無刷直流電機在按摩椅行業的應用
張生明
(浙江豪中豪健康產品有限公司,浙江平陽325400)
摘要:無刷直流電機是集特種電動機、功率驅動器、檢測元件、微處理器、控制軟件和硬件于一體的新一代機電一體化高科技產品,既保持了有刷直流電動機良好的調速性能的特點,又具有結構簡單、起動力矩大、調速范圍寬、損耗低、效率高、無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優點,體現著當今應用科學的許多****成果。按摩椅作為一種模擬人手的揉捏敲打動作對人體進行按摩的智能化產品,其在模糊控制和直接驅動方面具有很高的要求。將無刷直流電機技術應用到按摩椅行業,將會大大降低按摩椅的運行噪音,提升按摩椅的使用舒適性,增加按摩椅的穩定性,延長按摩椅的使用壽命,并顯著降低按摩椅的運行能耗。這種應用,必將從最基礎的驅動層面上整體推動按摩椅行業的發展。
關鍵詞:無刷直流電機;按摩椅;應用
0引言
無刷直流電動機是近年來隨著微處理器技術的發展和高開關頻率、低功耗新型電力電子器件的應用,以及控制方法的優化和低成本、高磁能積的永磁材料的出現而發展起來的一種新型直流電動機。
“無刷直流電動機”一詞最初特指具有電子換向的直流電動機,“無刷”即指由電子換向取代傳統的機械換向,“直流”即指具有與有刷直流電動機相同的工作特性。總結現有參閱文獻可知,無刷直流電動機是指轉子為永磁結構,定子繞組為多相交流繞組,并配以適當的位置檢測器,可根據轉子位置信號按一定的次序向定子繞組進行電子饋電的自同步電動機系統。因此,它又被稱為自控式同步電動機。無刷直流電動機的特點是在同步電動機的定子上裝有~臺轉子位置傳感器,由它發出信號控制變壓變頻裝置的逆變器換流,從而改變同步電機的供電頻率,調速時由外部控制逆變器的直流輸入電壓或電流,它用電力電子裝置取代了機械換相器,岡此又稱為無換向器電機。
無刷直流電動機既保持了有刷直流電動機良好的調速性能又具有無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優點,因而在航空航天、數控機床、機器人、電動汽車、計算機外圍設備和家用電器等方面都獲得了廣泛應用。
按摩椅作為一種模擬人手的揉捏敲打動作對人體進行按摩的智能化產品,其在模糊控制和直接驅動方面無疑具有很高的要求。而采用無刷直流電動機直接驅動按摩椅機械裝置的技術,對于滿足按摩椅的這些要求,無疑是十分有效的途徑。近十幾年來,隨著電力電子技術的飛速發展,許多新型的高性能半導體功率器件,如GTR、MOsFET和IGBT等的相繼出現,以及高性能永磁材料如鐵氧體、銣鐵硼等相繼問世,為無刷直流電動機的生產和應用奠定了堅實的物質基礎。按摩椅采用無刷直流電動機直接驅動,可實現無級寬調速,調整范圍可達0~1000,m/min,使按摩椅的模糊控制方案更為易于實現,并且由于省去了齒輪減速及皮帶傳動機構,無刷直流電動機驅動系統的效率明顯高于原有系統的效率,同時也將降低了按摩椅工作時的噪聲,這些都無疑將太大
提高按摩椅的產品性能和市場競爭能力。
1無刷直流電機在降低按摩椅噪音方面的作用
由于按摩椅在工作的時候,人的頭部緊貼按摩機械手,噪音問題將會嚴重影響人的舒適程度。由我公司負責起草的國家標準《家用和類似用途電器噪音限值電動按摩器的特殊要求》規定按摩椅的整機噪音限值為55dB(A),而目前采用的傳統直流電機的正常負載運行噪音為:38dB(A)
左右。所以,降低電機噪音成為了進一步降低整機按摩椅噪音的重要技術方向。
因為直流電機具有優良的轉矩控制特性,所以其在調速領域內一直占有主導地位。基于這個道理,按摩椅的驅動電機也一直采用直流電機。但是根據法拉第定律,當直流電機的轉子發生轉動時,其在磁場中的受力將會反向,所以直流電機需要有一個電流轉向功能,才能保證電機平穩的持續運行。在傳統的直流電機中,這個功能由電刷完成。這種機械換向方式,在電刷與換向器之間存在機械摩擦,在這個過程中不可避免的產生噪音與火花。直流電機的噪音主要是電刷與換向器之間的摩擦噪音。而且從理論上,這個噪音將永遠無法消失。目前采用高潤滑導電材料做成的電刷與換向器,其噪音仍然在35dB(A)以上。
為了取代有刷直流電動機的電刷——換向器結構的機械接觸裝置,人們對此進行了長期的探索。早在1915年,美國人蘭格米爾(Langm_11)發明丁,帶控制柵極的水銀整流器,制成了由直流變交流的逆變裝置。1917年,Boliget提出了用整流管代替有刷贏流電動機的機械電 |