来源：bsport体育注册 作者：bsport体育登录|发布时间：2024-12-23 11:54:27
直流无刷电机是永磁同步电机的一个结构和控制简单化的亚种，典型特点是集中式绕组，梯形反电动势和方波驱动。方波主要是为了控制上更简单，转到某个位置根据霍尔信号直接咔咔一换相，斩斩波控制下电流幅值完事儿了，不需要控制板有多复杂的功能。搭配方波也就要求梯形反电动势，不然多余的谐波利用不了只会造成损耗。。。但是现在直流无刷电机的性能早就不是问题，FOC和无感控制这些都很普及了，很多直流无刷电机一样用正弦反电动势搭配正弦波驱动，这些直流无刷电机就是很标准的集中绕组的永磁同步电机
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。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。
直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）都属于永磁电机的一种类型，它们在某些方面有相似之处，但也存在一些区别。
BLDC电机通常具有三相绕组和永磁转子。绕组通过电子换向器（电调器）控制，使得电流在绕组之间定时切换，从而产生旋转磁场。
PMSM电机也具有三相绕组和永磁转子，但通常采用磁体产生磁场，而不需要通过电流来产生旋转磁场。
BLDC电机通常采用电子换向器（电调器）控制，通过对电流的切换来实现换向操作。通常使用霍尔传感器或反电动势（Back-EMF）检测转子位置。
PMSM电机通常采用矢量控制或直接转矩控制来实现精确的控制。它们通常需要传感器（如编码器）提供转子位置信息。
BLDC电机在低速和高速运行时都可以提供较好的性能，并且具有较高的效率。它们通常用于需要高速和高动态性能的应用，如电动工具、无人机等。
PMSM电机在高速运行时具有更高的效率和功率密度，适用于高性能和高精度的应用，如工业驱动、电动汽车等。
BLDC电机的控制相对较简单，可以通过传统的换相控制方法实现。其控制算法和硬件要求较为简化。
PMSM电机的控制相对复杂，需要更高级的控制策略，如矢量控制。这需要更强大的控制算法和计算能力。
无刷电机特性就是转速随负载变化而变化，它可以说：现在负载太重我跑不快，控制大哥你稍等……好了现在我到换相位置了，控制大哥你换相吧……
例如，想电动车的车速完全对应于油门踏板行程，踩到这个位置就是这个速度，不管上坡下坡、轻载重载，那就用同步电机。想让车的输出功率对应于踏板行程，一脚踩到这个位置，允许它有一个加速阶段，上坡时也允许它的速度慢一点，那就无刷电机。
本人见过太多太多关于直流无刷和永磁同步电机的误解了，今天我就要在这里把这个问题在中文世界给盖棺定论了。如果以后再有人争论BLDC和PMSM是什么东西有什么区别，请直接以我为准。保证准确无误。
首先说直流无刷电机。为什么叫直流无刷？这得先从有刷电机说起。历史上，包括现在依然有一些电机，采用的是电刷(brush)来换相，也就是直流有刷电机。
电机要转，电机绕组必须通过交变的电流，而且要使得定子的磁场永远是超前转子的磁场一步的。如果不超前，定子和转子的磁场对齐了，转子就转不动了，那么就没有扭矩产生了。那么如果你想在供电上省事，直接用直流电，那你就得有一个机械的换相器。（为什么要直流电？因为电池供电的话就是直流电，所以有刷电机曾经广泛运用于电动工具。更重要的是，记得交流电发明之前是电网是通过直流电输电的吗？当时，19世纪早期的时候，大多用的就是这种有刷电机来发电或者发动）这个电刷就是机械的换向器，电刷可以保证电机绕组中通过的永远是交变的电流。
但电刷有很多恶心的问题，首先现代的电刷一般是石墨做的，和铅笔有点像，磨着磨着就有小灰尘，甚至磨到后面直接磨没了就没法用了，那这灰尘即限制了电机的应用场景得是能耐粉尘的，又严重限制了电机的寿命。而且，一个在那摩擦的东西，转速一高必然发热严重，所以转速也没法高。可见，有刷电机的存在，主要就是为了解决供电是直流电的问题。如果你有交流电供电，谁犯得着使用这个制造又复杂，寿命又差的有刷电机呢？（当然也有一些特定的场景不仅仅是因为直流才使用有刷的，这是题外话，这种场景很少见，可以忽略不计）
后来大家也就都知道了，因为电子元器件的发展，电子元器件价格变得很低了，和超强永磁体（也就是钕铁硼稀土永磁体）的普及，直流无刷电机问世并开始流行了。为什么要强调直流和无刷，因为他存在的目的就是为了取代（直流）有刷电机。我供电也是直流啊，但我靠电子元器件就可以实现电机的换相，而且电子元器件越来越便宜，那我为什么要用有刷呢？所以直流无刷电机逐渐取代了有刷电机，即使现在已经有刷电机已经越来越少，但是直流无刷这个曾经强调自己身份的名字还是流传了下来。
感应电机又称异步电机，是尼古拉斯·特斯拉在1887年发明的。其实感应电机的工作原理很复杂，相信电气专业学过电机课的同学都能懂，具体我就不对感应电机多作解释了。感应电机有两点比较重要的性质，那就是第一，感应电机没有励磁部分，即：他转子的磁场不是通过接外接电源通电或者永磁体产生的，而是靠定子磁场的感应电流产生的；第二，异步电机顾名思义，它具有异步性，即定子的磁场旋转速度和转子的旋转速度不一致，存在着速度差，而这个速度差越大，感应电机的扭矩也就越大。
