无刷直流电动机及其控制技术的发展

摘要：介绍了无刷直流电动机及其各个组成部分的发展现状，分析了目前无刷直流电

动机有待进一步深入研究的问题，并指出了其发展方向。

　引言

直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电
动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声
大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电
子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955 年美国 D．Harrison 等人首次申请了用晶
体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直
流电动机真正进入实用阶段，是在 1978 年的 MAC 经典无刷直流电动机及其驱动器的推
出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦
波直流无刷电机。20 多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电
子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已
经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换

相电机。

无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运
行可靠、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动

化领域迅速发展。

在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组
由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直
流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM 用电子换相取代了原直
流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而 PMSM 则是用永磁材料取代
同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电
路要获得方波比较容易，且控制简单，因而 BLDCM 的应用较 PMSM

要广泛的多。

直流无刷电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电
子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来
完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个
功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。本文从无刷电动机的三个部分对其发展进行

分析。

　各组成部分发展状况

2．1

　电动机本体

无刷直流电动机在电磁结构上和有刷直流电动机基本一样，但它的电枢绕组放在定子
上，转子采用的重量、简化了结构、提高了性能，使其可靠性得以提高。无刷电动机的发展
与永磁材料的发展是分不开的，磁性材料的发展过程基本上经历了以下几个发展阶段：
铝镍钴，铁氧体磁性材料，钕铁硼（NdFeB）。钕铁硼有高磁能积，它的出现引起了磁性