永磁无刷电动机系统发展现状_莫会成
无刷直流电机在国内外的发展与现状
第一章绪论1.1 引言按照电刷的角度，直流电动机可以分为有刷直流电机和无刷直流电机。
直流电动机有调速性能优越、起动性能好、运行效率高等优点，因此被较多的应用于工业生产与人们的日常生活中。
但是传统的直流电动机都采用电刷，通过机械方法进行换向，因此存在较大的机械摩擦，从而带来了噪声污染、火花较多、无线电干扰以及使用寿命较短等弱点，再加上直流电动机制造成本高及后期保养维修比较困难等缺点，因而大大减小了它的使用范围i。
电动机的类型主要分为交流电动机与直流电动机两种。
但传统的直流电动机由于电刷以机械方法进行换相，引入了许多固有的电机运行时的弱点，由此极大的限制了其应用范围。
针对直流电机的一些固有的缺陷目前在工农业的生产过程中，许多场合都采用交流电动机取代了以前的直流电机。
交流同步电机具有良好的运行性能，但其启动性能差；交流感应电机具有结构简单、运行可靠的特点，但其调速性能差ii。
人们在寻求一种更加实用的电机。
随着电力电子的发展与永磁材料的逐步应用，无刷直流电机应运而生。
无刷直流电机主要是改变了传统有刷直流电机的电刷控制结构，采用了电力电子元件进行换相，减少了由于电刷引起的不良效果。
同时也实现了电机的调速。
无刷直流电机和其它电机相比具有高可靠性、高效率、优良的调速性能等诸多优越性iii。
表1-1 从9 个方面的特性对交流异步电机、有刷直流电机和无刷直流电机作了比较。
无刷直流电机的优越性促使它拥有有更大的应用领域，伴随着科技的发展和人们对电机性能要求的逐渐提高，对无刷直流电机的研究已经成为了国内外重点的研究课题。
1.2 无刷直流电机在国内外的发展与现状关于无刷直流电机的发展历史，我们可以追溯到1917 年，Boliger 提出了放弃有刷直流电动机的机械电刷而用整流管代替的理念，进而永磁无刷直流电机的基本思想随之诞生。
到二十世纪30 年代，开始研制用电子换向替代电刷机械换向的直流无刷电动机，并且取得了一定成果。
2024年电动汽车永磁同步电机市场发展现状
电动汽车永磁同步电机市场发展现状摘要本文旨在探讨电动汽车永磁同步电机市场的发展现状。
首先介绍了永磁同步电机的基本原理和特点。
然后分析了当前电动汽车市场的发展趋势和驱动因素。
接着，从市场规模、竞争格局、技术创新等方面综述了电动汽车永磁同步电机市场的现状。
最后对未来的发展进行了展望。
1. 引言随着环保意识的增强以及能源结构的调整，电动汽车正逐渐成为替代传统汽车的主流选择。
在电动汽车的动力系统中，永磁同步电机作为一种高效、节能的驱动器件，具有重要的地位。
本文将探讨电动汽车永磁同步电机市场的发展现状。
2. 永磁同步电机的基本原理和特点永磁同步电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
它根据永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用产生转矩。
与传统的异步电机相比，永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转矩密度、快速响应等特点。
3. 电动汽车市场的发展趋势和驱动因素3.1 市场规模扩大随着电动汽车的普及和政府对环保政策的支持，电动汽车市场规模不断扩大。
不仅传统汽车制造商纷纷推出电动汽车产品，还涌现出很多初创企业投身于电动汽车领域。
3.2 能源环境政策的引导各国政府对传统燃油车的限制以及对新能源汽车的鼓励政策，推动了电动汽车市场的发展。
例如，一些国家出台了购车补贴、免费停车、免费充电等政策，吸引了消费者对电动汽车的关注。
3.3 技术创新的推动电动汽车技术的不断创新也是驱动市场发展的重要因素。
随着电池技术及充电设施的改进，电动汽车的续航里程和充电速度得到了极大提升，提高了消费者对电动汽车的信心。
4. 电动汽车永磁同步电机市场的现状4.1 市场规模电动汽车永磁同步电机市场近年来呈现出快速增长的趋势。
据统计，2019年全球电动汽车永磁同步电机市场规模达到XX亿美元，预计未来还将继续保持较高的增长率。
4.2 竞争格局当前，电动汽车永磁同步电机市场存在着一定的竞争。
主要的竞争者包括传统汽车制造商、电机厂商和初创企业。
随着市场的扩大，竞争将进一步加剧。
最近特别火的永磁同步电机，今后发展方向在哪？
最近特别⽕的永磁同步电机，今后发展⽅向在哪？“不要⾛开，⽂末有福利”中国⼗⼤最值得信赖电机冲⽚服务商评选零元抢购中国⽆取向硅钢产业链分布图450份电机资料包（电⼦版）免费领取邀您加⼊电机⾏业交流群来源 | ⽹络【导读】随着 20 世纪 70 年代稀⼟永磁材料的发展，稀⼟永磁电机应运⽽⽣。
永磁电机利⽤稀⼟永磁体励磁，永磁体充磁后能够产⽣永久磁场。
它的励磁性能优异，因在稳定性、质量、降低损耗等⽅⾯都优于电励磁电机⽽动摇了传统的电机市场。
近年来，随着现代科学技术的快速发展，电磁材，料特别是稀⼟电磁材料性能及⼯艺逐渐得以提⾼和改善，再加上电⼒电⼦与电⼒传动技术、⾃动控制技术的⾼速发展，永磁同步电机的性能越来越好。
再者，永磁同步电动机具有质量轻、结构较简单、体积⼩、特性好、功率密度⼤等优点，很多科研机构、企业都在努⼒积极开展永磁同步电机的研发⼯作，其应⽤领域将进⼀步扩⼤。
永磁同步电机的发展及研究现状1. 永磁同步电机的发展基础①⾼性能稀⼟永磁材料的应⽤稀⼟永磁材料经历了SmCo5、Sm2Co17、Nd2Fe14B 三个阶段。
现在以钕铁硼为代表的永磁材料因其在磁学性能上表现优异成为应⽤最⼴泛的⼀类稀⼟永磁材料。
永磁材料的发展带动了永磁电机的发展。
与传统的电励磁三相感应电机相⽐，永磁体替代了电激磁磁极，简化了结构，消除了转⼦的滑环、电刷，实现了⽆刷结构，缩⼩了转⼦体积。
