因為馬達轉速的改變，所以相位檢出也著馬達轉速的快慢而不同，必需去調整控制訊號輸出的頻率，以和馬達的運轉同步，這樣才能順利的讓馬達運轉，所以當馬達轉速越快時，向位同步也要能跟上，不然就會影響馬達的運轉。

下圖為市售無刷馬達控制器的外觀，一般稱為電子調速器，或電子變速器，或電子調節器等，就是用來控制馬達轉速快慢的東西啦，他的規格主要有最大耐壓及最大耐電流，這個規格，主要是由上面的MOSFET所限制，就是圖中那12顆IC，耐壓受MOSFET的VDS最大承受電壓限制，一般常用的是 30V，而電流則是MOSFET本身能承受的最大電流，超過電壓及電流規格的話，可能使物理特性被破坯，另外因MOSFET會有NO的阻抗，所以電子變速器的MOSFET選用，就非常的重要! 一般都選用RDSON最低的規格來使用，且切換速度要非常的快，這也使成本提高，這也是沒辨法的事! 因RDSON值越大，當電流流過時，會產生熱，且造成壓降，使效率降低，高溫會使MOSFET的內阻更大，形成熱暴走，如果電變沒有過載過溫保護的話，最後會整個燒掉，所以，可能的話，加大散熱片是比較好的!
          

下圖右邊2顆穩壓器，是做為BEC電源，給伺服機用的，2個並聯可以提供2A的電流，當然，這是類比式的穩壓器，如果輸入電壓太高的話，可使用的輸出瓦數就得降低，免得造成過熱保護，IC會切掉輸出，而中間的那顆四方形的IC，就是心臟部位，MCU，負責做所有的控制，包含輸入訊號及驅動馬達的工作，都由他來做。
          


底下二張圖面，則是分別測量 P-CH MOSFET 及 N-CH MOSFET的 GATE 閘的訊號，給各位參考。
            

            

DCS15系列 DCS25系列 DCS30系列
电瓶叉车减速器

适 用 范 围
·适用于1吨～3吨电瓶叉车配套使用。

机 型 特 征
·DCS15系列、DCS25系列、DCS30系列电瓶叉车减速器由弧齿锥齿轮副、斜齿圆柱齿轮副及差速装置组成。减速器依靠电机正反转实现前进或后退运转。具有效率高，结构简单，使用维护方便等特点。

传 动 比

　　CY8C24533是专门针对电机控制而开发的一款PSoC芯片。它继承了CY8C24XXXA系列芯片的几乎所有的资源，同时针对电机控制扩展了部分的资源和功能，使得它非常适合应用在电动自行车的控制以及其他的电机控制。

CY8C24533的系统资源和周边性能

　　CY8C24533的内部结构如图1所示。其资源包括：

图1：CY8C24533内部系统资源框图。

系统资源

       CY8C24533使用8位哈佛结构处理器内核(M8C CPU)，它具有独立的程序存储器和数据存储器总线，处理器速度可达24MHz。拥有丰富的M8C架构指令，系统提供便捷的寻址方式。CY8C24533的系统资源中包括一个乘加器(MAC)。MAC系统中作为一个独立的组件，并映射到特定的寄存器地址空间，由输入寄存器和输出寄存器，能执行带符号的8×8乘法运算和32位的加法运算。只要把数据传送到输入寄存器，在下一个指令周期，输出寄存器就能得到运算结果。寄存器加速内存数据交换，大大提高了处理数据的速度。

       CY8C24533有两个时钟发生器：主时钟发生器和低频时钟发生器。其中主时钟发生器为24MHz作为系统时钟，可分频或不分频作为CPU时钟。系统时钟N1,N2和N3次(均可由用户设定)分频产生的时钟VC1,VC2和V3可以提供给用户作为模拟PSoC模块和数字PSoC模块的输入时钟。系统时钟也可以倍频产生48MHz的时钟作为PWM的输入，以提高PWM的分辨率。低频时钟发生器是一个32KHz内部低速振荡器，主要用于看门狗/睡眠定时器的时钟。其他的系统资源还包括可设定电压阀值的电源低电压检测(LVD/POR)、中断控制器、I2C、用于△-∑模数转换的采样抽取器(Decimator)、片内温度传感器和片内电压参考等。

