C3：选用高频性能好的无感电容 D7：选用快速恢复二极管 或选用整体缓冲电路。
67
无刷直流电动机控制器
█ 逆变电路
分立功率器件：功率晶体管GTR 、功率 场效应管 MOSFET、绝缘栅晶体管 IGBT、可关断晶闸管GTO、MCT
功率集成电路：功率开关管集成块、智能 化功率模块 IPM
68
无刷直流电动机控制器
4
无刷直流电动机概述
1. 无刷直流电动机的应用
5
计算机中的无刷电机
6
计算机中的无刷电机
7
电动自行车中的无刷电机
8
家用电器中的无刷电机
9
本田 HEV INSIGHT
10
丰田混合电动汽车开发历程
11
本田 Insight 发动机和无刷电机
12
并联式混合动力系统
13
本田CIVIC的动力分配策略
一、无刷电机概述 二、无刷电机原理与特性 三、无刷电机控制 四、无刷电机转矩脉动 五、无刷电机电磁设计
2
稀土永磁无刷直流电动机
Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor，BLDCM
一、无刷电机概述
3
无刷直流电动机概述
1. 无刷直流电动机的应用 2. 无刷直流电动机发展历史 3. 无刷与有刷直流电动机比较 4. 无刷直流电动机的特点 5. 无刷直流电动机系统组成
而改善了电机的有关性能； █ 产生近似矩形波的气隙磁场，可设
计成方波无刷直流电动机；
57
稀土永磁无刷直流电动机特点
█ 抗电枢反应去磁能力强，更适合 突然反转、堵转等运行工况；
█ 退磁曲线线性、可逆，简化了设 计和分析。
58
无刷直流电动机概述
5. 无刷直流电动机 系统组成
59
无刷直流电动机系统组成
1） 控制器
64
无刷直流电动机控制器
控制器的组成 █ 开关主电路 █ 驱动电路 █ 控制电路
65
无刷直流电动机控制器
1
3
5
接 整
R3
D7
流
桥
C3
4
6
2
滤波电路 缓冲电路
逆变电路
无刷直流电动机开关主电路
66
无刷直流电动机控制器
█ 缓冲电路作用
减少开关管承受的尖峰电压，使开关管 工作在安全区域内，提高主电路的可靠性。
54
无刷直流电动机主要特点
█ 系统成本相对较低
逆变器方波电流容易实现，控制器结 构较简单；电机可采用整距集中绕组，制 造工艺较简单；转子位置传感器结构简单， 成本低。
55
90年代以来永磁材料发展状况
钕铁硼 钐钴 铁氧体
永磁材料的磁能积 56
稀土永磁无刷直流电动机特点
█ 可明显降低电机重量，减小其体积； █ 缩短转子外径，增加气隙长度，进
无刷直流电动机主要特点
█ 容易实现转矩控制
无刷直流电机的电磁转矩 Tem= KT Ff Fa sinθ
无刷直流电动机具有与直流电动机 相似的转矩特性。
50
无刷直流电动机主要特点
电力拖动系统转动方程
GD 2 dn Tem TL 375 dt
Tem n TL
51
无刷直流电动机主要特点
异步电动机的电磁转矩
█ 无刷直流电动机系统组成 1） 控制器 2） 电机本体 3） 霍尔位置传感器
60
无刷直流电动机系统组成
直流电源
控制器
输出
电动机
转子位置传感器
无刷直流电动机系统框图
61
无刷直流电动机系统组成
逆变电路
1
3
5
A
电机
B
C
4
6
2
V1－V6
控
驱动电路
制
器
控制电路
AS
霍尔位置 传感器
B
C
三相永磁无刷直流电动机系统图
46
无刷与有刷直流电动机比较
█ 通常 BLDCM 带有转子位置检 测传感器，而 DCM 则不需这种位 置检测装置。
47
无刷直流电动机概述
4. 无刷直流电动机 的特点
48
无刷直流电动机主要特点
█ 永磁无刷结构
电机免维护，可高速运行，因此 可降低电机体积和重量，具有高功率 和转矩密度和高效率。
49
27
无刷直流电动机概述
3. 无刷直流电动机 的特点
28
无刷直流电动机分类
█ 无刷直流电动机分为方波和正弦波电流驱动。 正弦波电流驱动的无刷电动机名称比较多，英、 美称为永磁同步电动机（PMSM），或无刷交流 电动机（BLACM），日本、欧洲一些国家则称 之为交流伺服电动机（AC Servo）” 。
