电机应用开发：无刷直流电机原理和应用

直流电机具有优越的调速性能，控制性能好，调速范围宽，气动转矩大，低速性能好，运行平稳等特点。应用场合也非常广泛，直流有刷电机由于存在换向器，因而会导致不可靠源增加。国内外对无刷直流电机的研究很多，从最初的方波无刷电机发展到正弦波无刷电机，其中正弦波无刷电机也称为 永磁同步电机（PMSM）。

BLDC

来源：here

1 无刷直流电机（Brushless DC Motor）的原理

无刷直流电机由电动机以及电子驱动电路组成，电动机的结构和经典的永磁同步电机类似，由于运行原理需要，电机本体中加入位置或者速度传感器，如霍尔传感器等。无刷直流电机的定子上有多项绕组，转子上镶有永久磁铁，由于运行原理的需要，还需要转自位置传感器。转子位置传感器主要是检测转自磁场轴线和定子相绕组的相对位置。

下面视频为无刷直流电机的拆解图

无刷直流电机的本质上是由电子逆变器驱动的有位置传感器反馈控制的交流同步电动机。

某种程度上看，无刷直流电机可以认为是定子和转子倒置的直流电动机，普通直流电动机的电枢绕组在转子上，永磁体则在定子上。有刷直流电机的换向实际上是相绕组的换向过程，是借助于电刷和换向器来完成的。而无刷直流电机的相绕组的换向过程则是借助于位置传感器以及电子逆变器的功率开关实现。即无刷直流电机中的电子换向代替了有刷直流电机的机械换向。

无刷直流电动机具有有刷直流电机相似的机械特性和线性转矩-电流特性，因此称之为无刷直流电动机或者电子换向电动机。

无刷直流电机的基本框图如下所示：

无刷直流电机

需要注意的是，根据上述所述的无刷直流电机的运行特征可以看出，无刷直流电机是一款典型的机电产品，其不单单是一款机械制品，无刷直流电机与配套的控制器应该是一个有机的整体，二者同步设计才能保证最佳的性能。因此对于无刷直流电机，最好采购同一家公司的无刷电机以及相应的控制器。

2 无刷直流电机与其他电机的对比分析

无刷直流电机的关键特征包括以下几点：

（1）无刷直流电机具有与直流有刷电机类似的优秀的运行特性，可控性强，调速范围宽；

（2）无刷直流电机本质上是交流电机，由于没有电刷和换向器的火花，磨损问题，因而可靠性高；

（3）无刷直流电机需要转子位置传感器和电子多相逆变驱动器；

（4）无刷直流电机具有电子控制部分，因而系统的总成本比有刷直流电机高；

以下给出永磁无刷直流电机与永磁有刷直流电动机和交流感应电动机的比较：

3 方波驱动与正弦波驱动

无刷直流电机的工作原理可以参见如下所示的视频

根据电流驱动模式的不同可以将无刷直流电机划分为两大类：

（1）方波驱动电机：一般被称为无刷直流电机（BLDC）或者电子换相直流电动机（ECM）;

(2) 正弦波驱动电机：永磁同步电动机（PMSM）;正弦波驱动的直流无刷电机转矩波动小，系统噪声小。

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来源 here

BLDC信息转化

Ref:《永磁无刷直流电机技术》 谭建成，邵晓强