片内存储器

       CY8C24533有8KB的闪存用于程序存储以及256B的片内SRAM数据存储器。可以用闪存的部分空间模拟E2PROM。此外，它还具有串行在系统编程功能(ISSP)。CY8C24533对片内存储器提供多种保护加密方式。与传统的熔丝保护加密方式不同，CY8C24533是以块加密方式实施对片内存储器的加密保护，所以具有更高的安全性。

模块资源

       CY8C24533有4个数字模块和4个模拟模块。片内的数字模块可以配置成各种各样的用户模块，比如时间定时器、实时时钟、脉宽调制和死区脉宽调制(DB PWM)、循环冗余校对模块、全双工UART、SPI等功能模块。片内的模拟模块可以配置多种模拟周边功能，如比较器、可编程增益放大器、差分放大器、可编程滤波器。结合数字模块和模拟模块可以实施各种模数转换,如7-14位的增量式模数转换，8和11位的△-∑模数转换等等。PSoC Designer集成开发环境也为用户提供了灵活和完善的数字模块和模拟模块的输入输出路由、模块和模块之间的路由及数字模块和模拟模块之间的路由。在这些路由中还包括了一些硬件的逻辑运算块(LUT)，这些逻辑运算块可以进行16种逻辑运算。用户可以通过路由选择和路由之间的逻辑运算使模块和模块之间形成相互关联的有机的功能块，使这些功能块具有更复杂更独特更强大的功能。从而减少片外资源的使用，使系统更简洁。　

图2：同步触发方式原理框图。

SAR ADC模块

       在电机控制中通常需要一个高速的ADC用于检测过流信号进而实施对功率MOS管的保护。CY8C24533集成了一个专用的8位逐次逼近ADC。它的一次转换时间只有3.33μs，这对于快速的检测过流信号非常有用。另外为了能在合适的时间进行模数转换，CY8C24533还提供了多种触发方式来启动模数转换。它包括自由运行、手动单次触发和同步触发方式。同步触发方式原理框图如图2。在同步触发方式有两条通路(Low Path和High Path)可以实施触发。这两条通路分别有一个8位的寄存器与来自数字模块的的计数值进行比较，如果Low Path的比较结果相等时CMP_LO输出高电平，如果High Path的比较结果相等时CMP_HI输出高电平，CMP_LO和CMP_HI的输出在通路逻辑(Path Logic)进行逻辑运算，逻辑运算的结果为1时便触发启动模数转换。通路逻辑有“与”和“或”两种逻辑运算功能，CMP_LO和CMP_HI的值由用户设定。这个性能对电机控制非常有用。比如，当DBB0被配置成一个8位的PWM时，在一个PWM的周期里，ADC可以被触发一次或两次。当CMP_LO或CMP_HI寄存器有一个被设置，并且通路逻辑设置“或”运算时被触发一次；当CMP_LO和CMP_HI的寄存器被设置一样并且通路逻辑设置“与”运算时也被触发一次；当CMP_LO和CMP_HI的寄存器被设置不一样并且通路逻辑设置“或”运算时被触发两次。当DBB0和DBB1被配置成一个16位的PWM时，在一个PWM的周期里，模数转换可以被触发一次,这时通路逻辑设置“与”运算。在直流无刷电机的控制中，通常PWM值用于控制电机的电压或速度，每一个PWM周期中的相电流的大小是变化的，用同步触发方式可以在每一个PWM周期的固定时刻触发模数转换，采样电机的电流信号，判断电流是否异常，实施对电机和MOS管的有效保护。

电动车自行车控制器系统

　　图3所示是一个电动自行车控制器系统原理框图。图中，CY8C24533作为主控芯片，左边为各种输入信号：调速转把信号、刹车信号、电池电压、电机的霍尔信号和其他外设信号。右边是MOSFET的驱动电路、功率MOSFET三相桥电路以及电池电量显示电路。现在的电动自行车都使用“无刷直流电机”作为传动部件，所以CY8C24533必须通过来自电机的霍尔信号产生合适的相序信号提供给MOSFET的驱动电路，进而驱动功率MOSFET三相桥，使无刷直流电机的三相绕组得到按一定规律变化的励磁电流。　