这使得电机的功率密度、转矩密度和⼯作效率提⾼，且使电机体积变⼩，质量减轻，使其应⽤领域进⼀步扩⼤，促使电动机向更⼤功率⽅向发展。
②新型控制理论的应⽤近年来，控制算法发展很快，其中，⽮量控制算法从原理上解决了交流电机的驱动策略问题，使得交流电机具有良好的控制性能。
直接转矩控制的出现使控制结构更加简单，以及具有对参数变化电路棒性能强和转矩动态响应速度快的特点。
间接转矩控制技术解决了直接转矩在低速时转矩脉动⼤的问题，提⾼了电动机的转速和控制精度。
③⾼性能电⼒电⼦器件和处理器的应⽤现代电⼒电⼦技术是信息产业与传统产业间重要的接⼝，是弱电与被控强电之间的桥梁。
（毕业论文）永磁无刷直流电机论文
小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究摘要永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。
因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。
本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。
本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。
2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。
3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用Infolytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。
并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。
关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。
其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。
1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。
十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。
1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。
从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。
随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。
2024年无刷电机市场分析现状
无刷电机市场分析现状引言无刷电机是一种基于永磁体和电子控制器的新型电机技术。
与传统的有刷直流电机相比，无刷电机具有更高的效率、更小的体积和更长的使用寿命，因此在各个行业得到了广泛应用。
本文将对无刷电机市场的现状进行分析。
市场规模无刷电机市场在过去几年中呈现出持续增长的趋势。
根据市场研究公司的报告，无刷电机市场的年复合增长率预计将达到5％以上。
这主要受到以下几个因素的影响：1.消费电子产品的普及- 随着智能手机、平板电脑等消费电子产品的普及，对更小、更轻、更耐用的电机需求不断增加。
2.电动汽车市场的增长 - 无刷电机在电动汽车中的应用越来越广泛，提高了汽车的整体效率和续航里程，推动了市场的增长。
3.工业自动化的发展 - 工业自动化对高效、精确的电机控制需求增加，无刷电机由于其快速响应和高效能，得到了广泛应用。
市场细分无刷电机市场可以按照应用领域进行细分。
以下是一些主要的市场细分：1. 消费电子产品消费电子产品市场对无刷电机的需求量巨大。
无刷电机被广泛用于智能手机、平板电脑、摄像机等设备中，用于驱动震动模块、自动对焦、陀螺仪等功能。
随着消费电子产品的不断更新换代，无刷电机市场也将持续增长。
2. 电动工具无刷电机在电动工具中的应用也非常广泛。
无刷电动工具不仅具有更高的效率和更长的使用寿命，还更加轻便、易于操作。
目前，无刷电机已被广泛应用于钻孔机、电动锯等电动工具中。
3. 电动汽车无刷电机在电动汽车中的应用正在快速增长。
电动汽车的市场规模不断扩大，无刷电机作为其关键部件之一，对市场增长起到了重要推动作用。
无刷电机在电动汽车中的应用包括电机驱动、制动能量回收等方面。
4. 工业自动化工业自动化对高效的电机控制要求越来越高，无刷电机由于其快速响应和高效能，被广泛应用于工业机械装备、机器人等领域。
工业自动化市场的增长将进一步推动无刷电机市场的发展。
市场竞争态势目前，无刷电机市场存在着激烈的竞争。
主要的竞争公司包括ABB、施耐德电气、泰克电气、亚东电气等。
无刷直流电动机的发展现状
无刷直流电动机的发展现状无刷直流电动机的发展现状：无刷电动机的诞生标志是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。
而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。
之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。
20多年以来，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。
无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。
直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。
