稀土永磁无刷电机驱动的电动牙科座椅技术革新

采用稀土永磁无刷直流电机的电动牙科座椅，巧妙融合了高效的无刷直流电机技术与先进的DSP控制技术，通过一片DSP控制器对两台电机进行精准控制，实现了低成本与高性能的完美结合。皖南电机

稀土永磁无刷电机凭借其高效能、优越性能、简洁结构、易于散热和低噪音等特性，完美契合医疗行业对医疗器械的严格要求。因此，以稀土永磁无刷电机驱动的直线式驱动机构取代传统有刷电机驱动机构和单相交流异步电机驱动机构，不仅具有深远的社会意义，更拥有广阔的市场前景。安徽皖南电机

电动牙科座椅具备俯仰和升降两个自由度，其伺服系统采用两台稀土永磁无刷直流电动机作为核心驱动部件，分别驱动两个自由度。

电机控制部分仅采用一片DSP（数字信号处理器）芯片TMS320LF2407A，充分利用其丰富的片上资源，实现对两台电机的PWM输入，省去了逻辑芯片，提高了系统的可靠性。通过SPI片内串行外设扩展了存储器芯片，并采用FRAM（非易失性存储器）实现断电保护功能，确保电动座椅在关电情况下仍能记忆位置。

电机方面，额定功率为55W，额定电压24V，短期运行，额定转速1800rpm，采用方波设计，十二槽两对极，槽形为梯形口扇形槽，绕组方式为三相星形六状态，槽满率为52%，转子磁钢采用粘结钕铁硼，径向充磁。磁钢具体参数如下：Br>6000Gs，Hc>5000Oe，[BH]max>8MG·Oe，Hjc>10000Oe。有限元分析中，电机实际电磁转矩为0.2394N·m。

控制器方面，主控单元采用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A，需检测电机电流信号和转子位置信号，并为驱动板提供六路PWM驱动信号，因此，控制一台无刷直流电动机需要6个PWM输出，一路ADC转换，三个捕获单元。

针对TMS320LF2407A处理器，由于其具备两个事件管理器（EVA和EVB），每个事件管理器都有3个捕获单元并能够输出6路PWM，因此该芯片可以同时直接为两台无刷直流电动机提供控制信号。控制芯片外围电路成熟，程序存储器容量大，因此在实现电机灵活控制时，更侧重于软件方面的优化。

驱动环节电路采用全桥结构，通过对六个功率元件的开、关控制，对电机电压、电流波形进行调制。利用TMS320LF2407A内含的四个各自独立的16位通用定时器、六个全比较器完成电机电压的PWM调制。TMS320LF2407A内含可编程死区控制，六个全比较器中的任何一个与通用定时器、死区控制单元一起用于产生一对具有可编程死区和输出极性的PWM输出，共有十二路这样的PWM输出。每六个输出可以用来控制无刷直流电机，实现DSP对两台电机的控制。

采用IRF540功率管，该器件*高工作电压为100V，*大工作电流28A，*大功率损耗150W，完全满足系统功率要求；续流二极管D1～D6采用快恢复二极管；电容C1～C3用于吸收直流母线上的尖峰电压，避免过高的母线电压击穿功率管；电阻R2用于检测电机直流母线上电流，避免电机过流发生故障，该过流信号Isence经过处理后输入到功率桥的前级驱动芯片和DSP处理器中，在过流时能及时封锁门极驱动信号。

功率管的前级驱动采用IR公司的电机驱动芯片IR2130，该芯片集驱动、死区、过流保护等功能于一体，单电源即可完成六只功率管的驱动，使用极为方便，特别适合于小功率驱动领域。

软件方面，根据所述功能，软件分为以下几大模块：初始化模块、电机启动模块、换向模块、霍尔信号捕获模块、键盘分析模块、PID调节模块和位置记忆模块。软件主体采用模块化顺序结构，霍尔信号捕获和PID调节采用中断控制方式。系统初始化完成对DSP系统寄存器、I/O端口和系统中止的设置，两个电机的运行状态由键盘分析模块获取皖南电机价格表，根据获取的状态，决定电机处于运行、启动或停止状态。电机运行状态由全局变量RUN_STATE_A和RUN_STATE_B表示，088H表示电机处于运行状态，00H表示电机启动，0FFH表示电机停止。

稀土永磁无刷直流电机与DSP控制技术的结合，标志着无刷电机的一个重要发展方向。