直流永磁同步无刷电机
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较
8
无刷直流电机的数学模型
电压方程：
u A NR00 iA L M 0 0iA eA u ON u B N 0R0 iB p 0 L M 0 iB eB u O N u C N 00R iC 0 0 L M iC e C u O N
iq
恒转矩 轨迹
id m
m2 4 Ld Lq
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id
iq il2imid2
b
p
ulim
Lqilim2m 2Ld1Lq6L Cd2L 8 q mLqC
(C m m 2 8L d L q2 il2i) m
27
永磁同步电机的基本控制方法
3、恒功率弱磁控制：
T3
T3
t T3
t T3
t
t
T6
T6
t T6
t T6
t
t
T5
T5
t T5
t T5
t
t
T2
T2
t T2
t T2
t
t
0 60 120 1800 2406 030102 03 6108 04 22040 300 03 60604201 20 1800 2406 030102 03 6108 04 22040 300 360 420
iq
ulim 2 Ld id 2
Lq
id
m
Ld
id
iq
电流极限圆
最大功率
输出轨迹
A1
1 2 3
A2 O
id
电压极限椭圆
idm m 4 2 8 1 L d 12ulim 2
29
永磁同步电机矢量控制系统
经典永磁电机矢量控制系统（SPM电机）
无刷直流电机与永磁同步电机的比较研究_张勇
。对于 BLD-
CM 和 PMSM 的无位置传感器控制方法，基于反电动 势过 零 检 测 的 方 法 只 适 用 于 BLDCM， 不 适 用 于 PMSM。其余均适用于 PMSM 和 BLDCM 的无位置传 感器控制法有电感法、基于观测器法、 人工智能法、 磁链法等
［89 ］
2
结构比较
BLDCM 和 PMSM 的基本结构相似。以三相全桥
Comparison Study of Brushless DC Motors and Permanent Magnet Synchronous Motors
ZHANG Yong，CHENG Xiaohua （ School of Electric Power，South China University of Technology，Guangzhou 510460 ，China） Abstract： Brushless DC motor and permanent magnet synchronous motor has many similarities， but there are also some differences between them． The define methods of the brushless DC motor with permanent magnet synchronous motor was analyzed in the paper， the structures between them was compared， The operational performance indicators such as the speed range， starting performance， torque ripple， energy consumption and efficiency，the maximum transmission power capability of the motor， parameter sensitivity of brushless DC motor and permanent magnet synchronous motors were compared，and detailed theoretical explanation or proof was given． Based on the above comparison， the similarities and differences between the two was understood，meaningful guidance was given in the actual selection of the motor case． Key words： brushless DC motor； permanent magnet synchronous motor； structure； operating performance 造成知其然不知其所以然的局面。 为此， 本文立足 前人研究的科研成果，对 BLDCM 和 PMSM 做了一个 系统的理论比较，为同行的学习、 研究起指导作用， 为各生产企业选用电机提供一定参考价值 。
永磁无刷直流电机简介
表贴凸出式和插入式转子磁路构造图
电气学院
1）表贴凸出式转子磁路构造 • 其构造简朴，制造成本较低，转动惯量较小，多用于矩形
波永磁同步电动机和恒功率运营范围不宽旳永磁同步电动 机中
2）表贴插入式转子磁路构造 • 这种构造可充分利用转子构造磁路旳不对称性所产生旳磁
阻转矩，提升电机旳功率密度。制造工艺也较简朴。一般 用于某些调速永磁同步电动机中。
B
（2）空载时铁心中旳附加（或杂散）损耗，它是由定转子开槽引起旳气隙磁导变化 而产生旳谐波磁场在对方表面产生旳表面损耗及脉振损耗。 （3）电气损耗，是由工作电流在绕组中产生旳损耗，对直流电机或同步电机而言， 也涉及电刷在换向器或集电环上旳接触电阻损耗。