为什么感应电机这个东西在工业中广泛运用呢？因为它使用起来实在是太方便了。正常工厂里电网都会有三相电，电网的三根火线往感应电机上线一接，电机就能转了，而且还可以根据负载大小自动调节转速，什么电气控制电路都不需要，而且皮实，稳定，耐操，只要轴承不坏，绝缘不出问题，感应电机用几万个小时很轻松。对于大部分只要能转就行的场合，是再合适不过了。但另一方面，因为接上电就能用的东西，速度和扭矩完全就是看负载的，可操控性是很差的，如果要让电机转到固定的某个位置，或者走某个轨迹，那更加是不可能的。（当然，我是说只接工频交流电的时候，如果电的输入是你自己控制的，那其实还是可以实现的，比如特斯拉电动车里的感应电机）
那对于一些要求高的场合怎么办？具体来说，我希望能控制电机的速度，电机的扭矩，电机的位置，怎么办？因此同步电机出现了。为啥叫同步电机？因为转子有励磁源，转子的磁场和转子的位置是固定的，那定子磁场只要超前转子磁场一点，转子就转起来了，那定子磁场永远相对于转子磁场，永远超前不多不少，就那么一点，它俩相对位置不变，转子和定子的磁场是同周期同步运行的，所以叫同步电机。那这样我们只要控制定子的磁场，那就想怎么控制就怎么控制。
那刚刚说了，转子磁场的励磁，也就是转子磁场的来源，可以是像电磁铁一样，通过通电实现的，也可以是通过永磁体实现的，那么用永磁体实现的就叫永磁同步电机了。为啥要用永磁体？最大的原因那当然是因为方便。你想想如果一个东西又要转，又提供一个相对自身（即相对于转子自身）不变的磁场，除了永磁体之外还有什么办法？而且以钕铁硼为代表的永磁体能量密度大，可以实现更高的扭矩。如果要通过通电，就算可以实现，能量密度低不说，通电产生大量浪费的焦耳热也是问题。
所以永磁同步电机，重点就是用了永磁，以及区别于感应电机（也就是异步电机），要强调同步性。为啥要强调同步性？因为异步电机比同步电机早普及。异步电机插上交流电就能用（那交流电哪里来？没错就靠异步电机反向输出就行了！），而同步电机还是得靠芯片等电子元器件来实现同步，人家18xx年上哪里去搞芯片去？
实际上，无刷直流电机和永磁同步电机，从最基本的定义上，压根就难以放在一起讨论。无刷直流强调的是电机的供电源和电子换相，而永磁同步强调的是同步性和永磁励磁。一个讲电源，一个讲电机本身的固有属性。
我们刚刚说了，直流有刷电机通过电刷换相，而电机转子上的换向器的某一个触电和电刷只有两种可能，那就是接触和不接触，所以只存在0和1的区别。那电机的绕组两端就会是开开关关的方波状态。
那直流无刷是为了取代有刷电机的，那自然而然地，把这个特性也保留了下来。直流无刷电机的也就是简单的0和1的区别，开开关关就行了。那为了最大化利方波的特性，电机的转子会设计成方波磁场的，那自然而然地会使用径向距离相等的磁铁。也就是等厚磁铁。那么电机的反电动势会趋于梯形波。（当然，完美的方波磁场和梯形波反电动势当然是不可能的，实际上磁场会发生一定程度的扭曲。而且，也不是有了等厚的磁铁就一定意味着方波磁场。磁场的形状是很复杂的，还受别的设计因素影响。）
那同理，永磁同步电机一般是为了区别于异步电机，而驱动异步电机的可是三相交流电，而三相交流电是比较完美的正弦波，那我们驱动永磁同步电机也一般会用正弦波去驱动，那么为了最大化正弦波的利用效率，电机磁场也会被设计为正弦波磁场，而反电动势也随之具有正弦性。所以，你会看到，有些PMSM磁铁采用不等厚的花瓣形，目的就是为了产生正弦性好的磁场。
正弦波磁场的电机更适合伺服控制。正弦函数多妙啊，微分方程里的万精油，分析处理都简单，搞控制的看到正弦波信号睡觉都能笑醒。
对应的，方波电机没有正弦性好的电机做伺服控制了，因为方波的傅里叶变换当中有很多谐波分量，而谐波在很多场景下都是我们不想要的。当然，方波也不是不能做伺服，也可以做，要求不高的场景用用问题不大（而大部分应用场景也确实要求不高）。
而正弦波电机是真的可以做到很高程度的正弦性，总谐波失线%。搞信号分析的可能觉得THD1%不算什么，但对于磁场这种难以捉摸的东西来说，精度已经很高了。但方波电机却很难做到真正的方波，因为磁铁是会有漏磁的，磁一漏，好好的方波就没了，而是在方波的两个尖角处形成圆弧，像吐司面包的形状。
当然方波电机也不是没有优点，用样的电流，方波电机理论上扭矩会大一些，毕竟那些谐波磁场也是可以参与产生扭矩的。
当然，所谓BLDC是方波，PMSM是正弦波，也就只是不成文的规矩。遵守不遵守完全看厂家的心情。在学术界发，这两个词如果用了，那基本上就是按字面的定义意思。毕竟我硬是拿着方波永磁磁场的电机说这是PMSM你也不能说我说错了，因为它确实是同步电机，也是确实有永磁。而我拿着正弦波电机说这是BLDC也不能说我错，只要我用的是直流电源+逆变器驱动电机。
所以为了避免误解，关于电机的选型一定要询问专业的人士和公司。比如说我司，上海舞肌科技，专注于世界的最高扭矩密度的小型电机开发和制造，可用于无人机、机器人等领域，欢迎感兴趣的各位前来咨询！私信即可，加微信也可以，。