为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。
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，标志着现代无刷电动机的诞生。
而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。
之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。
20多年以来，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。
无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。
无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。
其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。
在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。
永磁无刷直流电机控制系统分析研究
永磁无刷直流电动机控制系统的研究摘要无刷直流电动机是集材料科学、电力电子技术、微电子技术和电机理论等多学科为一体的机电一体化产品，在诸多领域有着广阔的应用前景。
随着大功率开关器件集成电路及高性能的磁性材料的进步，采用电子换向原理工作的永磁无刷直流电机取得了长足的发展。
永磁无刷直流电机既有直流电机的结构简单，运行可靠。
又具备交流电机运行效率高，无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，在当今国民经济的各个领域里的应用日益普及。
维护方便的一系列优点永磁无刷直流电动机发展简况永磁无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。
现阶段，虽然各种交流电动机同直流电动机在传动应用中占主导地位，但是永磁无刷直流电动机正受到普遍的关注。
自20世纪90年代以来，随着人们生活水平提高和现代化的生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备越来越趋向于高效率化、小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具备精度高、速度快、效率高等特点，永磁无刷直流电机的应用因此而迅速增长。
现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍1 / 21的关注。
尤其在节能已成为时代主题的今天，无刷直流电机高效率的特点更显示了其巨大的应用价值。
无刷直流电机转子采用永久磁铁，其产生的气隙磁通保持为常值，因而特别适用于恒转矩运行；对于恒功率运行，无刷直流电机虽然不能直接改变磁通实现弱磁控制，但通过控制方法的改进也可以获得弱磁控制的效果。
由于稀土永磁材料的矫顽力高、剩磁大，可产生很大的气隙磁通，这样可以大大缩小转子半径，减小转子的转动惯量，因而在要求有良好的静态特性和高动态响应的伺服驱动系统中，如数控机床、机器人等应用中，无刷直流电机比交流伺服电机和直流伺服电机显示了更多的优越性。
目前无刷直流电机的应用范围已遍及国民经济的各个领域，并日趋广泛，特别是在家用电器、电动汽车、航空航天等领域已得到大量应用。
浅析永磁同步电动机及其调速系统的现状和发展
浅析永磁同步电动机及其调速系统的现状和发展【摘要】电动机作为电能与机械能转换的媒介，近年来得到了广泛的应用和发展，特别是稀土永磁的出现，导致永磁电机的性能得到了很大提升。
目前，永磁同步电动机在生产生活和航空航天等领域中得到广泛应用。
本章的介绍了其相关概况，重点阐述了调速系统的现状和发展趋势，希望可以推动永磁同步电动机的发展。
【关键词】永磁同步电动机；调速系统；现状；发展1 对永磁同步电动机的简述永磁同步电动机主要由定子、永久磁钢转子、位置传感器、电子换向开关等构成。
和直流电机相比不具备换向器和电刷等。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电动机主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。
我国有“稀土王国”之称，稀土永磁材料的储量非常丰富，因此，对我国来说，研究和发展永磁同步电动机有着很好的优势和应用前景。
2 永磁同步电动机调速系统现状2.1 恒压频比控制恒压频比控制是一种开环控制。
它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出电压进行控制，使电动机以一定的转速运转。
在一些动态性能要求不高的场所，由于开环变压变频控制方式简单，至今仍普遍用于一般的调速系统中，但因其依据电动机的稳态模型，无法获得理想的动态控制性能，因此必须依据电动机的动态数学模型。
永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量，它含有ω与id或iq的乘积项，因此要得到精确的动态控制性能，必须对ω和id，iq解耦。
近年来，研究各种非线性控制器用于解决永磁同步电动机的非线性特性。
2.2 矢量控制矢量控制也称为磁场定向控制，是由德国西门子公司的Blashkez等人在1971针对异步电动机提出的。
其基本的思路是在普通的三相交流电动机上模拟直流电机转矩的控制规律，然后经过坐标变换，将三相交流电动机的的磁通分解为类似直流电动机的励磁分量和转矩分量，模拟对直流电动机的控制方法来对三相交流电动机的动态转矩进行控制。
无刷直流电动机的发展现状和质量特点
!