（4）负载时旳附加（或杂散）损耗，是由定子或转子电流所产 生旳漏磁场在定、转子绕组里和铁心及构造件里引起旳多种损耗。
• 假如将一只霍尔传感器安装在接近转子旳位置，当N极逐渐接近 霍尔传感器即磁感应强度到达一定值时，其输出是导通状态；
• 当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出依 然保持导通状态；只有磁场转变为S极并到达一定值时，其输出 才翻转为截止状态。
• 在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各占50%。 • 假如转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一种周期旳
✓ 具有很好旳力学特征，韧性好、抗压强度高、可加工等
✓ 价格合理，经济性好
电气学院
• 铁氧体：适合于对电机体积、重量和性能要求不高，而对电机旳经济 性要求高旳场合。
• 铝镍钴：适合于对电机体积、重量和性能要求不高，但工作温度超出 300度或要求温度稳定性好且电机旳成本不高旳场合。
• 钕铁硼：适合于对电机体积、重量和性能要求很高，工作环境温度不 高，对永磁体温度稳定性要求不高旳场合。
无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较
无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较1.在电动机结构与设计方面这两种电动机的基本结构相同，有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。
但永磁同步电动机要求有一个正弦的反电动势波形，所以在设计上有不同的考虑。
它的转子设计努力获得正弦的气隙磁通密度分布波形。
而无刷直流电机需要有梯形反电动势波，所以转子通常按等气隙磁通密度设计。
绕组设计方面进行同样目的的配合。
此外，BLDC控制希望有一个低电感的绕组，减低负载时引起的转速下降，所以通常采用磁片表贴式转子结构。
内置式永磁（IPM）转子电动机不太适合无刷直流电动机控制，因为它的电感偏高。
IPM结构常常用于永磁同步电动机，和表面安装转子结构相比，可使电动机增加约15%的转矩。
2.转矩波动两种电动机性能最引人关注的是在转矩平稳性上的差异。
运行时的转矩波动由许多不同因素造成，首先是齿槽转矩的存在。
已研究出多种卓有成效的齿槽转矩最小化设计措施。
例如定子斜槽或转子磁极斜极可使齿槽转矩降低到额定转矩的1%～2%以下。
原则上，永磁同步电动机和无刷直流电动机的齿槽转矩没有太大区别。
其他原因的转矩波动本质上是独立于齿槽转矩的，没有齿槽转矩时也可能存在。
如前所述，由于永磁同步电动机和无刷直流电动机相电流波形的不同，为了产生恒定转矩，永磁同步电动机需要正弦波电流，而无刷直流电动机需要矩形波电流。
但是，永磁同步电动机需要的正弦波电流是可能实现的，而无刷直流电动机需要的矩形波电流是难以做到的。
因为无刷直流电动机绕组存在一定的电感，它妨碍了电流的快速变化。
无刷直流电动机的实际电流上升需要经历一段时间，电流从其最大值回到零也需要一定的时间。
因此，在绕组换相过程中，输入到无刷直流电动机的相电流是接近梯形的而不是矩形的。
每相反电动势梯形波平顶部分的宽度很难达到120°。
正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩波动。
在永磁同步电动机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩纹波主要是电流纹波造成的。
用于电动汽车的7种类型电机介绍
用于电动汽车的7种类型电机介绍电动汽车可以采用7种类型的电机，它们是什么?分别具有什么特点?本视频将给出答案。
用于电动汽车的电机有7种类型，分别是：有刷直流电机、无刷直流电机、永磁同步电机、感应电机、开关磁阻电机、同步磁阻电机和轴向磁通无铁心永磁电机。
有刷直流电机是最简单的直流电机,它利用电刷通过机械换向将电流传给电机绕组。
电枢或转子是电磁体，磁场是永磁体。
这种电机无需控制器来操作或改变速度，低速时能提供最大扭矩。
缺点是结构笨重、效率低、电刷会生热并导致效率低下，热量在转子中心而难以消除。
因此，有刷直流电机已不再用于电动汽车。
无刷直流电机带永磁体，因无换向器和电刷而被称为无刷。
它采用电子换向，免维护，具有起动转矩大、效率高达95%-98%的牵引特性，适合高功率密度设计。
这种牵引特性使无刷直流电机在电动汽车中应用广泛，适用于最大功率60千瓦的小型汽车。
缺点是恒功率范围有限、扭矩随速度增大而减小、永磁体导致成本高昂。
丰田普锐斯就采用了无刷直流电机。
永磁同步电机的转子上有永磁体，它具有高功率密度和高效率的牵引特性，可用于更高的额定功率，因而比其他电机昂贵。
这种电机能在不同的速度范围内工作，无需齿轮系统。
它高效紧凑，适合轮毂应用，低速时也具有高扭矩。
缺点是在轮毂中高速运行时铁耗严重。
目前永磁同步电机多用于混动和电动汽车，如雪佛兰Bolt、福特Focus、日产Leaf和宝马i3。
感应电机不像直流电机那样能在固定电压和固定频率下产生高起动转矩。
但这可以利用各种控制方法来改变，如矢量控制或磁场定向控制。
利用这些控制方法，可以在电机起动时获得满足牵引所需的最大扭矩。
鼠笼式感应电机维修少、使用寿命长，设计效率可达92%-95%。
缺点是需要复杂的逆变电路，电机控制困难。
