直流无刷与永磁同步的区别
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。
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 。
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。
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。
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较
• 极（2p）槽（Z）配合：Z/2p
Ud
• 相电压：电机相绕组对电机中性点电压
• 线电压：电机两相绕组之间电压
• 反电动势：电机到拖时某一转速下对应电机线电压峰值
T3
T1
D1
D3
Cd A
B
T4 D4
ia
T6
D6 ib
T5
D5
C T2
D2 ic
ea
eb
ec
o
2
主要内容
一、几个术语解释
（极对数、电角度、电角频率、相电压、线电压、反电动势）
100
200
300
400
500
600
IdIq(A)
22
永磁同步电机的基本特性
Ld=Lq：
电流极限圆 iq 电流极限圆 iq 电流极限圆 id
id
电压极限椭圆 iq
电压极限椭圆
iq
电压极限椭圆
3 2 1
id
3 2 1
四、两种电机及其控制系统的对比
（转子位置、三相电流、转矩脉动、调速范围）
15
矢量控制基础——矢量的基本含义
永磁电机定子绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，分析时
常用时间相量来表示，但如果考虑到它们所在绕组的空间位置，也可以如图所示
空间向量表示。矢量指得是定子电压、电流、磁链等空间矢量，该类矢量通过三
A ’
V3
无刷直流电机组成部分：
无刷直 流电机
电机本体、位置传感器、 电子开关线路；
电机本体在结构上与交流 永磁电机相似；
电子开 电子开关线路由功率逻辑 关线路 开关单元和位置传感器信
号处理单元两部分组成；
电子开关线路导通次序是 与转子转角同步的，起机 械换向器的换向作用。
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。
无刷直流电机与永磁同步电机的运行控制比较
无刷直流电机的基本控制系统 无刷直流电机的基本控制系统
电流闭环控制结构
I ref
+
−
位置
PID 调节器
Ia
无刷直流 电动机
I phase
MAX ABS ( I a , I b )
数字低通 滤波
Ib
转矩闭环控制结构
ωr
M ref
位置
1 k2
I ref
+
PID
−
无刷直流 电动机
Ia
调节器
I phase
ωt
ia
ib
ωt
PWM b
ωt ωt
1 6
1 2
ωt ωt
1 6
1 2 3 2
PWM c
3 2
ic
3 4 5 4 5 6 1 6
（3）梯形波反电势 TT TT T T T T T T T T TT TT TT T T T T T T T T TT 与方波电流在相位上严 格同步。 HALL状态与PWM、三相反电势和三相电流的对应关系 格同步。
T1
T4
H_on-L_pwm型调制方式 （3）H_on-L_pwm型调制方式
T1
T4
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
T3 T6 T5
T2
0
o
ωt
ωt ωt
T3 T6 T5
T2
ωt
ωt ωt
T3 T6 T5
T2
0
o
ωt
ωt ωt
ωt
60
o
ωt
o
ωt
60
o
120 180 240 300 360 420
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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。
最后纠正一个概念，“直流变频”实际上是交流变频，只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”。
仅对电机结构而言，二者确实相差不大，个人认为二者的区别主要在于：
1 概念上的区别。
无刷直流电机指的是一个系统，准确地说应该叫“无刷直流电机系统”，它强调的是电机和控制器的一体化设计，是一个整体，相互的依存度非常高，电机和控制器不能独立地存在并独立工作，考核的也是他们整体的技术性能。
而交流永磁同步电机指的是一台电机，强调的是电机本身就是一台独立的设备，它可以离开控制器或变频器而独立地存在独立地工作。
2 从设计和性能角度上看，“无刷直流电机系统”设计时主要考虑将普通的机械换向变为电子换向后如何还能保持机械换向电机的优点，考核的重点也是系统的直流电机特性，如调速特性等；而交流永磁同步电机设计主要着重电机本身的性能，特别是交流电机的性能，如电压的波形、电机的功率因数、效率功角特性等。
3 从反电势波形看，无刷直流电机多为方波，而交流永磁同步电机反电势波形多为正弦波。
4 从控制角度看无刷直流电机系统基本不用什么算法，只是依据转子位置考虑给那个绕组通电流即可，而交流永磁同步电机如果需要变频调速则需要一定的算法，需要考虑电枢电流的无功和有功等。
5 关于“那么三相无刷直流电机能不能使用三相正弦交流电呢？如果可以，霍耳器件是否可以不用了？”
从原理上讲，三相无刷直流电机使用三相正弦交流电是可以运行的，只不过是运行性能可能很差，如果三相无刷直流电机的反电势波形为方波，则使用三相正弦交流电时会产生很大的谐波损耗，温升很高。
是否需要霍耳器件与使用什么电源（三相正弦交流电或方波脉冲电源）无关，而与电机的控制算法、控制策略及控制方式等因素有关，如果是用无位置传感器的控制方式则霍耳器件可以不用，如果采用有转子位置传感器的控制方式，则位置传感器还是必要的，当然可以不用霍耳器件而采用其他的传感器，如编码器、旋转变压器等
楼上说的很详细了，简单说下我的感受吧：
曾测过无刷直流电机的反电动势，并不是很完美的方波，是像削了顶的正弦波，用直流变频控制，电机转速还比较平稳，但是要看精度，在不在你的接受范围内了。
无刷直流电机的电机本体：定子绕组为集中绕组，永磁转子形成方波磁场；
永磁同步电机的电机本体：定子绕组为分布绕组，永磁转子形成正玄磁场；
2、无刷直流电机的位置传感器：低分辨率，60度分辨率，霍尔元件，电磁式、光电式；永磁同步电机的位置传感器：高分辨率，1/256,1/1024，旋转变压器，光码盘；
3、控制不同：
无刷直流电机：120度方波电流，采用PWM控制；
永磁同步电机：正玄波电流，采用SPWM SVPWM控制。