图3：电动自行车控制器系统原理框图。

PWM输出

       为了通过调速转把来控制转速，必须将PWM信号叠加在相序信号上，通过调节PWM的占空比，来控制电机绕组的相电压和电流实现转速控制。通常MCU的PWM输出是从固定的管脚输出，所以传统的MCU做法是在芯片的外部加逻辑电路将6路或3路相序信号和PWM信号相“与”后输出。而CY8C24533 PSoC芯片有灵活多样的模块输入和输出的路由资源可以选择，可以将一路PWM信号在不同的时刻路由到一个或同时路由到多个I/O上。如图4所示将一个数字模块配置成双缓冲器，PWM信号的输出配合双缓冲器中的一个缓冲器便将PWM信号路由到LUT的四个输出上，进而通过数字输出总线路由到一个或多个I/O上。这样在换相且当某一相或几相需要PWM输出时，可在获得换相信号时通过中断程序将PWM输出切换到相应的I/O口上。I/O口的输出可以直接输入到MOS管的驱动电路，这样就不需要外部加逻辑电路。图5是在PSoC Designer开发环境下的PWM输出路由配置图。

图4：PWM输出路由选择和比较器输出路由选择图。

图5：PWM输出路由配置图。

峰值电流保护

       电动自行车在使用过程中会有多种可能的情况导致瞬间峰值电流很大，这个电流如果超过MOS管的最大可耐受电流，MOS管将被击穿。所以峰值电流保护是非常必要的。峰值电流保护的关键是响应速度。通常采用硬件的方式来实施，如将采样的电流送到一个比较器进行比较，比较器的输出再通过逻辑电路与PWM的输入信号相“与”。在CY8C24533芯片中包含模拟模块，CT(连续时钟)的模拟模块可以作可编程的比较器和可编程的放大器。我们将CT模块作放大器用于放大电流信号，另一个CT模块作比较器，用于比较电流信号，比较器的阈值可以程序设置。放大器的输出作为比较器的输出，比较器输出到比较总线，比较总线经LUT输入到数字模块的双缓冲器中的另一个缓冲器，这个缓冲器的输出经由行输出总线的LUT与PWM信号实现“与”操作(见图4或图5)。如果峰值电流超过设定的阈值，比较器的输出将封住PWM的输出，对MOS管实施有效的保护。

平均值电流保护

       平均值电流保护对保护电机和MOSFET是非常重要的，尤其在堵转时。因为长时间的堵转会产生高温而致使电机或MOSFET被烧毁。CY8C24533有高速逐次逼近ADC，因此可以利用上述的同步触发方式在每个PWM周期的固定时刻采样电流值，以获得平均值电流。如果这个值超过设定的阈值并持续一段时间(如3s以上)，控制器自动保护软件即会采取相应的措施，如减少PWM的输出或关断PWM，来对电机和MOSFET实施有效的保护。

1:1助力

       CY8C24533有数字模块可以用作捕捉定时器，捕捉踏板转轴的转速信号，获得模拟的1:1助力信号，然后通过对PWM的输出的控制，实现模拟的1:1助力或1:N控制。由于CY8C24533的闪存空间高达8KB，可允许用户程序设计多种功能和保护。基于PSoC CY8C24533的电动自行车控制器还包括超静音功能、防飞车功能、短路保护功能、欠压保护功能、定速巡航、ABS刹车再生制动等功能。超静音功能减少了起步噪声；防飞车功能解决了无刷控制器由于转把或线路故障引起的飞车现象，提高了系统的安全性；短路保护功能防止电机三根相线输出端任意两端短路或三端全短路，以及控制器不会烧毁；欠压保护功能使得电池电量不足时及时通知用户更换电池。定速巡航、ABS刹车使控制器的性能更加完善。