由于成本低，感应电机成为高性能电动汽车的首选。
特斯拉ModelS就是证明感应电机性能高的最好例子。
丰田RA V4 和通用EV1 也使用了这种电机。
开关磁阻电机是具有双重显著性的一类可变磁阻电机，结构简单坚固，转子是一块无绕组或永磁体的叠压钢片。
永磁电机简要分类
变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控 制系统构成自同步永磁电动机，既具有电励磁直流 电动机的优异调速特性，又实现了无刷化，在要求 高控制精度和高可靠性的场合，如航空、航天、数 控机床、加工中心、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广泛应用。通常， 反电动势和供电电流波形都是矩形波的电动机称之 为无刷直流永磁电动机；反电动势和供电电流波形 都是正弦波的电动机，称为永磁同步电动机。
直流永磁电机虽然省却了电励磁系统，由于用“电 刷/换向器”机械接触机构，换向火花、电磁干扰、 寿命短和可靠性等问题仍然存在，极大限制了其使 用范围。 随着微电子器件和电力电子器件方面的进步和发展， 电子换向替代机械换向的技术日益成熟，无刷直流 永磁电机迅猛发展起来。如日常生活中几乎随处可 见的电动摩托车、电动自行车，全部采用了外转子 无刷直流永磁电机。
运行性能方面，有刷直流电动机电枢绕组的元件数 和换向器的换向片数多于无刷直流电动机电枢绕组 的相数，运行过程中有较大的差别：有刷直流电动 机的磁极磁场与电枢磁场始终处于正交状态，而无 刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场在某一角度范 围内变动，正交状态仅只是其中的一个瞬时位置。 因此，在其他条件相同的情况下，在运行过程中， 无刷直流电动机的力矩脉动要大于有刷直流电动机 的力矩脉动，无刷直流电动机的电磁力矩要小于有 刷直流电动机的电磁力矩。
永磁同步电机与传统的电励磁同步电机运行原理相 同。因不需要励磁绕组和直流励磁电源，故取消了 容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机。
永磁发电机制成后难以调节磁场以控制其输出电压 和功率因数，从而限制了它的使用范围。如直驱式 永磁风力发电机，与电网间的能量交换必须通过变 频器实现，无法直联。
直流无刷电机与永磁同步电机的比较
直流无刷电机BLDCM与永磁同步电机PMSM勺比较直流无刷电机BLDCMBrushless Direct Current Motor永磁同步电机(交流无刷电机) PMSM(BLACM)Permanent Magnet Synchronous Motor (Brushless Alternating Current Motor)1 PMSM和BLDCM相同点和不同点1.1 PMSM和BLDCM勺相似之处两者其实都是交流电机，起源不同但从结构上看，两者非常相似。
PMSM起源于饶线式同步电机，它用永磁体代替了绕线式同步电机的激磁绕组，它勺一个显著特点是反电势波形是正弦波，与感应电机非常相似。
在转子上有永磁体，定子上有三相绕组。
BLDCM起源于永磁直流电机，它将永磁直流电机结构进行“里外翻” ，取消了换相器和电刷，依靠电子换相电路进行换相。
转子上有永磁体，定子上有三相绕组。
1.2 PMSM和BLDCM勺不同之处反电势不同，PMSMI有正弦波反电势，而BLDCM具有梯形波反电势。
定子绕组分布不同，PMSM采用短距分布绕组，有时也采用分数槽或正弦绕组，以进一步减小纹波转矩。
而BLDCM采用整距集中绕组。
运行电流不同，为产生恒定电磁转矩，PMSM需要正弦波定子电流；BLDCM需要矩形波电流。
PMSM和BLDCM反电势和定子电流波形如图1所示。
永磁体形状不同，PMSM永磁体形状呈抛物线形，在气隙中产生的磁密尽量呈正弦波分布；BLDCM永磁体形状呈瓦片形，在气隙中产生的磁密呈梯形波分布。
运行方式不同，PMSM采用三相同时工作，每相电流相差120°电角度，要求有位置传感器。
BLDC咏用绕组两两导通，每相导通120°电角度，每60。
电角度换相，只需要换相点位置检测。
正是这些不同之处，使得在对PMSM和BLDCM勺控制方法、控制策略和控制电路上有很大差别。
2 PMSM和BLDCM特性分析2.1 按照空间应用中最关心勺特性：功率密度、转矩惯量比、齿槽转矩和转矩波动、反馈元件、逆变器容量等特性对PMSM和BLDCM进行对比分析。
新能源汽车驱动电机分类及其特点
新能源汽车驱动电机分类及其特点1.根据结构和工作原理分类驱动电机按照工作电源种类可分为直流电机和交流电机。
按结构和工作原理可分为直流电机、异步电机、同步电机。
目前，在新能源汽车领域，常用的驱动电机有直流电机（DC Motor）、感应电机（IM）、直流无刷电机（BLDC）、永磁同步电机（PMSM）以及开关磁阻电机（SRM）等。
（1）直流电机。
在电动汽车发展的早期，很多电动汽车都是采用直流电机方案。
主要是看中了直流电机的产品成熟，控制方式容易，调速优良的特点。
但由于直流电机本身的短板非常突出，其自身复杂的机械结构（电刷和机械换向器等），制约了它的瞬时过载能力和电机转速的进一步提高；而且在长时间工作的情况下，电机的机械结构会产生损耗，提高了维护成本。
此外，电机运转时的电刷火花会使转子发热，浪费能量，散热困难，还会造成高频电磁干扰，这些因素都会影响整车性能。
由于直流电机的缺点非常突出，目前的电动汽车已经将直流电机淘汰。
（2）交流异步电机。
