空心杯电机无位置传感器控制研究

Research on Sensor-less Control for Coreless Motor

上海大学杜永红

杜永红

杜永红邵定国

邵定国

邵定国许路

许路

Email：

dgshao@mail.shu.edu.cn

摘要

：

空心杯电动机属于直流、永磁、伺服微特电机，由于其具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运

行特性，作为高效率的能量转换装置，代表了电动机的发展方向之一。由于空心杯电机采用三角形接法的绕组结构，当采用

反电势法对其实行无位置传感器控制时，其控制方式与常用的星型接法电机有所不同。本文在仿真分析的基础上，提出了一

种新的反电势换相方法，仿真结果证明该方法能使空心杯电机输出更大的电磁功率、更小的转矩脉动。

ABSTRACT

ABSTRACT:

coreless motor is a permanent magnet DC servo micro-motor , due to the outstanding energy saving performance

smart control performance and smooth running performance, it has been a development trend of motor as a high efficiency energy

conversion equipment. However, because of the special delta coil structure, control method of coreless motor has big difference from

that of star-connection motor when it is controlled by the general method of BEMF. This paper introduces a novel phase change

method after the BEMF zero crossing. The result of simulation verified that the method can make coreless motor output more

electromagnetic power and less torque ripple.

关键字

：

空心杯电机

无位置传感器换相

Key words:

coreless motor sensor-less phase change

1 引言

空心杯电动机属于直流、永磁、伺服微特电

机。空心杯电动机具有突出的节能特性、灵敏方

便的控制特性和稳定的运行特性，作为高效率的

能量转换装置，代表了电动机的发展方向之一。

由于空心杯电动机克服了铁芯电动机不可逾越

的技术障碍，使其不但具有突出的节能特点，更

为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控

制和拖动特性。其具体特性表现为

[1][2]

：

1 节能特性：能量转换效率很高，其最大

效率一般在 70%以上，部分产品可达到 90%以上

（铁芯电动机一般在 20-50%）；

2 控制特性：起动、制动迅速，响应极快，

机械时间常数小于 28 毫秒，部分产品可以达到

10 毫秒以内（铁芯电动机一般在 100 毫秒以上）

；

3 拖动特性：运行稳定，波动小；

另外，空心杯电动机的能量密度大幅度提

高，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体

积减轻 1/3-1/2。

随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服

特性不断提出更高的期望和要求，使空心杯电动

机在很多应用场合拥有不可替代的地位。空心杯

电动机的应用，从军事、高科技领域进入大工业

和民用领域后，十多年来得到迅速的发展，尤其

是在工业发达国家，已经涉及到大部分行业和许

多产品，如高倍率光驱的随动控制、快速自动调

焦、高灵敏的记录和检测设备等要求响应迅速、

运行平稳的伺服系统，我国对空心杯电动机的开

发研制工作起步比较晚，尚没有得到充分的认

识，阻碍了许多领域的机电产品的技术进步，严

重影响了与国外同类产品的技术竞争力。

2 空心杯的的结构特点

空心杯电机惯量小、效率高、控制灵敏、运

行平稳等特点跟其特有的本体结构是分不开的，
主要体现在以下几方面（图2-1是空心杯电机的一
个示意图

[3]

）：