本文小结

　　基于PSoC CY8C24533的电动自行车控制器，利用其模拟、数字和路由资源使整个系统只用一个PSoC芯片便实现了上述的所有控制功能，因此无需任何外围芯片，外围元件的数目也相应减少。这充分体现了SoC的优势，同时芯片的资源也得到了充分有效的利用。由于CY8C24533的模拟、数字和路由等资源也是可编程的，其使设计工程师的智慧和创意得到更多体现的同时，也使电动自行车控制器的性能得到更多的提升。

　作者： 翁小平 资深主任应用工程师

　　黄建明 FAE高级经理

　　江小平 高级应用工程师

　　Cypress半导体公司　

锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂（LiCoO2），另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池，一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。

一般锂离子电池的电解质是液体的，后来开发出固态及凝胶型聚合物电解质，则称这种锂离子电池为锂聚合物电池，其性能优于液体电解质的锂离子电池。

磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力电池”。

采用LiFePO4材料作正极的意义

目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些组成电池正极材料的金属元素中，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。

作为可充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全（不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸）、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电（5～10C放电）、放电电压平稳上、安全上（不燃烧、不爆炸）、寿命上（循环次数）、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。

LiFePO4电池的结构与工作原理

LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

图1  LiFePO4电池内部结构

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

LiFePO4电池主要性能

LiFePO4电池的标称电压是3.2 V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别（10%～20%）。

磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较，也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别；另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。

磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别，可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸：直径为18mm、高650mm（型号为18650），其参数性能如表2所示。

典型的放电特性及寿命

一种型号为STL18650的磷酸铁锂动力电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图2中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。

图2  STL18650的放电特性

容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下（从-20～+40℃）的放电曲线如图3所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。
从图3中可看出，STL18650磷酸铁锂电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。

图3  STL18650在多温度条件下的放电曲线

STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图4的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。

图4  STL18650的充放电循环寿命曲线

过放电到零电压试验

采用STL18650（1100mAh）的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。

试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。

这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。

磷酸铁锂电池的特点

通过上述介绍，LiFePO4电池可归纳下述特点。

1高效率输出：标准放电为2～5C、连续高电流放电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；
2 高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好；
3 即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；
4 极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；
5 过放电到零伏也无损坏；
6 可快速充电；
7 低成本；
8 对环境无污染。

磷酸铁锂动力电池的应用

由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点，并且生产出各种不同容量的电池，很快得到广泛地应用。它主要应用领域有：

1 大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；
2 轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；
3 电动工具：电钻、电锯、割草机等；
4 遥控汽车、船、飞机等玩具；
5 太阳能及风力发电的储能设备；
6 UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；
7 替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；
8 小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

这里举一个用磷酸铁锂动力电池替代铅酸电池的应用实例。采用36V/10Ah(360Wh)的铅酸电池，其重量12kg，充一次电可行走约50km，充电次数约100次，使用时间约1年。若采用磷酸铁锂动力电池，采用同样的360Wh能量（12个10Ah电池串联组成），其重量约4kg，充电一次可行走80km左右，充电次数可达1000次，使用寿命可达3～5年。虽然说磷酸铁锂动力电池的价格较铅酸电池高得多，但总的经济效果还是采用磷酸铁锂动力电池更好，并且在使用上更轻便。

小型磷酸铁锂动力电池

小型磷酸铁锂动力电池是标准的，有圆柱形及长方形。如圆柱型的型号有18650、26650等。型号中前两位是表示直径，后两位或三位表示高度（单位为mm），即18650的尺寸的直径为18，高度为65。长方形的型号有103450R、183665R等。其前两位是电池的厚度、中间两位是电池的宽度，后两位是电池的长度（单位为mm）。电池生产工厂往往在型号前加三个英文字母作厂标，例如型号为×××18650。

结语

磷酸铁锂动力电池是一种新型动力电池，由于其性能优良，受到各方面的重视。我国现在已有一些工厂生产磷酸铁锂电池正极材料及生产各种不同容量的磷酸铁锂动力电池。由于生产时间不长，规模还不大，造成供不应求的情况。不过，这种情况可望在2～3年内得到改变，磷酸铁锂动力电池将更便宜，并且其应用将更普遍。