交流异步电机是目前工业中应用十分广泛的一类电机，其特点是定、转子由硅钢片叠压而成，两端用铝盖封装，定、转子之间没有相互接触的机械部件，结构简单，运行可靠耐用，维修方便。
交流异步电机与同功率的直流电机相比效率更高，质量约轻了1/2。
如果采用矢量控制的控制方式，可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。
由于有着效率高、比功率较大、适合于高速运转等优势，交流异步电机是目前大功率电动汽车上应用较广的电机。
但在高速运转的情况下电机的转子发热严重，工作时要保证电机冷却，同时交流异步电机的驱动、控制系统很复杂，电机本体的成本也偏高，另外，运行时还需要变频器提供额外的无功功率来建立磁场，故相与永磁电机和开关磁阻电机相比，交流异步电机的效率和功率密度偏低，不是能效化的选择。
汽车一般以一定的高速持续行驶，所以能够让高速运转而且在高速时有较高效率的交流异步电机得到广泛应用。
（3）永磁同步电机。
永磁直流无刷电机和永磁同步电机
永磁直流无刷电机和永磁同步电机1. 引言说到电机，很多人可能觉得这就是个硬邦邦的技术话题，其实啊，电机就像我们生活中的小助手，默默为我们的日常服务。
今天，我们就来聊聊两种电机：永磁直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。
它们都是以“永磁”命名，听起来是不是很高大上？实际上，这两位“电机明星”各有千秋，各有自己的粉丝群体，来，咱们一起深入了解一下它们的故事。
2. 永磁直流无刷电机（BLDC）2.1 什么是BLDC？首先，永磁直流无刷电机就像是一位现代的“高科技小伙”，它的无刷设计让它比传统的有刷电机更加出色。
大家知道，电机里有刷子，像是老古董，容易磨损，还得频繁换，真是让人烦。
可是BLDC就不同了，它彻底告别了刷子，效率高得惊人，使用寿命也大大延长。
听说，有的人用了好几年都没出毛病，简直就像是电机界的“长青树”！2.2 BLDC的应用场景说到应用，BLDC可不是个闲人，简直可以说是无处不在。
无论是电动车、空调，还是咱们常见的吸尘器，甚至是智能手机里的马达，BLDC都有一席之地。
试想一下，当你在炎热的夏天打开空调，清凉的风吹来，那可都是BLDC在默默工作呢！而且，它运行的时候安静得就像小猫咪，让你在家里享受宁静时光。
3. 永磁同步电机（PMSM）3.1 PMSM的特性再来说说永磁同步电机，PMSM也不甘示弱。
它像是一位稳重的绅士，拥有极高的扭矩密度和出色的控制性能。
这位绅士可是电机界的“技术流”，使用的是同步原理，能在各类负载下稳定工作，简直是个全能选手。
很多时候，PMSM被广泛应用在工业领域，比如数控机床、自动化设备等。
它的表现就像一位经验丰富的老手，踏实稳重，给人一种值得信赖的感觉。
3.2 PMSM的优缺点当然，PMSM也有自己的小脾气。
相比BLDC，它的制造成本稍高，毕竟技术含量在那里。
不过，物有所值，使用寿命和运行效率可都是杠杠的，能让你省不少电费呢！这就好比买了个高档手机，虽然贵，但它的性能和体验真心让人满意。
直流无刷电机控制原理
二直流无刷电机工作原理及换向初始化直流无刷电机在结构上与三相永磁同步电动机相同，但控制原理却与直流有刷电动机相同。
直流有刷电机通过有刷换向使每个磁极下电枢导体的电流方向保持不变，从而产生能使电机连续旋转的转矩；直流无刷电机是通过电子换向使转子每个磁极下定子绕组导体电流的方向保持不变而产生能使电机连续旋转的转矩。
由于采用电子无刷换向代替直流有刷电机的有刷换向，所以交流永磁同步伺服电机又称直流无刷伺服电机。
直流有刷电动机必须正确调整换向电刷的机械位置才能使电机工作正常。
同样，直流无刷电机加电时必须建立正确的初始换向角，才能使直流无刷电机正常工作。
确定初始换向角的过程称为无刷换向的初始化过程。
为了了解换向初始化过程，必须先了解直流无刷电机的控制原理。
1. 直流无刷电机的控制原理1.1 直流有刷电机的工作原理直流有刷电机由定子（产生主磁场）、转子（电枢）和换向装置（换向片和电刷）组成。
直流有刷电机通过有刷换向使主磁极下的电枢导体的电流方向保持不变，从而使产生转矩的方向不变，使电动机的转子能连续旋转。
为了使直流有刷电动机在电枢绕组流过电流时能产生最大转矩，必须正确调整有刷换向装置中电刷的位置。
下面进行较为详细的讨论。
（1）有刷换向装置的作用有刷换向装置由电刷和换向片组成。
直流有刷电机的电枢绕组为环形绕组，主磁极下的每个电枢导体连接到换向片上。
换向片为彼此绝缘，均匀分布在换向器圆周上的金属片组成。
电刷与换向片滑动接触。
电枢电流通过电刷和连接电枢导体的换向片引入电枢绕组。
电枢旋转时，电刷和换向片就象一个活动接头一样始终与主磁极下的导体连接，使主磁极下电枢导体的电流方向不变，产生使电枢连续旋转的转矩。
（2）产生最大转矩的条件产生最大转矩的条件是：一个磁极下的所有电枢导体的电流方向一致。
或者说，电枢导体产生的合成磁场与主磁场垂直。
（3）直流有刷电机的运行直流有刷电机的运行可用四个基本方程式来描述：①转矩平衡方程式：电流I M流过电枢绕组，载流导体在磁场中受力（受力方向用左手法则判断），产生能使电枢连续旋转的转矩T M。
直流无刷电机与永磁同步电机区别
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢， 经过磁路设计， 可以获得梯形波的气隙磁 密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。