ห้องสมุดไป่ตู้无刷直流电动机的发展现状和质量特点
" "
使用了许多的无刷直流电动机。随着现代军事装备
收稿日期： "##$ % #$ % &’
% &$
的发展， 对军用微特电机提出高性能、 高精度、 高可
万方数据
! !
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
! ! !""# 年第 $ 期! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
作为新型机电一体化产品无刷直流电动机其鲜明的技术特征得到家电业界的广泛认同无刷直流电动机在较大的转速范围内可以获得较高的效率更适合家电的需要因此其应用面不断扩大用量也大幅提高甚至是数以亿台计
综! 述 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !""# 年第 $ 期% % "#$%&#’( )"*&"+ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !! " " " " " " 龚春雨， 施进浩 " （ 中国电子科技集团公司第 "& 研究所， 上海 "##"’’ ） " " " ’() *+,,)-. /)0)1234)-. 56.+7.62- 7-8 9+716.: 5.7.+; 2< =,+;(1);; /* >2.2, " " !"#! $%&’ % (&， )*+ ,-’ % %./ " " （ ()* "& +,-,./01 23-45464, 637,/ 89:8 ， ;1.3<1.5 "##"’’ ， 8153.） " " " ! ! 摘! 要： 综述了无刷直流电动机的发展及现状， 总结了 L#M ， 并以每年 KM 的速度增长。微特电机日益成 " " 这类电机的技术特征及应用领域。就其质量问题进行了详 为广泛应用于自动化、 家电、 电子信息产业、 航空航 " 细分析及探讨， 并提出了无刷直流电动机的发展对策。 天和现代军事装备等领域的重要基础元件， 数量和 " 关键词： 无刷直流电动机； 机电一体化； 质量 " 品种发展很快， 其中尤以无刷直流电动机的增长最 中图分类号： ’>&&% % 文献标识码： ? " 为迅速， 近年来正在以每年大约 &KM 的比例增加。 " 文章编号： @""A B C"@$ （ !""# ） "$ B ""&$ B "! " 无刷直流电动机是电机技术和电子技术结合的 ?D;.,7E.： :1, )/5<53 .37 41, =/,-,34 -546.45)3 )> ?/6-1@,-" 机电一体化新型微电机。无刷电动机的主要特征是 " A8 B)4)/ C,/, )D,/D5,C,7 53 415- =.=,/* 24- 4,013)@)<E >,.4/6, " .37 41, .==@50.45)3 >5,@7 C,/, 534/)760,7* F3.@E-5- .37 75-06-G 具有与普通有刷直流电动机相似的机械特性， 以及 " 以电子换向电路代替机械换向结构。它除了具有调 " -5)3 )> 41, H6.@54E )> ?/6-1@,-- A8 B)4)/ C,/, 0.//5,7 )64* :1, " 7,D,@)=B,34 4/,37 .37 I,E-4)3, )> ?/6-1@,-- A8 B)4)/ C,/, 速范围宽、 起动力矩大、 效率高等优点以外， 还具有 " =)534,7 )64* 如下特点： " " F):G2,8;： ?/6-1@,-- A8 B)4)/； B,01.4/)350-； H6.@54E 采用电子驱动控制器 （& ）与电子技术相结合， " 实现电子换向代替机械接触换向， 没有电刷和换向 " @ 引% 言 " 器的电气接触火花和磨损， 电磁干扰小， 可工作于高 " 无刷直流电动机是随着电子技术发展而出现的 " 速， 电机运行稳定， 寿命长， 工作可靠性高。 " 机电一体化电机， 是现代电子技术、 控制理论和电机 定子为电枢绕组， 定子绕组与 （ " ）电机结构上， " 技术相结合的产物。无刷直流电动机采用霍尔元件 " 机壳相接触， 散热面积大， 散热效果好。永磁材料作 " 等作位置传感器， 代替有刷直流电机的换向器和电 转子， 无通电绕组， 几乎无损耗和发热， 效率高。 " 以电子换向取代机械换向， 同时具有有刷直 " 刷部分， （ ’ ）电子线路部分与电机本体分开， 实现对电 " 流电机的外部特性。普通直流电机通过电刷进行机 动机的良好控制。如可以不改变电源总线电压， 通 " 换向时产生电磁干扰， 噪声大， 电刷的损耗 " 械换向， 过改变逻辑信号顺序， 实现电机的正 N 反转， 通过改 ! " 也造成电机的可靠性差， 为了克服机械换向带来的 ! " 变逻辑部分 OPQ 的占空比， 实现电机的调速控制； ! 缺点， 无刷直流电动机应运而生。 " 通过位置传感器可实现速度闭环， 使电动机在一定 ! 国外对无刷直流电动机的研究较早， 在 "# 世纪 ! " 速度下稳定运行。 无" 刷" J# 年代初就已经开始正式生产和应用了。"# 多年 有腐蚀性气体介质和液 （ R ）可工作于高真空、 直" 以来， 随着永磁新材料、 微电子技术、 自动控制技术 流" 体介质等特殊环境中， 例如宇航设备。 电" 以及电力电子技术的进步， 无刷直流电动机得到了 （ K ）与数字化技术、 现代控制理论结合， 有较好 动 " 很大的发展。国内在这方面起步稍晚， 但最近已逐 机 的可控性， 调速范围宽， 使电机向智能化方向发展。 的" 渐与国际水平缩小了技术差距， 生产和应用规模也 发" 无刷直流电动机正在高性能的应用领域内逐步 展" 快速增长。 现" 取代其它类型电机， 占据主导地位是一个不可逆转 状" 的趋势。 和 ! 发展现状 质" 宇航和军事装备领域属于高科技产业， 技术含 量" "##K 年全球微特电机产量为 J# 多亿台， 其中 特" 量高。在航空航天领域， 由于高真空， 无刷直流电动 点" 我国 （ 包 括 台 湾、 香 港 地 区） 总产量高达全球的 机的优势是最明显的。如宇宙飞船中用的各种泵， "
2024年无刷直流电动机市场前景分析
无刷直流电动机市场前景分析概述无刷直流电动机是一种新型的电机技术，不需要刷子和换向器，通过电子控制器来实现电枢绕组的换相操作。
无刷直流电动机具有高效率、高性能、高可靠性等优点，在诸多领域有着广泛的应用前景。
本文将分析无刷直流电动机市场的发展趋势和前景，总结其优势和应用领域，并对未来市场发展进行展望。
无刷直流电动机市场发展趋势随着科技的进步和社会经济的发展，无刷直流电动机市场正呈现出快速增长的趋势。
主要表现在以下几个方面：1. 汽车行业的发展无刷直流电动机在汽车领域的应用越来越广泛。
随着全球对环境保护和能源危机的重视，电动汽车成为了车市的热门产品。
无刷直流电动机作为电动汽车的核心动力装置，具有高效率、低噪音、零排放等优点，因此在未来的汽车市场上有着巨大的潜力。
2. 工业自动化的需求随着制造业的转型升级和自动化程度的提高，对电动机的要求也越来越高。
无刷直流电动机以其高效、高性能的特点，成为了工业自动化领域的理想选择。
在机械制造、机器人、医疗设备等领域，无刷直流电动机有着广泛的应用前景。
3. 可再生能源的发展无刷直流电动机作为可再生能源领域的关键设备，将在风力发电、太阳能发电等领域发挥重要作用。
随着可再生能源的不断发展和应用，无刷直流电动机市场将迎来新的增长点。
无刷直流电动机的优势相比传统的刷子直流电动机，无刷直流电动机具有以下优势：1. 高效率由于无刷直流电动机不会因为摩擦和换向带来能量损耗，其效率相对较高。
在同等功率输出下，无刷直流电动机能够更加节约能源，提高整体系统的效率。
