無(wú)刷直流電機(jī)在按摩椅行業(yè)的應(yīng)用

    張生明

    (浙江豪中豪健康產(chǎn)品有限公司，浙江平陽(yáng)325400)

    摘要：無(wú)刷直流電機(jī)是集特種電動(dòng)機(jī)、功率驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)元件、微處理器、控制軟件和硬件于一體的新一代機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，既保持了有刷直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能的特點(diǎn)，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、損耗低、效率高、無(wú)滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多****成果。按摩椅作為一種模擬人手的揉捏敲打動(dòng)作對(duì)人體進(jìn)行按摩的智能化產(chǎn)品，其在模糊控制和直接驅(qū)動(dòng)方面具有很高的要求。將無(wú)刷直流電機(jī)技術(shù)應(yīng)用到按摩椅行業(yè)，將會(huì)大大降低按摩椅的運(yùn)行噪音，提升按摩椅的使用舒適性，增加按摩椅的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)按摩椅的使用壽命，并顯著降低按摩椅的運(yùn)行能耗。這種應(yīng)用，必將從最基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)層面上整體推動(dòng)按摩椅行業(yè)的發(fā)展。

    關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；按摩椅；應(yīng)用  

0引言

    無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是近年來(lái)隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和高開(kāi)關(guān)頻率、低功耗新型電力電子器件的應(yīng)用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能積的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型直流電動(dòng)機(jī)。

    “無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)”一詞最初特指具有電子換向的直流電動(dòng)機(jī)，“無(wú)刷”即指由電子換向取代傳統(tǒng)的機(jī)械換向，“直流”即指具有與有刷直流電動(dòng)機(jī)相同的工作特性。總結(jié)現(xiàn)有參閱文獻(xiàn)可知，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是指轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，定子繞組為多相交流繞組，并配以適當(dāng)?shù)奈恢脵z測(cè)器，可根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)按一定的次序向定子繞組進(jìn)行電子饋電的自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。因此，它又被稱為自控式同步電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是在同步電動(dòng)機(jī)的定子上裝有～臺(tái)轉(zhuǎn)子位置傳感器，由它發(fā)出信號(hào)控制變壓變頻裝置的逆變器換流，從而改變同步電機(jī)的供電頻率，調(diào)速時(shí)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(jī)械換相器，岡此又稱為無(wú)換向器電機(jī)。

    無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)既保持了有刷直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能又具有無(wú)滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。

    按摩椅作為一種模擬人手的揉捏敲打動(dòng)作對(duì)人體進(jìn)行按摩的智能化產(chǎn)品，其在模糊控制和直接驅(qū)動(dòng)方面無(wú)疑具有很高的要求。而采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)按摩椅機(jī)械裝置的技術(shù)，對(duì)于滿足按摩椅的這些要求，無(wú)疑是十分有效的途徑。近十幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件，如GTR、MOsFET和IGBT等的相繼出現(xiàn)，以及高性能永磁材料如鐵氧體、銣鐵硼等相繼問(wèn)世，為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。按摩椅采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)寬調(diào)速，調(diào)整范圍可達(dá)0~1000，m/min，使按摩椅的模糊控制方案更為易于實(shí)現(xiàn)，并且由于省去了齒輪減速及皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率明顯高于原有系統(tǒng)的效率，同時(shí)也將降低了按摩椅工作時(shí)的噪聲，這些都無(wú)疑將太大

提高按摩椅的產(chǎn)品性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1無(wú)刷直流電機(jī)在降低按摩椅噪音方面的作用

    由于按摩椅在工作的時(shí)候，人的頭部緊貼按摩機(jī)械手，噪音問(wèn)題將會(huì)嚴(yán)重影響人的舒適程度。由我公司負(fù)責(zé)起草的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《家用和類似用途電器噪音限值電動(dòng)按摩器的特殊要求》規(guī)定按摩椅的整機(jī)噪音限值為55dB(A)，而目前采用的傳統(tǒng)直流電機(jī)的正常負(fù)載運(yùn)行噪音為：38dB(A)

左右。所以，降低電機(jī)噪音成為了進(jìn)一步降低整機(jī)按摩椅噪音的重要技術(shù)方向。

    因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，所以其在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)一直占有主導(dǎo)地位。基于這個(gè)道理，按摩椅的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也一直采用直流電機(jī)。但是根據(jù)法拉第定律，當(dāng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其在磁場(chǎng)中的受力將會(huì)反向，所以直流電機(jī)需要有一個(gè)電流轉(zhuǎn)向功能，才能保證電機(jī)平穩(wěn)的持續(xù)運(yùn)行。在傳統(tǒng)的直流電機(jī)中，這個(gè)功能由電刷完成。這種機(jī)械換向方式，在電刷與換向器之間存在機(jī)械摩擦，在這個(gè)過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生噪音與火花。直流電機(jī)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(gè)噪音將永遠(yuǎn)無(wú)法消失。目前采用高潤(rùn)滑導(dǎo)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(dòng)機(jī)的電刷——換向器結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸裝置，人們對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索。早在1915年，美國(guó)人蘭格米爾(Langm_11)發(fā)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(dòng)機(jī)的機(jī)械電