无刷直流电机的控制 需要位置信息反馈， 必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速 系统。
控制时各相电流也尽量控制成方波， 逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM 的方法 进行控制即可。
本质上， 无刷直流电机也是一种永磁同步电动机， 调速实际也属于变压变频调速范畴。
通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦， 外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变 频器提供。
永磁同步电机控制系统常采用自控式， 也需要位置反馈信息， 可以采用矢量控制 （磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制方式。
两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。
最后明确一个概念，无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频， 从电机理论上讲，无刷直 流电机与交流永磁同步伺服电机相似， 应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类 为直流电机，因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看，称之为 “无刷直流电机”也算是合适的。
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢， 经过磁路设计， 可以获得梯形波的气隙磁 密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。
无刷直流电机的控制 需要位置信息反馈， 必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速 系统。
控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机 PWM 的方法进行控制即可。
本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。
通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子， 在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦， 外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变 频器提供。
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计首先，永磁同步电机采用永磁体作为励磁源，与传统的感应电机相比，具有更高的效率和功率密度。
永磁同步电机的电磁设计主要包括磁极形状、磁路设计和绕组设计。
磁极形状是永磁同步电机电磁设计的重要组成部分。
常见的磁极形状有平面磁极、凸起磁极和凹陷磁极等。
磁极形状的选择与电机的输出功率和转速有关。
例如，对于高转速应用，凸起磁极可以减小磁场漏磁，提高电机的效率。
磁路设计是永磁同步电机电磁设计中的关键环节。
通过优化磁路设计，可以改善电机的磁路磁阻和磁导率等参数，提高电机的磁路利用率和效率。
同时，磁路设计也需要考虑减小磁铁磁感应强度损失，采用合适的磁路材料和结构设计，降低磁铁的温升，提高电机的稳定性和可靠性。
绕组设计是永磁同步电机电磁设计中的另一个重要方面。
绕组设计涉及电机的定子和转子绕组的布置和计算。
合理设计绕组可以降低电动机的电阻损耗和铜损耗，提高电机的效率。
此外，绕组设计还需要考虑绕组的散热和绝缘问题，确保电机的安全运行。
直流无刷电机是一种采用永磁转子的直流电机。
与传统的有刷直流电机相比，直流无刷电机具有更高的效率和更小的电刷磨损，可以实现长时间的高速运转。
直流无刷电机的电磁设计主要包括转子和定子的磁路设计和绕组设计。
转子磁路设计是直流无刷电机电磁设计的重要组成部分。
合理设计转子磁路可以提高磁路磁阻和磁导率，提高电机的效率和转矩输出。
通常情况下，直流无刷电机采用内置式磁铁转子，磁铁的选择和磁铁的磁场分布对电机的性能有重要影响。
定子绕组设计是直流无刷电机电磁设计的另一个重要环节。
定子绕组设计涉及到绕组的尺寸、材料选择以及绕组的布局和计算等。
合理设计绕组可以降低电阻和损耗，提高电机的效率和输出性能。
此外，定子绕组设计还需要考虑电机的散热和绝缘等问题，确保电机的稳定运行和安全性。
综上所述，永磁同步电机和直流无刷电机的电磁设计是电机设计中的重要环节。
通过优化磁极形状、磁路设计和绕组设计，可以提高电机的效率、功率密度和输出性能。
永磁同步电机和直流电机的区别
电机在家用的电器内都是比较普通的设备，没有特殊的规格和作用；而工业电机则不同，比如永磁电机，用于矿业筛选，极大提高作业效率；那么永磁电机跟普通电机有什么区别呢？
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。
嘉轩（JXS智能驱动，分体式）
无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。
控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。
