淺析無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展及其應(yīng)用

王侖

摘 要：無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)自誕生以來(lái)，就憑借其強(qiáng)大的功能得到了較為廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)自身優(yōu)點(diǎn)的闡述，并且對(duì)目前主要的幾種電機(jī)測(cè)速方法進(jìn)行了分析，探討了無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)目前的發(fā)展趨勢(shì)和主要應(yīng)用方法，希望通過(guò)本文的研究能夠更好的推動(dòng)無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展，并對(duì)于當(dāng)前電機(jī)測(cè)速方法的完善起到一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)；測(cè)速方法；發(fā)展應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.163

1 研究背景

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論是工業(yè)還是軍事業(yè)，對(duì)于電機(jī)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的要求不斷提高。無(wú)刷化已經(jīng)成為了非常重要的發(fā)展趨勢(shì)，在很多自動(dòng)控制裝置中得到了廣泛應(yīng)用，并且對(duì)于電機(jī)的速度測(cè)速、速度監(jiān)測(cè)、特別是對(duì)于自動(dòng)變頻電動(dòng)機(jī)的發(fā)展有著非常重要的作用。當(dāng)前，很多高性能電機(jī)都以高速率、高穩(wěn)定性作為研發(fā)前提，所以對(duì)于測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也相對(duì)較高，在這樣的背景下，無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)憑借其優(yōu)秀的性能，在諸多高性能電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。

在數(shù)控機(jī)床之中，對(duì)于電機(jī)供給速度的測(cè)試是整體測(cè)速環(huán)節(jié)中最為重要的部分之一。尤其是對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高，因此對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)也越來(lái)越重要。雖然當(dāng)前有很多檢測(cè)方法，根據(jù)不同的傳感器類型檢測(cè)方法各不相同。但是總結(jié)起來(lái)，最為主要的方式依然只有以下幾種：脈沖數(shù)字方式、電壓模擬方式、集成電路方式等。不同的測(cè)速方式需要匹配不同的外部環(huán)境，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。在對(duì)不同測(cè)速方法進(jìn)行研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，目前基于無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)，能夠在很多環(huán)境下高效的完成測(cè)試任務(wù)，并且對(duì)比傳統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)有著二者無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

2 無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

雖然目前關(guān)于測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇多種多樣，但是主要還是基于永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、交流測(cè)速發(fā)電機(jī)、無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)三種為主。其中無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種相對(duì)較新的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)不僅僅在運(yùn)行效率、調(diào)速性能等方面可以與直流電動(dòng)機(jī)相匹敵。而且，在整體結(jié)構(gòu)方面、運(yùn)行可靠性方面、后期維護(hù)方面又具有交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，這使得無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)展速度越來(lái)越快。

當(dāng)前直流測(cè)速發(fā)電機(jī)雖然依然有著較為廣泛的應(yīng)用，但是其可靠性問(wèn)題、噪聲問(wèn)題、干擾問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題等一直沒有得到根本性的解決。而交流電發(fā)電機(jī)雖然在穩(wěn)定性方面相對(duì)較好，但是由于外部環(huán)境的限制，交流電發(fā)電機(jī)很難得到廣泛的應(yīng)用。而無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，由于徹底改進(jìn)了基礎(chǔ)裝置，對(duì)原有直流測(cè)速機(jī)的電刷部分進(jìn)行改進(jìn)，不僅有效的解決了直流發(fā)電機(jī)的噪音問(wèn)題，更為重要的是大大提高了電機(jī)的穩(wěn)定性，并且無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)能夠更好的與新型發(fā)電機(jī)、新的測(cè)速方法進(jìn)行更好的結(jié)合，進(jìn)而更加匹配目前的高性能現(xiàn)代伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 無(wú)刷直流測(cè)速類型及應(yīng)用

