動控制技術水平的限制,使得無刷直流電動機自發明的一個相當長時間內,性能都不理想,只能停留在實驗室階段,無法推廣使用。1970年以來,隨著電力半導體工業的飛速發展,許多新型的全控型半導體功率器件(如GTR、MOS-FET、IGBT等)相繼問世,加之高磁能積永磁材料陸續出現,這些均為無刷直流電動機廣泛應用奠定了堅實的基礎。1978年前聯邦德國的MANNESMANN公司正式推出了MAC無刷直流電動機及其驅動器,引起了世界各國的關注,這也標志著無刷直流電動機走向實用階段。隨著人們對無刷直流電動機特性了解的深入,無刷直流電動機的理論也逐漸得到了完善。1986年,H.R.Bolton對無刷直流電動機的經典文獻,標志著直流電動機在理論上走向成熟。我國對無刷直流電動機的研究起步較晚。1987年,在北京舉辦的聯邦德國金屬加工設備展覽會上,SIEMENS和BOSCH兩公司展出了永磁自同步伺服系統和驅動器,引起了國內有關學者的廣泛注意,從此國內掀起了研制開發和技術引進的熱潮。經過多年的努力,目前國內已有無刷直流電動機的系列產品,形成了一定的生產規模,但對于正弦波的同步電動機系統,還沒有系列產品生產廠家。

      永磁無刷直流電動機的優點：無刷直流電動機用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置,保留了有刷直流電動機寬闊而平滑的優良調速性能,同時又克服了有刷直流電動機機械換向帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等一系列缺點。無刷直流電動機還具有高能量密度,高轉矩慣性比、高效率等特點,在快速性、可控性、可靠性、經濟性等方面具有明顯的優勢,且制造和維修成本大大降低。無刷直流電動機和其它電動機的比較見表1。表1無刷直流電動機和其他電動機比較表電機性能無刷直流電機有刷直流電機異步電動機機械特性硬硬軟過載能力大大小可控性易易難平穩性好較好較差噪聲小大較大維修性易難易壽命長短長體積小較小較大效率高高低成本較高較高低無刷直流電動機與有刷直流電動機相比,具有以下特點:
      (1)可靠性高、壽命長。無刷直流電動機的工作期限主要取決于軸承及其潤滑系統。高性能的無刷直流電動機工作壽命可達數十萬小時,而有刷直流電動機壽命一般較短,在高溫環境下甚至只有幾分鐘。
      (2)無電器接觸火花且無線電干擾少。
      (3)發熱的繞組安放在定子上,有利于散熱,便于溫度監控,易得到較高功率密度。

      (4)必須與一定的電子換向線配套使用,從而使總體成本增加。

       與異步電動機相比,無刷直流電動機具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能。主要表現在以下幾個方面:

      (1)由于采用高性能永磁材料,無刷直流電動機轉子體積得以減小,可以具有較低的慣性、更快的響應速度、更高的轉矩/慣量比。

      (2)由于沒有轉子損耗,也無需定子勵磁電流分量,所以無刷直流電動機具有較高的效率和功率密度,對于同等容量的輸出,異步電機需要更大功率的整流器和逆變器。

      (3)盡管異步電機系統應用較為普遍和成熟,但由于其非線形本質,控制系統極為復雜。永磁同步電動機把交流電動機復雜的磁場定向控制轉化為轉子位置定向控制,而無刷直流電動機則進一步將其簡化為離散六狀態的轉子位置控制。

      永磁無刷直流電動機的用途現階段,雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應用中占主導地位,但無刷直流電動機正受到普遍關注。作為執行元件的重要組成部分,電機必須具有精度高、速度快、效率高等特點,無刷直流電機的應用也因此而廣泛。尤其在節能已成為時代主題的今天,無刷直流電動機高效率的特點更顯示了其巨大的應用價值。基于無刷直流電動機以上的優點,故而無刷直流電動機在當今國民經濟各個領域應用廣泛。

     (1)電驅動系統中的應用。電驅動系統是指以電能為電源,通過電動機本體、驅動器及傳感器與控制器進行能量變換的動力系統,是世界主要動力群。永磁無刷電動機、開關磁阻電動機、步進電機等微特電機綜合性能的提高,也使得微特電機大量進入電驅動系統作為執行元件成為必然趨勢,而永磁無刷電動機作為微特電機中的“佼佼者”,必將在高性能工業驅動場合獲得廣泛的應用。

     (2)在交流伺服驅動系統中的應用。一個多世紀以來,直流伺服驅動系統一直占主導地位,但是由于傳統直流電動機均采用機械方法進行換向,帶來不可克服的“機械磨損、電火花、噪聲、無線電干擾、壽命短”等致命弱點,因此,使其應用范圍受到了一定限制,尤其是在高性能中、小功率伺服驅動場合。80年代以來,隨著矢量控制技術的不斷成熟,極大推動了交流伺服驅動技術的發展,使得交流伺服驅動系統的性能可以與直流伺服系統媲美,特別是自永磁無刷電動機技術發展的日趨成熟,在一些高性能伺服驅動場合更有取代直流伺服的趨勢。這樣便為永磁無刷電動機贏得了又一廣闊的應用領域。

     (3)在光機電一體化中的應用。光機電一體化技術和信息技術作為20世紀末誕生的“高新技術”必將在到來的新世紀里獲得更加快速的發展和廣泛的應用。這樣對作為這兩大技術(含其產業)的基礎元件之一的微特電機必將迎來又一個快速發展的春天,而作為微特電機中的永磁無刷電動機成為新世紀的一大朝陽產品也就理所當然。

      直流無刷電動機力矩大,調速范圍寬,不產生電刷粉塵和電火花,摩擦力矩小故其性能優越,但阻礙其普及應用的主要因素是價格,它的電子控制和換相部分價格較高,所以研究一種實用且控制更加簡捷、靈活的直流無刷電動機調速系統是十分必要的。特別是隨著汽車工業的發展,污染嚴重、能源緊張等矛盾日益尖銳,人們對電動汽車的呼聲也日益高漲。于是電動汽車專用電機及驅動系統成為了研究的焦點,國外電動汽車驅動裝置實際應用的交流電機主要有鼠籠異步電機和永磁同步機,但目前認為最適合用于電動汽車的電機是多相永磁無刷直流電機,所以對無刷直流電動機控制的研究是十分有必要的。由于永磁無刷直流電動機的優點,同時,現代電力電子技術和永磁材料的發展又為其提供了便利條件,因此PM-BLDCM具有很強的生命力和發展前途。隨著永磁材料性能的不斷提高和價格的不斷降低,電力電子技術日新月異的高速發展,各應用領域對電機的要求越來越高,永磁無刷直流電動機應用領域將不斷擴展,這是必然的結果。隨之以單片機為控制核心的電動機數字控制電路和控制方法在直流無刷電動機調速系統的應用,將使無刷直流電動機在工業領域中得到更好的應用