本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。
通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。
永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制策略。
那么永磁电机跟普通电机的区别就可以很明显的区分了
普通电机：主要家用，比如风扇/洗衣机等内部电机，电源则是220V家用电，相应功率和应用范围比较小；
永磁电机：主要用于工业，比如煤矿磁选等等，使用环境和场地的要求也比较严格。
电动三轮车厂 通用的电机型号
电动三轮车厂通用的电机型号
电动三轮车厂通常会使用多种不同的电机型号，具体使用哪种
型号取决于车辆的设计要求、性能需求和成本考量。
一些常见的电
动三轮车厂通用的电机型号包括，BLDC电机（无刷直流电机）、感
应电机、永磁同步电机等。
这些电机型号在不同的车辆中可能会有
不同的应用，具体选择取决于车辆的用途、载重量、行驶里程、功
率需求等因素。
BLDC电机通常被广泛应用于电动三轮车中，因为它们具有高效率、低噪音和较小的体积特点。
感应电机则在一些高端电动三轮车
中使用，它们具有较高的功率密度和可靠性。
永磁同步电机也是电
动三轮车常用的电机型号之一，它们具有高效率和较高的动力输出。
除了电机型号外，还有一些其他因素会影响电动三轮车厂对电
机的选择，比如电机的额定功率、扭矩特性、制造商的信誉度、售
后服务等。
因此，不同的电动三轮车厂可能会选择不同的电机型号
来满足其特定的需求。
总的来说，电动三轮车厂通用的电机型号是多种多样的，选择
合适的电机型号需要综合考虑车辆的设计要求、性能需求、成本考量以及制造商的信誉度等因素。
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计
其中 D 为电枢直径；
l e f 为等效铁心长度；
（2）相同的电磁负荷， 相同转速，电机体积越大
n 为电机的额定点转速； P ' 为电机的计算功率； 可实现的功率也越大；
' p
为电机计算极弧系数；
K n m 为电机气隙磁场的波形系数； K d p 为电机的绕组系数； A 为电机的线负荷；
电流矢量应满 足的两条件
T em / is
id
0
T em / is
iq
0
IPM
Tem
Is
3p[miq(LdLq)idiq]
2 id2iq2
电
id
m
m 2 412L2dL2q 21Ld
id
0
T em / is
iq
0
Tem
Is
3p[miq(LdLq)idiq]
2 id2iq2
SPM
表贴式永磁电机： Ld=Lq
电 机
可推出结论：Id=0
SPM电机的定子电流矢量轨迹
13
4.2 最大转矩/电流控制
最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动 机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电 机）来说，最大转矩/电流控制就是id＝0控制。
磁场定向控制时的相量图
12
4.2 最大转矩/电流控制
最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动 机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电 机）来说，最大转矩/电流控制就是id＝0控制。
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较精品PPT课件
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
A'
A'
C
BC
BC
r
B' A
s a) A'
C r
r
C'
B'
C'
B'
A s
b)
A'
BC r
BC
B'
C'
B'
C'
B'
A d) 60o
A
120o
e)
A'
B r
C' A 60o c) A'
B
r
C'
A
120o
f)
a) 0度（换相前） b) 0度（换相后） c) 60度（换相前） d) 60度（换相后） e) 120度（换相前） f) 120度（换相后）
（2）on-pwm型调制方式 （3）H_on-L_pwm型调制方式
T1
t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
t
T6
t T6
t
T5
t T5
t
T2
t T2
t
0 60 120 180 240 300 360 420 0 60 120 180 240 300 360 420
T1
t T1
t
T4
t T4
t
T3
t T3
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T3
t T3
t
T6
t T6
t
T5
t T5
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计
永磁同步电机以及直流无刷电机的电磁设计永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）和直流无刷电机（Brushless DC Motor, BLDC）都是目前电机领域中应用广泛的电机类型。
它们在功能、特性以及电磁设计方面存在一些差异，下面将分别对这两种电机的电磁设计进行介绍。
首先，永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的同步电机。
