电动跑步机外转子无刷电机驱动及控制系统研究

摘要

跑步运动是人们喜爱的运动方式之一，借助电动跑步机进行跑步运动简单方便，已成为新的运动时尚。电动跑步机已经成为一种大众健身器材，市场前景极为广阔。 目前电动跑步机大多采用有刷直流电动机或交流变频电机作为驱动电机，本文研究采用外转子直接驱动无刷直流电动机的电动跑步机。其主要优点在于：一是省去了传统电动跑步机的减速机构，系统结构简单，运行可靠，效率高；二是无刷电机驱动具有优良的调速和控制性能，可以提升电动跑步机品质，实现智能化；三是无刷电机驱动性价比高，更具市场竞争力。因此，进行电动跑步机外转子无刷直流电动机驱动及控制系统的研究具有较高的理论意义和工程实用价值。 本文首先综述了电动跑步机及其电机驱动的现状、发展趋势以及外转子无刷计特点、分数槽绕组及其控制器；应用电机磁场有限元软件MAGNEFORCE研究了不同极/槽配合无刷电机的磁场分布和不同极弧系数对电机性能的影响；在此基础上试制了电动跑步机外转子无刷直流电动机样机并进行初步性能试验；运用MATLAB对外转子无刷直流电动机进行系统仿真分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1跑步机概述

1.2电动跑步机驱动电机

1.2.1电动跑步机对驱动电机的要求

1.2.2电动跑步机驱动电机现状

1.3无刷直流电动机及其控制技术的发展

1.3.1无刷直流电动机发展

1.3.2无刷电机控制技术的发展

1.4课题的主要工作、研究内容和论文安排

第2章电动跑步机外转子无刷直流电动机

2.1电动跑步机外转子无刷直流电动机的结构特点

2.2无刷直流电动机电磁设计概述

2.3外转子无刷直流电动机磁路分析

2.3.1场-路联合设计在无刷直流电机设计中的应用

2.3.2无刷直流电动机磁路模型

2.4外转子无刷直流电动机的分数槽绕组

第3章外转子无刷直流电机磁场有限元分析

3.1电机电磁场有限元分析概述

3.2电磁场有限元基本原理与二维电磁场基本方程

3.3电磁场分析的商业软件简介

3.4外转子无刷直流电机磁场有限元分析

3.4.1不同极/槽配合外转子无刷直流电动机的磁场分布

3.4.2磁极磁钢不同间隙对反电势波形宽度的影响

第4章电动跑步机外转子无刷直流电机控制系统

4.1电动跑步机控制系统组成

4.2电动跑步机无刷电机控制器

4.2.1主电路MOSFET器件的选择

4.2.2 MOSFET的驱动电路

4.2.3控制电路

4.2.4抗干扰措施与可靠性

4.3电动跑步机无刷电机的制动问题

4.4电动跑步机的联机调试

第5章电动跑步机无刷电机动态行为的计算机仿真

5.1外转子无刷电机的数学模型

5.2外转子无刷电机的仿真模型

5.2.1转子运动测量模块

5.2.2转矩测量模块

5.2.3开关管逻辑触发模块

5.2.4梯形波反电动势模块

5.2.5电流模块

5.3外转子无刷电机的仿真及其分析

第6章全文总结与展望

致谢

参考文献

附录