无刷直流电机在按摩椅行业的应用

    张生明

    (浙江豪中豪健康产品有限公司，浙江平阳325400)

    摘要：无刷直流电机是集特种电动机、功率驱动器、检测元件、微处理器、控制软件和硬件于一体的新一代机电一体化高科技产品，既保持了有刷直流电动机良好的调速性能的特点，又具有结构简单、起动力矩大、调速范围宽、损耗低、效率高、无滑动接触和换向火花、可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，体现着当今应用科学的许多****成果。按摩椅作为一种模拟人手的揉捏敲打动作对人体进行按摩的智能化产品，其在模糊控制和直接驱动方面具有很高的要求。将无刷直流电机技术应用到按摩椅行业，将会大大降低按摩椅的运行噪音，提升按摩椅的使用舒适性，增加按摩椅的稳定性，延长按摩椅的使用寿命，并显著降低按摩椅的运行能耗。这种应用，必将从最基础的驱动层面上整体推动按摩椅行业的发展。

    关键词：无刷直流电机；按摩椅；应用  

0引言

    无刷直流电动机是近年来随着微处理器技术的发展和高开关频率、低功耗新型电力电子器件的应用，以及控制方法的优化和低成本、高磁能积的永磁材料的出现而发展起来的一种新型直流电动机。

    “无刷直流电动机”一词最初特指具有电子换向的直流电动机，“无刷”即指由电子换向取代传统的机械换向，“直流”即指具有与有刷直流电动机相同的工作特性。总结现有参阅文献可知，无刷直流电动机是指转子为永磁结构，定子绕组为多相交流绕组，并配以适当的位置检测器，可根据转子位置信号按一定的次序向定子绕组进行电子馈电的自同步电动机系统。因此，它又被称为自控式同步电动机。无刷直流电动机的特点是在同步电动机的定子上装有～台转子位置传感器，由它发出信号控制变压变频装置的逆变器换流，从而改变同步电机的供电频率，调速时由外部控制逆变器的直流输入电压或电流，它用电力电子装置取代了机械换相器，冈此又称为无换向器电机。

    无刷直流电动机既保持了有刷直流电动机良好的调速性能又具有无滑动接触和换向火花、可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，因而在航空航天、数控机床、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用。

    按摩椅作为一种模拟人手的揉捏敲打动作对人体进行按摩的智能化产品，其在模糊控制和直接驱动方面无疑具有很高的要求。而采用无刷直流电动机直接驱动按摩椅机械装置的技术，对于满足按摩椅的这些要求，无疑是十分有效的途径。近十几年来，随着电力电子技术的飞速发展，许多新型的高性能半导体功率器件，如GTR、MOsFET和IGBT等的相继出现，以及高性能永磁材料如铁氧体、铷铁硼等相继问世，为无刷直流电动机的生产和应用奠定了坚实的物质基础。按摩椅采用无刷直流电动机直接驱动，可实现无级宽调速，调整范围可达0~1000，m/min，使按摩椅的模糊控制方案更为易于实现，并且由于省去了齿轮减速及皮带传动机构，无刷直流电动机驱动系统的效率明显高于原有系统的效率，同时也将降低了按摩椅工作时的噪声，这些都无疑将太大

提高按摩椅的产品性能和市场竞争能力。

1无刷直流电机在降低按摩椅噪音方面的作用

    由于按摩椅在工作的时候，人的头部紧贴按摩机械手，噪音问题将会严重影响人的舒适程度。由我公司负责起草的国家标准《家用和类似用途电器噪音限值电动按摩器的特殊要求》规定按摩椅的整机噪音限值为55dB(A)，而目前采用的传统直流电机的正常负载运行噪音为：38dB(A)

左右。所以，降低电机噪音成为了进一步降低整机按摩椅噪音的重要技术方向。

    因为直流电机具有优良的转矩控制特性，所以其在调速领域内一直占有主导地位。基于这个道理，按摩椅的驱动电机也一直采用直流电机。但是根据法拉第定律，当直流电机的转子发生转动时，其在磁场中的受力将会反向，所以直流电机需要有一个电流转向功能，才能保证电机平稳的持续运行。在传统的直流电机中，这个功能由电刷完成。这种机械换向方式，在电刷与换向器之间存在机械摩擦，在这个过程中不可避免的产生噪音与火花。直流电机的噪音主要是电刷与换向器之间的摩擦噪音。而且从理论上，这个噪音将永远无法消失。目前采用高润滑导电材料做成的电刷与换向器，其噪音仍然在35dB(A)以上。

    为了取代有刷直流电动机的电刷——换向器结构的机械接触装置，人们对此进行了长期的探索。早在1915年，美国人兰格米尔(Langm_11)发明丁，带控制栅极的水银整流器，制成了由直流变交流的逆变装置。1917年，Boliget提出了用整流管代替有刷赢流电动机的机械电