其主要由永磁体、转子和定子组成。
永磁体的磁场与定子磁场同步旋转，从而产生电动势并转化为电力输出。
永磁同步电机具有高效率、高功率密度以及较高的控制精度等优点，在电动车、工业机械和家用电器等领域有广泛应用。
永磁同步电机的电磁设计主要包括定子槽形状设计、磁场调整和绕组设计等方面。
定子槽形状设计是为了提高定子磁场分布的均匀性和磁场利用率，常见的槽形包括梳齿形槽和圆弧形槽等。
磁场调整是为了改善永磁同步电机的磁场波形和减小磁场谐波，通过调整永磁体的磁场分布和形状来达到目的。
绕组设计考虑到定子槽内的线圈布局和参数选取等因素，以提高定子线圈的利用率和电磁性能。
其次，直流无刷电机是一种利用电子换向器控制电流流向的电机。
它的结构包括转子、永磁体和绕组等。
直流无刷电机由于无刷换向，减少了机械磨损和摩擦力，具有高效率、可靠性高以及无噪音等特点，在电动汽车、航空等领域有广泛应用。
直流无刷电机的电磁设计主要包括磁场布置、定子槽形状以及转子磁场等方面。
磁场布置是为了控制磁通分布和磁感应强度，常见的磁场布置包括轴向磁场、径向磁场和斜磁场等。
定子槽形状决定定子绕组布局和绕组参数选取，常见的槽形有整槽形、分槽形和圆弧形等。
转子磁场的设计考虑到磁极数量和极对槽比等因素，以实现期望的转矩输出和运行性能。
综上所述，永磁同步电机和直流无刷电机在电磁设计方面有一些共同点，如磁场布置和绕组设计等，同时也有一些差异，如定子槽形状和转子磁场等。
这些设计因素直接影响到电机的性能和效率，对于实际应用中的性能优化和控制参数选取至关重要。
无刷直流电机工作原理
无刷直流电机工作原理无刷直流电机，也称为永磁同步电机，是一种使用永磁体作为励磁源，通过电子器件将电流进行控制的直流电机。
相比传统的刷式直流电机，无刷直流电机具有效率高、寿命长、无电刷磨损等优点，因此在许多领域被广泛应用。
一、无刷直流电机的基本原理无刷直流电机的基本原理是电磁互作用，通过电流在永磁体和绕组之间产生的磁场相互作用，在转子上产生驱动转动的力。
在无刷直流电机中，永磁体通常置于定子上，通过外加直流电源进行励磁。
转子上的绕组被称为“驱动绕组”，通过在驱动绕组中施加不同的电流，可产生不同的磁场。
二、无刷直流电机的基本结构无刷直流电机主要由转子、定子、传感器、控制器等组成。
1. 转子：转子是无刷直流电机的旋转部分，通常由永磁体和绕组组成。
永磁体的磁场与定子绕组的磁场相互作用，产生旋转力。
2. 定子：定子是无刷直流电机的静止部分，通常包括固定的绕组和铁芯。
定子绕组通过外加的电流产生磁场，与转子的磁场相互作用，驱动转动。
3. 传感器：传感器用于检测转子位置和速度等信息，并将其反馈给控制器。
常见的传感器包括霍尔传感器、光电传感器等。
4. 控制器：控制器是无刷直流电机的核心部件，用于根据传感器反馈的信息，控制驱动绕组的电流，从而实现转子的精准控制。
三、无刷直流电机的工作过程无刷直流电机的工作过程可以分为电气转子和机械转子两个阶段。
1. 电气转子阶段：在电气转子阶段，控制器根据传感器反馈的转子位置信息，确定要施加给驱动绕组的电流。
根据电流的方向和大小，驱动绕组上的磁场与定子磁场相互作用，产生转矩。
在电气转子阶段，控制器会周期性地改变驱动绕组上的电流方向和大小，以确保转矩的连续性和平稳性。
通过精密的控制，无刷直流电机可以实现精准的速度和位置控制。
2. 机械转子阶段：在电气转子阶段完成后，转子进入机械转子阶段。
在机械转子阶段，转子受到的驱动力逐渐减小，最终达到平衡状态。
此时，无刷直流电机转子的运动速度和位置由外界负载和机械特性决定。
直流无刷永磁电动机作用原理
直流无刷永磁电动机作用原理
直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去掌握电子开关线路，从而使定子各项绕组按肯定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按肯定的次序换相。
由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
电机内部霍尔传感器的正电源线即红线一般接5-12v直流电。
而以5V 居多。
霍尔的信号线传递电机里面磁钢相对于线圈的位置，依据三个霍尔的信号掌握器能知道此时应当如何给电机的线圈供电(不同的霍尔信号，应当给电机线圈供应相对应方向的电流)，就是说霍尔状态不一样，线圈的电流方向不一样。
二，无刷电机的运行原理霍尔信号传递给掌握器，掌握器通过电机相线(粗线，不是霍尔线)给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈(精确的说是缠在定子上的线圈，其实霍尔一般安装在定子上)发生转动，霍尔感应出新的位置信号，掌握器粗线又给电机线圈重新转变电流方向供电，电机连续旋转(线圈和磁钢的位置发生变化时，线圈必需对应的转变电流方向，这样电机才能连续向一个方向运动，不然电机就会在某一个位置左右摇摆，而不是连续旋转)，这就是电子换相。
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做arctg 求角度。
FOC无位置传感器运行简介
三相拓扑： 按照此拓扑图，在程序中A相为PWM1所控制，B相为PWM2所控制，所测电流也与之 对应。
FOC电机控制技术介绍 使用dsPIC实现FOC 4
使用dsPIC实现FOC
转子的坐标系
统，这是根据
当时转子的实
际位置转换的。
β
FOC电机控制坐标变换简介
根据转子实际
位置建立坐标，
以转子力臂方
α
向为Y轴，垂