DC-Link电容器应用        

  http://www.yesiya.com/eaco-cap/dc-link.htm                                                                           

替代电解电容的薄膜电容技术
DC-Link电容器应用

http://www.yesiya.com/eaco-cap/dc-link.htm

在几个周期后，电流变为零,那么：

其中：

我们可以从这些曲线中看出，在工作电压为额定电压并且热点温度为70°C的情况下，膜电容的设计寿命为100,000小时。
寿命结束的标准为2％的电容容值的减少。然而，这是寿命结束的理论值，因为，在到达该点以后，电容仍然能够使用。如果在应用中允许5%的容值减少，寿命将得到显著的增加。
热点温度由下述的表达式决定：

                    

电机基本数据：

功率    电压   转速   额定/峰值转矩  峰值功率   电流  峰值电流  效率  重量  代码

(Kw)    (V)    (Rpm)    (Nm)           (Kw)      (A)    (A)     (%)   (Kg)

0.2        24～48       750      2.5 / 6                   0.6               8.3         20          92.1       5         D960

0.5        24～48       750      6.3 / 13                 1.5              20.8        50          92.1      6          1160

0.8        24～48       750     10.1 / 21                 2                  33          70          92.3      7          1360

1.0        24～48      1500     6.4 / 13                  2.5              41.6        86          92.6      7.5       1460

1.5        24～48      2500     5.7 / 12                  3                 62.6       130         92.8      9          1660

0.5            36          3500     1.3 / 3                    1.5               14          30          92.1      5          Y960

0.8            36          3500     2.1 / 5                    2.                 24          60          92.3      6          1160

1.0         36～60     3500     2.7 / 6                    2.5               28          70          92.6      7          1360

1.5         36～60     3500     4.1 / 10                   5                  52         110         92.8      8          1460

2.0         36～60     3500     5.5 / 12                   5                  42         100         92.8      9          1660

（1）无刷直流电机(BLDC)，性能优异，方便使用。

（2）电机为无刷结构，不产生火花．不需要更换炭刷，防护等级:IP44，水、泥、土不会进入 电机内部，结构紧凑、过载能力强，使用寿命长。

（3）负载特性优异，低速性能好，启动转矩大，启动电流小、适应电动车频繁起动的需要，节省电能。电机在整个速度范围内电机均高效运行,比有刷直流电机、交流变频电机（只在额定点附件效率高）相比有质的提高。

（4）使用环境温度-20度，军工级要求可达－40度，性能可靠。驱动器具有无级调速、正反转控制运行、反转速度减半（可调），制动能量回馈，多种过载过热保护、过压保护、欠压保护，速度信号、电压、电流量输出。

（5）配备高档调速踏板，踏板为无触点变压器结构（市场价300元），比接触式踏板或霍儿式踏板可靠性有质的提高，保证车辆平稳可靠运行。

（6）脉冲式用电，符合电池放电特性，不需要电池瞬间输出大电流，防止电池瞬间亏电。与有刷直流电机或交流变频电机相比，一次充电可多跑30％～50％的里程，可提高电池使用寿命50％。

（7）电机采用插入式稀土磁钢，特别适合有颠簸、反复启动、高速、大力拒起动、正反转运行的需要。

（8）电机转子具有强磁场，在滑行和制动状态时发电效果好，不需要吸收电池电量励磁（有刷直流电机或交流电机需要），能量回馈效果好，电制动效果好。

（9）电机及驱动器采用风冷或水冷，温度低，电机采用进口含油高速轴承，免维护、可靠性高，电机寿命长。

（10）电机有卧式、悬挂式，可带凸沿止口端盖、可采用双轴伸、花键轴伸，可根据整车要求及后桥参数要求量身定做各种电压、各种转速、各种功率要求的电机，可做成电动发电两用电机。