（1）新型機(jī)電一體化方波無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。新型機(jī)電一體化方波直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是基于無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)技術(shù)的一種具有自動(dòng)化功能的新型發(fā)電機(jī)，與無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)相比，這種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)在多個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。該發(fā)電機(jī)主要由以下兩大部分組成，分別為測(cè)速輸出電路，以及多相永磁交流發(fā)電機(jī)。其中的多相永磁交流發(fā)電機(jī)能夠輸出一種梯形波電勢(shì)，電勢(shì)幅值會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加，由于電勢(shì)密度較大因此能夠有效避免傳統(tǒng)的無(wú)刷直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面的問(wèn)題。除此之外其中的測(cè)速輸出電路也進(jìn)行了大幅度的升級(jí)，在傳統(tǒng)的電路中增加了一個(gè)全新的電子模擬開關(guān)，配合系統(tǒng)中的預(yù)算放大器，使得傳統(tǒng)電路變?yōu)橐环N更為高效的加法放大電路。由于在新型機(jī)電一體化方波直流測(cè)速發(fā)電機(jī)中，配備的模擬開關(guān)，因此能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)所輸出電勢(shì)進(jìn)行分時(shí)取樣，并及時(shí)反饋，再通過(guò)加法器的作用，進(jìn)而形成一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)速信號(hào)。

（2）基于M/T法的智能數(shù)字測(cè)速法。通過(guò)情況下，如果要準(zhǔn)確的對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，需要在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸位置放置測(cè)速系統(tǒng)。但是，一些中小功率傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)無(wú)法進(jìn)行工作。在這樣的環(huán)境下，可以使用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)于功率的要求不高，因此非常適合該工作環(huán)境，但是由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較小，沒有足夠的空間安裝以測(cè)速機(jī)為核心的測(cè)速系統(tǒng)，而如果利用測(cè)速脈沖發(fā)生器，又會(huì)受到設(shè)備轉(zhuǎn)速的影響。而M/T法測(cè)速則在一定程度上解決了這個(gè)問(wèn)題。M/T法測(cè)速匯聚了M法以及T法的共同優(yōu)點(diǎn)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出脈沖頻率有所差異，而輸出頻率又與轉(zhuǎn)速成正比，因此基于M/T的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)測(cè)速電路能夠有效的在低功率的環(huán)境下進(jìn)行工作。

（3）基于F/V技術(shù)的低速段測(cè)速法。無(wú)論是基于哪一種原理的脈沖測(cè)速機(jī)，都會(huì)有以下兩個(gè)主要配件，分別是編碼器與測(cè)速機(jī)。對(duì)于很多系統(tǒng)而言，對(duì)于測(cè)速系統(tǒng)還是基于對(duì)于速度的模擬反饋，這部分系統(tǒng)并不支持?jǐn)?shù)字量反饋，這就導(dǎo)致基于M/T法的智能數(shù)字測(cè)速法的測(cè)速系統(tǒng)，最終還需要進(jìn)行額外的D/A轉(zhuǎn)換，這會(huì)造成額外的成本支出，因此一些系統(tǒng)選擇通過(guò)F/V測(cè)速法直接獲得速度的模擬量，進(jìn)而完成測(cè)速。在上文提及脈沖信號(hào)會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，信號(hào)變強(qiáng)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換，最終獲得需要的模擬電壓。由于每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，測(cè)速越精確，因此基于F/V的測(cè)速方法能夠更加有效的在低速段進(jìn)行工作。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)憑借優(yōu)秀的功能，逐漸的成為了目前應(yīng)用潛力最大的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)之一，并且其后續(xù)開發(fā)能力相對(duì)較強(qiáng)，能夠在不同的場(chǎng)合下得到廣泛應(yīng)用，并且由于目前控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)必將向著數(shù)字化、自動(dòng)化的趨勢(shì)發(fā)展。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行特點(diǎn)，使得該電動(dòng)機(jī)能夠與多種先進(jìn)的系統(tǒng)進(jìn)行組合，進(jìn)而形成更加高能的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。相信伴隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在未來(lái)一定會(huì)獲得更加廣泛的發(fā)展空間。

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