浅析无刷直流测速发电机的发展及其应用

王仑

摘 要：无刷直流测速发电机自诞生以来，就凭借其强大的功能得到了较为广泛的应用。本文通过对无刷直流测速发电机自身优点的阐述，并且对目前主要的几种电机测速方法进行了分析，探讨了无刷直流测速发电机目前的发展趋势和主要应用方法，希望通过本文的研究能够更好的推动无刷直流测速发电机的发展，并对于当前电机测速方法的完善起到一定的积极作用。

关键词：无刷直流测速发电机；测速方法；发展应用

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

1 研究背景

伴随着科学技术的发展，无论是工业还是军事业，对于电机系统安全稳定性的要求不断提高。无刷化已经成为了非常重要的发展趋势，在很多自动控制装置中得到了广泛应用，并且对于电机的速度测速、速度监测、特别是对于自动变频电动机的发展有着非常重要的作用。当前，很多高性能电机都以高速率、高稳定性作为研发前提，所以对于测速发动机的要求也相对较高，在这样的背景下，无刷直流测速发电机凭借其优秀的性能，在诸多高性能电机得到了广泛的应用。

在数控机床之中，对于电机供给速度的测试是整体测速环节中最为重要的部分之一。尤其是对于电机转速、电机稳定性的要求越来越高，因此对电机转速的检测也越来越重要。虽然当前有很多检测方法，根据不同的传感器类型检测方法各不相同。但是总结起来，最为主要的方式依然只有以下几种：脉冲数字方式、电压模拟方式、集成电路方式等。不同的测速方式需要匹配不同的外部环境，需要根据实际需求进行选择。在对不同测速方法进行研究的过程中发现，目前基于无刷直流测速发电机的测试系统，能够在很多环境下高效的完成测试任务，并且对比传统的直流发电机和交流发电机有着二者无法比拟的优势。

2 无刷直流测速发电机的优点

虽然目前关于测速发电机的选择多种多样，但是主要还是基于永磁直流测速发电机、交流测速发电机、无刷直流测速发电机三种为主。其中无刷直流测速发电机是一种相对较新的电动机，该电动机不仅仅在运行效率、调速性能等方面可以与直流电动机相匹敌。而且，在整体结构方面、运行可靠性方面、后期维护方面又具有交流电动机的优点，这使得无刷直流测速发电机的发展速度越来越快。

当前直流测速发电机虽然依然有着较为广泛的应用，但是其可靠性问题、噪声问题、干扰问题、稳定性问题等一直没有得到根本性的解决。而交流电发电机虽然在稳定性方面相对较好，但是由于外部环境的限制，交流电发电机很难得到广泛的应用。而无刷直流测速发电机，由于彻底改进了基础装置，对原有直流测速机的电刷部分进行改进，不仅有效的解决了直流发电机的噪音问题，更为重要的是大大提高了电机的稳定性，并且无刷直流测速发电机能够更好的与新型发电机、新的测速方法进行更好的结合，进而更加匹配目前的高性能现代伺服系统的发展趋势。

3 无刷直流测速类型及应用

（1）新型机电一体化方波无刷直流测速发电机。新型机电一体化方波直流测速发电机是基于无刷直流测速发电机技术的一种具有自动化功能的新型发电机，与无刷直流测速发电机相比，这种新型的发动机在多个方面进行改进。该发电机主要由以下两大部分组成，分别为测速输出电路，以及多相永磁交流发电机。其中的多相永磁交流发电机能够输出一种梯形波电势，电势幅值会随着转速的增加而增加，由于电势密度较大因此能够有效避免传统的无刷直流测速发电机在电磁转矩脉动方面的问题。除此之外其中的测速输出电路也进行了大幅度的升级，在传统的电路中增加了一个全新的电子模拟开关，配合系统中的预算放大器，使得传统电路变为一种更为高效的加法放大电路。由于在新型机电一体化方波直流测速发电机中，配备的模拟开关，因此能够对发电机所输出电势进行分时取样，并及时反馈，再通过加法器的作用，进而形成一个稳定的测速信号。

（2）基于M/T法的智能数字测速法。通过情况下，如果要准确的对电动机转速进行测量，需要在电动机的转轴位置放置测速系统。但是，一些中小功率传统的电动机无法进行工作。在这样的环境下，可以使用无刷直流电动机进行工作，由于无刷直流电动机对于功率的要求不高，因此非常适合该工作环境，但是由于无刷直流电动机容量相对较小，没有足够的空间安装以测速机为核心的测速系统，而如果利用测速脉冲发生器，又会受到设备转速的影响。而M/T法测速则在一定程度上解决了这个问题。M/T法测速汇聚了M法以及T法的共同优点，由于电动机转速与输出脉冲频率有所差异，而输出频率又与转速成正比，因此基于M/T的无刷直流电动机测速电路能够有效的在低功率的环境下進行工作。

（3）基于F/V技术的低速段测速法。无论是基于哪一种原理的脉冲测速机，都会有以下两个主要配件，分别是编码器与测速机。对于很多系统而言，对于测速系统还是基于对于速度的模拟反馈，这部分系统并不支持数字量反馈，这就导致基于M/T法的智能数字测速法的测速系统，最终还需要进行额外的D/A转换，这会造成额外的成本支出，因此一些系统选择通过F/V测速法直接获得速度的模拟量，进而完成测速。在上文提及脉冲信号会随着电机转速的增加，信号变强，系统会通过一系列的转换，最终获得需要的模拟电压。由于每转脉冲数越多，测速越精确，因此基于F/V的测速方法能够更加有效的在低速段进行工作。

4 结论

随着科学技术的发展，无刷直流电动机凭借优秀的功能，逐渐的成为了目前应用潜力最大的高性能发动机之一，并且其后续开发能力相对较强，能够在不同的场合下得到广泛应用，并且由于目前控制技术以及计算机技术的飞速发展，无刷直流电动机必将向着数字化、自动化的趋势发展。由于无刷直流电动机的特殊结构以及运行特点，使得该电动机能够与多种先进的系统进行组合，进而形成更加高能的驱动系统。相信伴随着技术的发展，无刷直流电动机在未来一定会获得更加广泛的发展空间。

参考文献：

[1]赵浩.一种基于霍尔效应的无刷式测速发电机[J].传感技术学报，2017（03）：135-138.

[2]杨通.一种空心杯直流测速发电机的设计分析与方案改进[J]. 导航与控制，2016，15（05）.

[3]许泽刚，谢少军.磁通切换型无刷直流发电机的单周期控制研究[J].微特电机，2018，v.46；No.327（04）：58-62+66.