     随着经济发展，电梯行业不断壮大，电梯生产能力不断增加，竞争愈来愈激烈，明显表现在:第一，电梯价格由原来的供方定价，转向由需方来选择；第二，住宅电梯成为电梯市场的主流。随着房地产商开发高层住宅楼增加，购买一次批量也在增加；第三，电梯技术要求愈来愈高，过去客户除了看牌子，看价格，提不出具体要求，现在除了安全、可靠要求外，不断提出新的技术应用要求，如节能、免维护、体积小、智能化等问题，因此，为了适应市场，除VVVF技术外，又迅速发展出永磁同步电机技术、无机房技术、计算机监控技术等；第四，电梯部件日趋完善，明显趋势之一就是电梯部件由专业生产厂来完成。面对这样形势，国内电梯企业面临的市场竞争意识普遍增强，新技术的扩张、引进积极性普遍增高。中国是世界最大的电梯产品市场，但中国在电梯拖动系统技术上受治于国外，到目前为止，仍然没有成气候的国产电梯拖动系统和主机产品，中国大部分国有电梯企业只能生产低档电梯，更大的中、高档电梯市场空间不得不留给大型合资企业，因此，改变目前这种形势，必须应用高新技术打造民族品牌电梯产品。

 
2、稀土永磁交流同步电机的应用
     九十年代以来，人们对于环境的协调和保护提出愈来愈苛刻的要求。在电梯行业中，传统涡轮涡杆传动的曳引机，由于体积大、效率低、噪声大、漏油污染环境、需要经常维护等一系列问题，致使许多企业开始对新型曳引机的探索。

     在第一届中国国际电梯展览会上就看到了两类不同设计构思的曳引机，一类是行星齿轮驱动的曳引机，解决小型化、高效化的问题，但由于其仍然是靠接触式传动，仍未解决齿廓磨损、噪声增加的问题，而且为抑制噪声需要有高精度的加工和检测设备。另一类是由低速（多极）异步电机直接驱动的无齿曳引机，但显得笨重、庞大。在第二届电梯展时，由芬兰通力公司推出的盘式永磁电机驱动的无齿曳引机，首先将永磁同步电机引入曳引机领域，引起发电梯行业的广泛关注。第三、四届电梯展时，永磁同步电机驱动力的曳引机，已逐步成为新型曳引机的主流，到第四届时世界上几个著名电梯或电梯配件商，几乎都有其各具特色的永磁同步无齿曳引机参展。

    随着稀土永磁材料性能的不断改善，价格不断降低，加之我国又具有世界稀土矿藏拥有量世界第一的优势，因此近些年稀土永磁电机技术发展迅速，开发、生产此类产品更具有独特优势。传统的无齿曳引技术一般采用直流电动机，适用于速度为2.5m/s以上的超高速电梯。而稀土永磁同步电机以其低转速大转矩的优越性能，使无齿轮的应用范围拓展到速度为1m/s以上的几乎所有电梯系统中，这就为其应用开辟了广阔的空间。稀土永磁同步无齿曳引技术（RVVVF）是继交流异步变频调压调速技术（VVVF）之后，电梯
行业又一次重大的技术进步，这已经成为电梯业界的共识。
 
     稀土永磁无齿曳引机同传统曳引机相比，主要表现在机械结构简单，节省能源，降低噪声，性能价格比高，可以做到免维护，安全可靠，同时完全可以达到现有电机的舒适水平。因此我们利用已掌握的稀土永磁电机在电梯上应用的技术，结合中国运载火箭技术研究院的综合优势，研制开发超低转速、大扭矩稀土永磁同步交流电机及驱动系统，为我国在电梯领域研制开发具有自主知识产权的“绿色电梯”做出贡献。

一是在电池技术难以逾越的瓶颈下，如何提高电能使用效率、提高电动汽车续驶历程，提高电池寿命是电动汽车行业关注的焦点，因此选用符合电池特性的驱动电机是提高电动车辆性能的关键，即所选电机要效率高、使用电流小、启动电流小，避免电池瞬间大电流放电，电机能量回馈性能好。