2. 高性能无刷直流电动机具有较高的输出转矩和转速范围，可以满足不同领域的需求。
同时，无刷直流电动机在启动、制动和调速等方面有着良好的响应性能和控制性能。
3. 高可靠性无刷直流电动机没有刷子和换向器等易损件，减少了机械磨损和故障的概率，提高了系统的可靠性和使用寿命。
无刷直流电动机的应用领域无刷直流电动机在多个领域都有着广泛的应用，包括但不限于：1. 电动汽车无刷直流电动机是电动汽车的核心驱动设备，具有高效、节能和环保等特点，是未来电动汽车的主要发展方向。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2007年第10期16永磁无刷电动机系统发展现状莫会成 （西安微电机研究所，西安 710077）1 引言永磁无刷电动机系统是以电机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构的电气传动控制系统。
随着电机技术、控制理论、数字脉宽调制技术、新材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，伺服系统经历了从步进伺服到直流伺服，进而到永磁无刷电机伺服系统的发展历程，目前已成为电机控制技术的主流方向。
2 系统组成永磁无刷电动机系统是根据位置、速度和转矩等反馈信息构成的控制系统，由永磁无刷电动机、传感（传感器）和驱动器三部分组成（见图1）。
系统有开环运行、转矩控制、速度控制和位置控制4种基本运行方式，见图2～图5。
其中图4和图5是用于高精度的控制系统，如数控机床的进给驱动等。
图1 永磁无刷电动机系统方框图图2 开环运行方框图图3 转矩控制系统方框图图4 速度控制系统方框图图5 位置控制系统方框图永磁无刷电动机是通过电子电路换相或电流控制的永磁电动机。
永磁无刷电动机有正弦波驱动和方波驱动两种型式：驱动电流为矩形波的通常称为永磁无刷直流电动机，驱动电流为正弦波的通常称为永磁交流伺服电动机，按传感类型可分为有传感器电动机和无传感器电动机。
驱动器指接受控制指令、可实现对电动机的转矩、速度和转子位置控制的电气装置。
驱动器按其控制电路和软件的实现方式可分为模拟量控制、数字模拟混合控制和全数字控制三种；按驱动方式可分为方波驱动和正弦波驱动。
传感部分的作用是检测永磁无刷电动机的位置、速度和电流。
常用的传感器有接近开关、光电编码器、旋转变压器、霍尔元件和电流传感器等。
3 结构、设计和工艺3.1 电机结构永磁无刷直流电动机的基本结构是将永磁直流电动机的定、转子位置进行互换，通常称为“内翻外”，转子为永磁结构，产生气隙磁通，定子为电枢，有多相对称绕组，直流电动机的电刷和机械换向器被逆变器和转子位置传感器所代替。
所以无刷电动机实际上是一种永磁同步电机，如图6所示。
图6 永磁无刷电动机结构2007年第10期17图7 外转子永磁无刷直流电动机另外，永磁无刷直流电动机可以做成外转子型和盘式转子型。
其结构见图7和图8。
外转子型电机的永磁磁极转子位于定子的外侧，转矩脉动小，容易做成扁平型，惯量较大。
盘式转子型电机的气隙平面与轴垂直，盘式转子与永磁磁极相向配置，电机成扁平形，可做成有槽结构，见图8，也可以做成无槽、无铁心结构。
这种电动机常用于FDD 和CD 的直接驱动等。
图8 盘式转子无刷直流电动机无刷直流电动机多采用钐钴（Sm Co ）和钕铁硼（Nd Fe B）等稀土永磁。
常见的转子结构有表面式磁极，嵌入式磁极和环形磁极3种，如图9所示。
图9a 结构是在铁心表面粘贴径向充磁的瓦片形永磁体，有时也采用矩形小条拼装成瓦片形磁极，以降低制造成本。
图9b 结构是在铁心中嵌入矩形永磁体，其优点是一个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可以获得较大的磁通。
但结构需要作隔磁处理或者采用不锈钢轴。
对于高转速运行的电机，图9a 和图9b 的结构需在转子外表面套一个0.3～0.8 mm 的磁性紧圈，防止离心力将磁钢甩出。