直方向为X轴，
A/B/C三个分
量使用完毕不
再需要。
β
FOC电机控制坐标变换简介
将坐标轴转至容
易观察的位置，
alpha及beta在
两轴上的投影就
是q分量及d分
q
量，q分量是推
FOC电机控制技术背景
使用两个数学变换：Clarke 变 换和 Park 变换，根据A、B两 相电流计算出相对转子的q、d 轴的作用电流，也即相当于得 到相对于转子力臂垂直方向和 轴向的作用力。
FOC电机控制技术介绍 FOC电机控制坐标变换简介 2
FOC电机控制坐标变换简介
2.1 CLARKE 变换
2.FOC 怎样保证驱动力与转子力臂轴垂直？ 该测量什么信号作为参考？
FOC电机控制技术背景
FOC（Field Oriented Control， 磁场定向控制） 与 SVPWM（空 间矢量脉宽调制， Space Vector Pulse Width Modulation）的相同点与不同点
FOC电机控制技术背景
3.1 单片机实现FOC 所需要的条件
单片机实现FOC 所需要的条件
1.位置传感器分辨率至少高于1度（电角度）； 2.需要至少同时采样 A、B两相电流，同时还要兼顾其他诸 如电源电压、调速电压、温度等模拟量，AD精度10BIT以 上； 3.由于 Clarke 变换、Park 变换以及后面的逆运算、PID 运算均需要大量乘法运算，所以单指令周期乘法器是必须 的； 4. 所有以上运算均需在一个PWM周期内完成。 5.具备马达驱动所需3组互补型PWM，并且要有较高的 PWM分辨率； 6.若干外部中断、定时器等外设。
FOC无位置传感器运行简介
电机的数学模型构成：
输入电压 Vs；电机及引线内阻 R；电机绕组电感L；电机反电动势 es等组成，由Vs
输入电压在后面负载上产生电流。
FOC无位置传感器运行简介
参数说明：R/L应是电机A/B两相间所测参数的1/2，电感使用LCR测试仪 1K档测试为 准，电阻以0.5-1A电流下的压降计算值为准。而图中的Vs，可以简化为Vα，Vβ分量的
动转子运转的力
量，而d分量对
转子产生励磁效
应。
α
d β
FOC电机控制技术介绍 FOC无位置传感器运行简介 3
FOC无位置传感器运行简介
由于电机反电动势与转子位置一一对 应，这给电机的无传感器运行带来可 能，但由于每个相线在整个正弦周期 始终处于通电状态，我们无法像方波 驱动电机那样直接通过测量反电势来 判断电机的位置，所以要通过建立电 机模型，通过检测电流的变化来推断 电机的反电动势。
PS：三相电机的正弦波，是指电机相线间的波 形，而不是相线对地的波形。
FOC电机控制技术背景
FOC 怎样保证磁场驱 动力与转子力臂轴的 相对？该测量什么信 号作为参考？
FOC电机控制技术背景
该测量什么信号作为参考？ 在定子设计的正常工作范围内（定子 工作在非饱和区间的类线性范围）， 定子电流在定子铁心上产生的磁感应 强度与定子电流成正比，所以测量定 子电流即可按比例得到磁感应强度的 大小等等信息。
相同点： 在负载、电压、电流等条件稳 定的情况下，两者输出均为三 相正弦波电压，相电流也同样 是正弦波。
FOC电机控制技术背景
不同点： FOC 以磁场定向为控制依据，通过PID运算，使 磁场作用力方向始终跟踪转子位置，三相输出电 压的相位、角度在负载突变情况下不一定和转子 位置同步；而SVPWM只是根据转子位置设定三 相正弦波的输出电压，电压的相位、角度始终与 转子同步。
FOC电机控制技术介绍
FOC电机控制技术背景 1 FOC电机控制坐标变换简介 2 FOC无位置传感器运行简介 3
机控制技术背景 1
FOC电机控制技术背景
六步换向法控制永磁同步电机 具有结构、控制相对简单等特点， 但缺点是转矩脉动比较大，效率较 低，磁场定向控制（Field Oriented Control， FOC）给电机 控制提出了一个新概念，可以有效 减小转矩脉动、显著提高系统效率。
FOC电机控制技术背景
在 六 步 换 向 法 中 ， 定 子 磁 场 扭 矩 只 有 六 个 方 向
FOC电机控制技术背景
转子在60°范围内受力方向始终不变，造成定子磁场形成的扭力与转子力臂轴的夹角 不能维持在90度，而且转矩力度也没有精确控制，这样的控制方法不利于提高电机效 率及动态响应。
FOC电机控制技术背景
FOC电机控制坐标变换简介
Clarke 变换 就是将三相 磁场力矢量 转换成X、Y 轴上的分量。 也即将三轴 系统变换成 两轴系统。
FOC电机控制坐标变换简介
为了计算方
便，我们以
A相电流正
α
方向为X轴
正方向，其
余两相分别
与A相相差
±120°
β
FOC电机控制坐标变换简介
去掉电机模 型，三相电 流方向大小 如图，注意 电机任意时 刻，三相线 圈电流的矢 量和等于零。
FOC的概念就是，让定子磁场形成的扭力始终与转子力臂轴相垂直，也就是说，站 在转子的角度，有个力量在力臂垂直的角度始终朝一个方向推动它。
FOC电机控制技术背景
Q： 1.FOC（Field Oriented Control，磁场定 向控制） 与 SVPWM（空间矢量脉宽调制， Space Vector Pulse Width Modulation） 的相同点与不同点是什么？
FOC电机控制坐标变换简介
将三相电流矢量
投影在X轴和Y轴
上求得X方向和Y
轴方向上的合成
α
矢量之后，就完
成了 Clarke 变
换，也即两轴系
统。我们得到两
个分量： α和β
分量。
β
FOC电机控制坐标变换简介
2.2 PARK 变换
FOC电机控制坐标变换简介
PARK 变换就
是将相对于定
子的坐标系统
α
转换成相对于