二是受电池的制约，电动车辆主要用于城市交通，车辆大部分时间处于启动、加速、制动的工作状态，因此电机的起动性能（起动转矩/起动电流）、加速性能、低速时的效率、制动及滑行时的能量再生能力、电机的过载能力、电机的能量密度、电机可靠性对电动车辆尤为重要，是衡量电动车辆电机的重要指标。
基于以上两点，理想的电动车辆电机必须既要符合电池充放电特性，又要符合车辆的负载特性。

目前电动车辆有5种：串励有刷直流电机、有刷永磁直流电机、交流电机（异步电机）永磁同步调频电机和无刷直流电机。

有刷直流串励电机：优点是启动转矩大、过载能力强，缺点是需要换碳刷、高速有环火、不适宜高速运行、效率低、体积大、防护能力差、能量回馈差，主要用在电动三轮车上。

有刷永磁直流电机：优点是比有刷直流串励电机效率高，能量回馈好，启动转矩和过载能力一般，缺点是需要换碳刷、高速有环火、不适宜高速运行、效率适中、体积大、防护能力差，主要用在电动三轮车上。

交流电机：优点是结构简单、电机本身可靠性高，缺点是起动转矩小、起动电流大、电机要靠增大启动电流来产生大转矩，但因电池特性所限，电池难以提供大的电流，影响了电机转矩的提升，这种电机效率低、控制复杂，能量回馈性能差。

开关磁阻电机：优点是在低速时具有较大的转矩，缺点是低速振动大、噪声大、效率偏低，能量回馈差，应用很少。

永磁同步电机：优点是具有较高的效率，能量回馈好，缺点是低速时转矩无法提升，有失步问题，应用很少。

无刷直流电机：优点是：①电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速大转矩特性，能够提供大的起动转矩，满足车辆的加速要求。②速度范围宽，电机可以在低中高大速度范围内运行，而有刷电机由于受机械换向的影响，电机只能在中低速下运行。③电机效率高，尤其是在轻载车况下，电机仍能保持较高的效率，这对珍贵的电池能量是很重要的。④过载能力强，这种电机比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上，满足车辆的突起堵转需要。⑤再生制动效果好，因电机转子具有很高的永久磁场，在汽车下坡或制动时电机可完全进入发电机状态，给电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹车负担。⑥电机体积小、重量轻、比功率大、可有效地减轻重量、节省空间。⑦电机无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电机内部，可靠性高。⑧电机控制系统比异步电机简单。缺点是电机本身比交流电机复杂，控制器比有刷直流电机复杂。

各种电机技术指标汇总

BLDC电机的外特性:
   
    
   

 随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

 在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术（Full Closed AC Servo）、直线电机驱动技术（Linear Motor Driving）、可编程序计算机控制器（Programmable Computer Controller，PCC）和运动控制卡（Motion Controlling Board）等几项具有代表性的新技术。

2 全闭环交流伺服驱动技术
 　　在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。

 　　一般情况下，这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（如：光栅尺、光电编码器等），即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）。这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统 ， 使得高精度自动化设备的实现更为容易。

 　　该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)，作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齿轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等），实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。

3 直线电机驱动技术
 　　直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。

 　　在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

 　　1. 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

 　　2. 精度 直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

 　　3. 动刚度高 由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。

 　　4. 速度快、加减速过程短 由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

 　　5. 行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。

 　　6. 运动动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。

 　　7. 效率高 由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。

 　　直线传动电机的发展也越来越快，在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品，其中美国科尔摩根公司（Kollmorgen）的 PLATINNM DDL系列直线电机和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。

4 可编程计算机控制器技术
 　　自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器（Programming Logical Controller，PLC）问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。

 　　与传统的PLC相比较，PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。

 　　基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。

 　　PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流，虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中，它正日益显示出不可低估的发展潜力。

5 运动控制卡
 　　运动控制卡是一种基于工业PC机 、 用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。它的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

 　　运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地 ， 运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 （ 例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

 　　这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行，运动控制卡也形成了一个独立的专门行业，具有代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现，如成都步进机电有限公司的DMC300系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上。

6 结束语
 　　计算机技术和微电子技术的快速发展，推动着工业运动控制技术不断进步，出现了诸如全闭环交流伺服驱动系统、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等许多先进的实用技术，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段。这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高。