无刷直流电动机发展历史
█ 有刷直流电动机 有刷直流电动机具有良好的起动和
调速性能，但其存在换向器和电刷，导 致换向火花、电磁干扰、可靠性差、造 价高等一系列问题。
20
无刷直流电动机发展历史
█ 异步电动机 异步电动机结构简单、运行
可靠、价格便宜，但其调速和起 动性能不佳。
21
无刷直流电动机发展历史
交流电动机 异步电动机 多相 单相
电动机
直流电动机
同步电动机
换向式 永磁
单极式 电励磁
无刷直流 有刷直流 串励 并励 复励
永磁同步
磁滞
步进
磁阻
单相
多相
开关磁阻
同步磁阻
永磁 永磁 电励磁 混合 永磁 变磁阻
31
有刷直流电动机的基本结构
PM Poles
Fan
Brushes
Bearing
Rotor winding
Rh
BLDCM
u
* n
u*
转速
i
调节器
un
ui
电流 ur
调节器
驱动电路
电流检测
up
PWM 发生器
A／D
uc 三角波
发生器
运行状 态判断
逻辑控 制单元
位置信 号处理
反馈电流综合 速度反馈单元
无刷直流电动机微机控制系统
PS
71
无刷直流电动机控制器
█ 控制电路的作用（1）
● 对转子霍尔位置传感器输出的信号、 PWM 调制信号、正反转和制动信号 进行逻辑综合，给驱动电路提供相应 的导通和关断信号；
稀土永磁无刷直流电动机
Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor ( BLDCM )
湖北工业大学稀土电机及控制研究所 1
稀土永磁无刷直流电动机
Rare Earth Permanent Magnet Brushless DC Motor， BLDCM
S
SN
轴
NS
S
实心转子铁心
N
等厚磁极的转子结构
79
无刷直流电动机永磁转子
N S
S N 轴 NS
S N
切向无间隔等厚磁极的转子结构
80
无刷直流电动机永磁转子
N S
SN
轴
NS
S
N
等径磁极的转子结构
81
无刷直流电动机永磁转子
稀土永磁磁极
N
B
S
B
SN
0
0
径向式
切向式
永磁电机气隙磁密波形 82
无刷直流电动机空载磁场
39
无刷与有刷直流电动机比较
█ 无刷直流电动机与有刷直 流电动机有相同的设计思想和 设计方法。
40
无刷与有刷直流电动机比较
█ 有刷直流电动机磁极磁 场与电枢磁场始终处于正交 状态。
41
无刷与有刷直流电动机比较
N
Fa
n
Ff
S
42
无刷与有刷直流电动机比较
█ 无刷直流电动机磁极磁场与电枢磁 场处在某一变化范围内。如三相无刷直 流电动机 60°~ 120°范围内变化。
14
电动汽车中的无刷电机
电机及控制器
15
电动汽车中的无刷电机
永磁体
永磁体
外转子结构的无刷电动机
16
外转子混合励磁无刷电机
內定子鐵心
外轉子鐵心
軸
永磁極 鐵極
勵磁繞組 17
电动汽车中的无刷电机
控制器
电机
减速齿轮
电机、控制器和减速箱一体化结构
18
无刷直流电动机概述
2. 无刷直流电动机 发展历史
19
29
无刷直流电动机分类
交流电动机 异步电动机
电动机
直流电动机
同步电动机
换向式 单极式
永磁
电励磁
多相 单相 笼型 绕线
串励 并励 复励
无刷直流 永磁同步 磁滞
步进
磁阻
开关磁阻 同步磁阻
电阻式 电容式 罩极式
单相 多相 混合 永磁 变磁阻
电容起动 电容运行 电容运行 永磁 永磁 电励磁
30
无刷直流电动机分类
Tem=CTΦδIa cos
一般情况下，Ff 、Fa非正交， 即Φδ 、 Ia 之间存在耦合关系。
52
无刷直流电动机主要特点
直流电动机电磁转矩 Tem= CT Φδ Ia = CT’ Ff Fa
53
无刷直流电动机主要特点
无刷直流电动机电磁转矩
Tem= KT Ff Fa sinθ
一般情况下,θ为90º（或平均值为90º）， 调节永磁无刷直流电动机电枢电流（电压） 便可实现对转矩的控制。
Φ 空载工作点
1
Φr
3－永磁体退磁曲线
2
A
B
Φ0