1. 导言
直流永磁无刷电动机因为其结构简略、可靠性高、低速大扭矩等特色而得到了越来越广泛的使用，尤其是近年来在电动自行车中得到了广泛使用。因为电动自行车是人们的日常代步东西，因而人们对整车的发动平稳性，噪音等目标提出了较高的要求。现有电动车电机大部分选用直流永磁无刷电机，电机的铁芯为直槽结构，绕组为三相星形衔接，逆变器一般作业在两两导通状况。因为直槽电机在作业时扭矩动摇较大,因而咱们有必要优化电机的结构并合作经过优化规划的操控器才干取得比较满意的作用。本文就怎么规划直流永磁无刷电机超静音操控器作一些讨论。
2. 直流永磁无刷电动机的转矩脉动剖析
永磁无刷电动机因为电磁要素、齿槽的影响、电流换向、电枢反响等会发生较强的脉动转矩。在规划电机和相应的操控体系时应仔细考虑，采纳办法，防止转矩脉动过大。
2.1电磁要素引起的转矩脉动
电磁转矩脉动是因为定子电流和转子磁场相互作用而发生的转矩脉动，它与电流波形、反电动势波形、气隙磁通密度的散布有直接联系。抱负情况下，定子电流为方波，反电动势波形为梯形波，平顶宽度为120°电视点，电磁转矩为恒值。而实践电机中，因为规划和制作方面的原因，可能使反电动势波形不是梯形波，或波顶宽度不为120°电视点，这样就会形成电机的扭矩脉动。
2.2齿槽引起的转矩脉动
因为定子铁心槽齿的存在，使得永磁体与对应的电枢外表的气隙磁导不均匀，当转子旋转时，使得在一个磁状况内，磁路磁阻发生改变，然后引起转矩脉动。齿槽引起的转矩脉动是转子磁场相互作用发生的，与定子电流无关。因而按捺由齿槽引起的转矩脉动的首要集中于优化电机规划上，如斜槽法。
2.3电流换向引起的转矩脉动
其间Te为电机电磁转矩，ea，eb，ec为相绕组电动势，ia，ib，ic 为相绕组电流。
因为换相时间很短，可近似以为ebaeca ，在换相区域内不改变，因而扭矩与电流成正比联系，电流的动摇直接导致了电机转矩的动摇。在低速大负载运转的情况下，电机的转矩脉动尤为显着。
在直流无刷永磁电机的转矩脉动原因中，前两种首要靠优化电机的规划来到达意图，关于第3种转矩脉动，咱们能够经过电流补偿法来减小电机在换相过程中的转矩脉动。本文将要点介绍这种办法。
3.电流补偿法减小电机的转矩脉动
因为在低速大负载运转时，电机的旋转反电势很小，为了使电机的相电流不超越答应的最大值，PWM占空比一般比较小，这使得换相后新的相绕组电流上升缓慢。图3中是电机换相时的电流仿真波形。电机两相之间的电感为Lm=0.4mH,内阻Rm=0.28欧姆(实践电机的参数)。选用AOS(万代半导体)出产的AOT460 MOSFET进行仿真。MOSFET的PSP%&&&&&%E模型选用level3等级。由图3中能够看出，假如PWM占空比为30%，则电流由零上升到30A需求约1.3ms。这与图2a中实测的波形相仿。为了使换相后电流敏捷上升，咱们能够使换相后PWM占空比为100%来对电流进行补偿，直到电流上升到换相前的电流值，这样能够使换相电流的动摇尽可能的小，时间尽可能地短。由仿真波形中I2能够看出，电流上升到30A的时间小于300us。
4.操控体系的规划
怎么精准操控换相后的补偿电流，即怎么准确操控PWM100%占空比的时间是超静音操控器规划的要害!这就要求操控体系的MCU具有以下的特色：
1) 有很快的A/D转化速度，能够在换相后接连快速采样;
2) 能够在PWM的注册期间特定时间触发A/D采样;因为在PWM逆变器带理性负载的操控体系中，因为体系的一些寄生参数导致PWM在注册和关断期间电机的相线上呈现振铃(如图4所示)，这些振铃会耦合到A/D采样的回路中，因而咱们应避开在PWM开关过程中进行A/D采样。假如咱们在PWM注册期间的中点触发电流采样，咱们将会得到电流的平均值，这将有利于咱们对电流补偿的操控。
事实上，找到这样的MCU并不难，比如英飞凌的马达专用操控芯片XC866，CYPRESS的片上可编程操控芯片CY8C24533等。XC866的A/D转化速度能够到达2us以内，加上程序的执行时间，一次A/D转化需求的总时间在8us以内，以这样的时间距离来判别电流补偿是否完结现已满足。CY8C24533是CYPRESS专为电机操控开发的带高速A/D的芯片，其SAR8转化速度能够到达3us以内，加上其主动对齐触发A/D形式，能够在PWM的恣意时间触发电流A/D采样，咱们也很简单完成对电流的精准操控。
图2b是选用XC866操控芯片的体系在经过上述办法优化后测得的换相电流波形，由图2b能够看出，换相时的电流脉动根本消除，电机的相电流根本挨近方波。用了这套操控体系的电动车，起步加快以及运转时的电机轰动已根本消除，完成了超静音操控器的规划。
5. 结语
经过选用适宜的MCU完成高速可触发A/D采样，对永磁无刷电机换相时的电流进行精准补偿，能够到达消除换相电流脉动，减轻电机振荡的作用。