紧圈材料通常采用不导磁的不锈钢，也可以用环氧无纬玻璃丝带缚扎。
图9c 结构是在铁心外套上一个整体稀土永磁环。
该环形磁体径向充磁为多极，适用于小功率的电机，这种结构的转子制造工艺性较好。
图9 无刷直流电动机转子结构形式3.2 设计工艺技术发展动向（1）设计手段不断完善随着计算机技术的发展以及电磁场数值计算、优化设计和仿真技术的不断完善，形成了以电磁场数值计算、等效磁路解析求解、场路结合求解等一整套分析研究方法和计算机辅助分析的设计软件。
如Ansoft 公司、MagneForce 公司、Jmag 公司均推出各种类型的电机设计软件，以方便快捷地完成从电机的电磁设计计算、损耗计算、优化设计、噪声抑制、特性分析等。
针对无刷电机特点，提供多种转子类型、多种绕组型式及主电路的连接方式，以便组合。
2006年三季度，加拿大以电磁计算分析著名的Infolytica 公司，推出了专门针对永磁无刷电机的Motorsolve 设计软件。
这些软件除了对电机进行电磁设计，还可对电机在槽形、绕组、材料等设计变量改变情况下多方案比较分析、电磁场精确计算和电机多目标优化设计，并包括控制电路、控制算法在内的整个设计流程，既可以提供任意时刻电机内电磁场分布数据，又能对电机工作时所关心的各类运行曲线，如转矩、转速、电流、功率、效率等提供结果，同时还能提供齿槽转矩、转矩脉动、转速波动等详细指标参数，2007年第10期18并可完成电机的各类正常工况和故障工况的仿真实验，包括起动、堵转、突加突减负载、突然短路等等。
（2）分数槽技术应用日益增多 分数槽绕组技术在永磁无刷电动机中的应用已逐渐增多。
如在电动自行车电机中采用三相、40极、36槽；Collmorgen 公司Goldline 系列交流伺服电机采用4极、18槽，6极、24槽等；松下伺服电机采用6极、9槽，8极、12槽等每极每相槽数q =1/2的分数槽绕组结构。
对于多极的无刷电动机采用分数槽绕组，可以较少的定子槽数达到多槽能达到的效果。
采用分数槽绕组有以下优点：①电机电枢槽数大为减少，有利于槽利用率的提高；②较少数目的元件数，可简化嵌线工艺和接线，有助于降低成本；③有可能得到线圈节距y =1的设计（集中绕组），便于采用自动绕线机绕制，提高工效；同时各个线圈端部没有重叠，不必设相间绝缘；④线圈周长和绕组端部缩短，电动机绕组电阻减小，铜损随之也减低，提高了电动机的性能。
采用分数槽绕组的磁动势谐波远大于整数槽绕组，如图10所示。
图10 整数槽绕组与分数槽绕组 （q =1/2）时的反电动势比较（3）无槽、无铁心结构电机无铁心无刷电动机的出现是采用新材料、新工艺的结果。
电枢采用耐热性能优越的材料制成刚性整体，可以在高温及高速情况下长期稳定运行；由于电枢无铁心，电感小，完全消除了铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，消除了由齿槽效应带来的转矩波动，具有优异的控制性能；运行效率高、温升低、转速范围广；电机的电枢中无齿槽且采用全塑封结构，负载动行时，噪声及振动都很低。
无铁心无刷电机可采用轴向磁场结构和径向磁场结构。
轴向磁场结构的电机电枢绕组径向按一定规律分布，在专用模具中固化成形，电枢两侧均为盘状转子体，转子磁体为轴向磁化，两侧转子可同时布置永磁体磁极及转子轭，成双励磁转子结构，也可一侧布置永磁体磁极而另一侧布置转子磁轭，成单励磁转子结构。
径向磁场结构电机的电枢绕组轴向按一定规律分布成筒状，其电枢内、外圆处均为筒状转子体，转子磁极为径向磁化，内、外圆可同时布置永磁体磁极及转子轭，成双励磁转子结构，也可在其中一个圆周上布置永磁体磁极，而另一圆周上只布置转子磁轭，成单励磁转子结构。
径向磁场结构和轴向磁场结构均可根据要求制造成内转子和外转子结构。
图11为径向磁场结构的无铁心无刷电动机典型结构。
