1 引言

无刷直流电机（BLDCM）作为一代高科技产品，有机结合了电子设备以及电机，是一个非常复杂的高阶系统。其特点为多变量、时变性、耦合程度高以及非线性等等。其优点为：具有优质的机械特性、能和普通直流电机一样高效率运转、机械磨损几乎没有，并且运行效果良好、结构简单不复杂，应用范围很广。无刷直流电机在众多领域譬如民用领域、航空航天领域及工业领域都有所涉及。其机体部分主要由三部分组成，分别是电动机主体、位置传感设备以及功率驱动电路。无刷直流电机控制应用范围非常大，主要基于单片机技术、电机技术、自动控制概念技术以及电力电子技术等。在技术革新、器件换代更迭、新型原料与全新操控方法都产生的前提下，能够进一步帮助无刷直流电动机的普及发展及广泛运用。

现如今，国内外一般无刷直流电机操控技术与以往相比已经较为成熟，可是各个国家研究重点各不相同。我国制定了GJB1863无刷直流电动机的一般规格，国外对于无刷直流电动机的研究分析与我国大致相当。在全球范围，美国在军事工业中无刷直流电动机制造和控制技术更为先进，而日本则在民用领域更为成功。现今的研究热点主要集中在提高可靠性、抑制转矩脉动、设计通用性强的控制方式等三个层面：（1）传统检测方法所使用的是直接位置检测法，该方法利用位置传感器对电动机转子的位置进行直接检测。无传感器控制技术则使用的是间接转子位置检测方法，依据一定的算法，利用电机内部中容易获得的电压或电流信号，通过一定的算法获得转子位置信号，无需再添加位置传感器元件，增强了该系统的可靠性及稳定性，与此同时得以减轻电动机的重量及尺寸大小；（2）从操控方法以及电动机设计方面来说，对无刷直流电动机中的转矩脉动抑制法进行研究分析，有效增强其伺服精度同时加大其使用范围。无刷直流电动机一般使用的控制方法为电子换相控制法。电机相电流受电动机绕组电感影响不能生成期望的方波电流，在系统中造成无法控制的换向转矩波动。所以，抑制换向转矩脉动也是无刷直流电动机研究领域的重要内容，许多学者对此领域进行了大量研究；（3）设计出的无刷直流控制器应该体积小巧，高通用性以及设计可靠等优点。现如今主要使用的无刷直流电动机操控手段通常是，譬如单片机和DSP控制器、FPGA、专用集成电路（ASIC）控制器之类的方法。

2 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机结构与永磁同步电机相似，其不同点在于能够实现无刷换相，由于无刷直流电机通常会将电枢绕组设置在定子上固定，从而转子上放置了永磁铁后能够形成固定磁场。换向装置包构成部件有驱动电路、位置传感器、功率电子元件以及控制电路等。位置传感器信号会被控制电路接收并转化成可被驱动电路识别的信号，可通导及截止逆变器的功率管，使其形成连续扭矩；通过控制逆变器各功率管的开关频率还能够操控及调节转速。下图1为无刷直流电机横截面。

图1 无刷直流电机本体截面示意图

2.1 定子

无刷直流电动机的定子结构类似于典型的同步或感应电动机的定子结构。铁芯内部镶嵌有单相或是多相对称绕组，其连接方式通常为三角形或者星形。然而，考虑到系统的性能和成本，现在最为广泛使用的无刷直流电动机连接方式是电枢星形连接，三相对称同时并无中性点引出。此外，以往传统有刷直流电机转子侧上设置电枢绕组，但无刷直流电机电枢绕组则在定子侧位置，能够有效帮助其内部电机进行散热工作。

2.2 绕组

无刷直流电动机通常有短距分布式绕组，整距分布式绕组，整距集中绕组等多种绕组种类。绕组种类的选取影响着电机的反电动势波形，并与电机的性能产生关联。针对整距集中绕组，带有同种孔隙磁通密度相同槽内即为各极下的同相绕组导体的位置，将同一绕组的每个导体的反电动势叠加即可得到全部反电动势波形，它与气隙磁通密度的波形状态相近。反电动势与气隙磁通密度的空间布局波形二者的平顶宽度相等。要想得到良好梯形反电动势波形可以选择整距集中绕组。定子表面平均安排着每相和每相绕组来构成分布绕组，这样定子内表面在得到充分使用的同时还能推动绕组散热。气隙磁通密度的空间布局由于受到外界干扰一般不能得到完美的方波波形。选择短距绕组既能够减少绕组尾部的接线，还可以节约铜原料，这种方式不能大幅降低的基本转矩，但有助于减弱转矩谐波。

2.3 转子

将一定极对数的永磁体安装于铁芯外部或安装在铁芯里即可构成无刷直流电机的转子。永磁体的制造一般选择铁、硼等高矫顽力以及高剩磁感应密度的稀土永磁材料[7]。无刷直流电机运用的永久励磁材料会在电机的气隙内部创建强力磁场，这近似于有刷电机的励磁。但二者也有差异，无刷直流电机转子将永磁材料镶嵌于转子上，有刷电机则将永磁材料镶嵌在定子上。转子一般有三种结构：（1）表面粘贴式磁极；（2）嵌入式磁极；（3）环形磁极。

3 结论

这篇文章在研究无刷直流电动机上，指出了一类将MATLAB的BLDCM做为基本条件的控制系统仿真建模方式，这一方式在simulink情景之下，综合了s函数进而建立了无刷直流电机驱动控制系统仿真模型，使用传动的速率、电流双闭环操控方式对这个模型开展了具体实验，仿真与探究的成果都表示波形对该理论的分析合理，系统可以稳定的运作，具有较好的静、动态特性静态、动态的特性也都较为良好，使用该仿真模型能够很简易地完成和验算控制的计算形式，改变或变更操控的方式也特别建议，仅仅用对相关领域的功能层面开展交换或改正。

参考文献

[1] 夏长亮. 无刷直流电机控制系统[M]. 科学出版社, 2009.

[2] 邱壮飞. 抑制无刷直流电机换相转矩波动的控制方法[J]. 黑龙江电力, 2019(4): 302-306.

[3] 邓兵, 潘俊民. 无刷直流电机控制系统计算机仿真[J]. 计算机仿真, 2002, 019(005): 104-106,110.

[4] 夏长亮, 方红伟. 永磁无刷直流电机及其控制[J]. 电工技术学报, 2012, 27(3): 25-35.