无刷直流电动机的FG稳速方式

    吕淑兰，杨瑞清

(大连科东办公设备有限公司，辽宁大连116033)

    和有刷直流电动机相比较，无刷直流电动机具有噪音低、干扰小和寿命长等优点。从稳速方向比较，它还具有稳速精度的特点。

    有刷直流电动机由直流电源直接驱动，当需要稳速时，可采用专用的集成块，稳速电路比较简单，反馈信号取自转子的反电势。例如EG系列直流稳速电机，稳速IC有松下的6651、罗姆的6620和三洋的5587等。无刷直流电动机需要专用的驱动电路才能运行。当需要稳速时，可以采用具有稳速功能的驱动IC，例如摩托罗拉的MC33035，也可以采用具有稳速功能IC的稳速电路，例如东芝的TA7715P、TC9142P等．这种稳速电路采取闭环形式，它的速度反馈信号来自FG。

    FG(Frequency Generator)称之为频翠发生器，它实际卜是将磁的脉冲信号转变为同步电的信号的装置，起到了电磁编码的作用。本文介绍使用FG的稳速原理和FG的结构型式。

1稳速原理

    以FG坐为速度反馈信号，可以组成电压伺服电路或者省级相伺服电路，也可以组成同时具有电压伺服和锁相伺服的混合稳速电路，这决取于整个系统对稳速精度的要求。

    (1)电压伺服电路的稳速原理如图l所示。

    图1中FG的电压输出频率与转予的转速成正比，该信号电压经过F-V频率电压变换器工作，变为电压与转速成正比，其电平进入比较器与基准电压进行比较，将比较结果送入放大器对电源电压进行调整，从而达到稳速之目的。

    (2)锁相伺服电路的稳速原理如图2所示。

    图2中FG的电压信号频率与转子的转速成正比。该信号经过波形整形电路进入相位比较器与基准频率进行比较，比较结果经过积分电路运入放大器对电源电压进行调整，从而达到稳速之目的。

2 FG的结构型式

    前面提到，FG是将磁的脉冲信号通过电磁感应原理将变为同步电的脉冲信号的装置。磁脉冲信号制作在转子上．其频率与转速成正比。电脉冲信号制作在定子上，通过电感磁感应得到同步的电信号。由于无刷直流电动机结构型式的不同，FG的结构型式也差异很大。

    (1)轴向气隙式(无铁心)无刷直流电动机的FG结构型式如图3。

   

这是一台定子六个线卷转子八个磁极的电机简图。FG线卷制作在主绕组的外边，采取印刷绕组的形式，固定到基板上，极对数根据稳速精度的要求而定。FG磁极制作在主磁极的外边，与主磁极采用同一个磁铁。FG线卷和磁极在结构尺寸上应保持一致，以便得到****的感应信号。

    这种结构型式的优点是可以得到较大的电压信号，因为各线卷是串联起来的。但受印刷绕组制作宽度的限制，频率的高值也受到制约。

   （2）径向气隙式(有铁心)元刷直流电动机的FG结构型工的图四。

    这是一台定子九根转子十二磁极的电机圆筒。在转子壳的外边装上(或者注塑)磁环，磁环的外圆充以FG磁极。在安装板上装有磁头FG磁容)，对准磁极。当转子旋转时，磁极便在磁头中感应出交流电压信号。磁头可以采用霍尔元件制制作，当频率很高时需要制作专用的磁头。

    这种结构型式的优点是可以得到高频信号，凶为磁极对数可以达到几百对。其优点是结构要复杂些，信号电压也小。

    实际上FG的结构型式并不能自行选取，而是决定于电机的结构型式。

3特点与应用

    (1)用速度反馈原理进行稳速己属经典理论，早年采用测速发电机进行稳速即是典型例子。在电机轴端安装测量发电机，其输出电机的频率与转速成正比，故为信号反馈元件。这种稳速方式的体积较大，且频率的高端受到磁极对数的限制，不能太高。采用FG稳速方式的电机体积明显减小，且信号频率可以做得很高。

    (2)有刷直流电机的稳速方式之所以被广泛采用，是因为电机体积小，价格相当便宜。但稳速精度低，一般在2％以内。采刚价格画方式虽然价格高，但稳速精度可以提高一个数量级。

    (3)从以上的比较可以看出，三种稳速方式各有特点：测速发电机可以做得功率较大，适用于大功率无刷直流电动机的稳速，主要用于人中型设备和产品以及军事卫星；有刷电机稳速方式的精度虽然低，但价格便宜，适用于普及型电子产品，数收录机、汽车音响等；FG稳速方式具有体积小和精度高的特点，适用于档次****产品，如家用录像机、磁带录音座等。

    上世纪八十年代，正是家用录像和鼎盛时期，FG稳速方式的无刷直流电动机作为主导轴电机作用，年产量达几百万台。但随着激光影碟的问世，完全取代了磁带录像机，电机也随之停产。但是电机作为重要的电子元件，应用的领域是很广的。无刷直流电动机目前已被各个行业逐渐采用，如空调机、洗衣机、便携式DVD机等如果加上高精度的稳速功能，将如虎添翼，必然在新的领域中大展其能。FG稳速方式的电机尚处研制阶段，望其能作为储备产品加以进一步开发。