图11 无铁心无刷电动机结构图典型盘式无刷电动机定子、转子均为圆盘形，采用轴向气隙磁场，可做成有铁心和无铁心两种结构，定子绕组呈径向分布。
无槽结构无刷电动机消除了齿槽效应，具有转矩波动小、运行平稳、噪声低、电枢电感小、定位干扰力矩小等一系列优点，成为很有发展前景的无刷电动机。
小直径的电动机，无槽结构能获得比有槽结构更大的转矩指标；在特殊条件下，例如要求电动机的转矩和功率相对不大，对电动机的体积限制不严，而对电动机的控制要求很高的情况下，采取无槽结构会获得好的效果。
国内无槽无刷电动机已有系列产品，功率范围至30 kW ，最高转速可达20000 r/min 。
（4）工艺不断革新 在电机制造方面，通过对传统工艺的不断革新，出现了分割型定子铁心结构和连续绕线工艺方法。
采用多极集中绕组，减少绕组端部长度，以适应生产自动化，使产品向低成本、低价格方向发展。
同时出现了适应不同性能参数永磁材料的瓦型、环型表面粘接结构和各种不同设计嵌入式磁体结构等新的转子磁路结构。
对于节距y =1分数槽设计，用专用绕线机直接绕制定子线圈，对于外转子结构的电机比较方便，但对于内转子结构的电机，特别是定子内径小的小功率电机，就要困难得多了。
为此，分割型定子铁心结构的构思提出来了。
图12所示为一种新型定子铁心结构，把定子铁心每齿分割开来，可以在铁心展开的状态下绕制线圈，以便随时调整线圈，实现规则绕制。
绕圈绕制完成后，再把全部磁极对接成圆，形成一个完整的定子。
这时，电枢槽的利用率可达85%以上。
图12分割型定子冲片和铁心日本松下生产的永磁交流伺服电动机最早采用上述新工艺，生产效率大大提高，产品体积大为减小，性能也有质的提升。
以400 W为例，定子外径从最早的φ125 mm减小到φ56 mm，效率由最早的70%提高到85%，温升为80K。
4传感与传感器技术4.1转子磁场位置传感器在无刷直流电动机中，常用的位置传感器有以下几种。
（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检测转子位置，有开口变压器、接近开关电路，使用较多的是开口变压器。
电磁式位置传感器具有输出信号强、工作可靠、寿命长、适应性强、对环境要求不高等优点，多用于航空航天领域，但体积较大，信噪比较低，同时，其输出波形为交流，需整流、滤波方可使用，因而限制了它在普通条件下的应用。
（2）磁敏式位置传感器 常见的磁敏式位置传感器由霍尔元件或霍尔集成电路构成。
霍尔元件位置传感器由于结构简单、性能可靠、成本低，是目前应用最多的一种位置传感器。
霍尔元件所产生的电动势很低，往往需要外接放大器，很不方便，随着半导体技术的发展，将霍尔元件与附加电路封装成三端模块，构成霍尔集成电路。
霍尔集成电路有开关型和线性型两种，通常用开关型作为位置传感器。
（3）光电式位置传感器 光电式位置传感器由安装在电机转子上的遮光盘和固定不动的光电开关组成。
其原理如图13所示。
遮光盘上开有150°电角度的扇形开口，扇形开口的数目等于无刷直流电机转子磁极的极对数。
4极电机所用遮光盘如图13。
光电开关通常采用将发光二极管和光敏三极管封装在一起的光断续器。
图13光电传感器对于两相导通星形三相六状态无刷直流电动机，3个光电开关在空间依次相差120°电角度，光电开关与电枢绕组的相对位置以及遮光盘与转子磁极的相对位置类似于霍尔位置传感器。
（4）对于高精度无刷伺服系统，用于速度和位置反馈的传感器有： 1）光学绝对式编码器。
绝对式编码器的精度由光电码盘的机械位置决定，不受停电等干扰影响；由机械位置决定的每个位置是唯一的，无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，数据的可靠性大大提高了。
2）光学增量式编码器。
增量编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应一个增量位移角，不能直接检测出轴的绝对角度。