直流力矩电机的工作原理

无刷直流力矩电机（Brushless Direct current moment motor ，BLDCMM)是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电动机。它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中的重要的机电元件之一。无刷直流电动机是在有刷电动机的基础上发展起来的。1813年法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论。十九世纪四十年代研制成功了第一台直流电动机。经过七十多年的发展，直流电动机才趋于成熟阶段。但是，随着用途的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。显然，有接触装置的机械换向装置限制了直流电动机在很多场合的应用，为了取代有刷直流电动机的那个电刷——换向器结构的机械接触装置，人们对此做了长期的探索。早在1915年，美国人兰格米尔发明了带控制栅极的水银整流器，制成了由直流变交流的逆变装置。上个世纪三十年代，有人提出了用离子装置实现电机的定子绕组按转子位置换接的所谓整流子电机。此种电机由于可*性差，效率低，整个装置笨重而又复杂，所以没有太大的意义。

科学技术的迅速发展带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功，为创造新型直流电动机带来了生机。1955年，美国人D.哈里森等人首次申请用晶体管换向线路代替电动机电刷接触的专利。这就是无刷直流电动机的雏形。其后，经过反复的实验和不断的实践，人们终于找到了用位置传感器和电子换向线路来代替有刷直流电动机的机械接触装置，从而为直流电动机的发展开辟了新的途径。上个世纪六十年代初期，以接近某物而动作的接近开关式位置传感器，电磁谐振位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世。之后，又出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。

半导体技术的飞速发展使用使人们对1879年美国人霍尔发现的霍尔效应再次发生兴趣，经过多年的努力，终于在1962年试制成功了借助霍尔元件来实现换流的无刷直流电动机，随着比霍尔元件灵敏度更高的磁敏二极管的出现，在上世纪七十年代初期，又研制成功了借助磁敏二极管实现换流的无刷直流电动机。

由于无刷直流力矩电机是利用电子换相技术代替传统直流时机的电刷换向的一种新型直流电动机，所以无刷直流电动机的最大特点就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构。加之，客观存在通常采用永磁体为转子，没有励磁损耗；发热的电枢绕组通常装在外面的定子上，这样热阻较小，散热容易。因此，无刷电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可*，维修方便。此外，它还具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多优点，随着高性能的电力电子器件和高性能磁性材料的问世，大大提高了直流无刷时机的性能，故直流无刷时机在当今国民经济各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。

1.2 课题的设计目的和要求

本课题要求设计一个控制电路，用来控制一台无刷直流力矩电机的正常运行，启停和正反转。本课题要求用单片机作为控制器，以根据无刷直流力矩电机转动时读入到单片机内部的霍尔信号状态输出相应控制字，来控制电子开关主回路的电流换相以驱动无刷直流力矩电机运行。在这个课题设计中，所做的主要工作为：根据控制对象和控制目的选择元器件，绘制控制电路原理图，制作和焊制控制电路的PCB图，根据控制要求编写控制程序最后实现与电动机联调等工作。

1.3 总体设计思路

根据电路设计目的和要求同时经过查阅相关的资料，总的设计思路如下：

首先，确定控制电路的总体构成。控制电路主要有三大部分组成。一、无刷直流力矩电机的开关主回路设计。这一部分主要是根据电动机的参数，选择能满足一定功率要求的功率管，使其能根据控制电路的输出信号正确地导通、断开。该部分已有现成电路。二、信号变换电路设计，这一部分主要包括将从电动机出来的六路霍尔传感器的信号变换成与单片机兼容的三路位置信号和将从单片机出来的六路开关控制信号变换成与并关电路匹配的信号。三，控

制器的软件实现，编写程序，使电路按照给定的逻辑工作。这是整个系统中最核心和最重要的工作，电动机能否正常工作，以怎么样的方式工作就是要看控制程序的功能如何。

其次，根据电路各处电流电压的大小及负载要求，确定元件参数。使电路各级输出合适的电流和电压，能驱动它们的负载正常工作。

最后，在确定控制电路方案和已确定元件参数的基础上再结合电路板的大小设计元件布局。焊装电路与电机联调。