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直流无刷培训资料xx年xx月xx日contents •无刷直流电机工作原理•无刷直流电机控制器•无刷直流电机应用•无刷直流电机发展趋势•无刷直流电机系统设计目录01无刷直流电机工作原理无刷直流电机（BLDC）是一种采用电子换向装置代替机械换向装置的直流电机。
无刷直流电机具有高效率、高可靠性、易于维护等特点，被广泛应用于各种工业和商业场合。
定义和特点无刷直流电机由电机本体、电子换向器和控制系统三部分组成。
电机本体采用永磁体和电磁铁相互作用产生转矩，电子换向器根据转子位置控制电磁铁的通电状态，实现电机的换向和旋转。
工作原理概述与有刷电机的区别无刷电机采用电子换向装置，无需更换碳刷，维护方便且成本较低。
有刷电机调速性能较差，而无刷电机可以通过控制器实现宽范围、高精度的调速。
有刷电机采用机械换向装置，需要定期更换碳刷，维护成本较高。
02无刷直流电机控制器功率电路有感/无感控制，驱动电路选择控制器类型BLDC（无刷直流）电机控制器控制芯片MCU/DSP控制芯片的应用与选择控制器硬件设计控制算法编码器接口通讯接口光电编码器，霍尔传感器接口CAN通讯，UART通讯，I2C通讯03控制器软件设计02 01PID控制，PWM调制方式，磁场定向控制常见故障与排除检查散热设计，确认散热器件是否正常工作控制器过热电机振动无法启动控制器异常检查电机安装是否牢固，电机转速是否正常检查电源是否正常，电机是否被锁定，编码器信号是否正常检查控制器的输入电压，电流和温度等参数是否正常03无刷直流电机应用无刷直流电机在空调中作为风扇驱动，具有噪音小、效率高的特点，可实现智能控制和节能。
空调无刷直流电机可用于冰箱的冷却系统，提高冷却效率，延长冰箱使用寿命。
冰箱无刷直流电机在洗衣机中作为驱动部件，可实现高效洗涤和智能控制。
洗衣机家用电器无刷直流电机可应用于机器人关节部位，实现高精度、高速度的机械臂控制，提高工业自动化水平。
工业控制机器人无刷直流电机可用于自动化生产线的传送带、升降机等设备，提高生产效率和产品质量。
直流无刷培训资料直流无刷电机（Brushless DC Motor）是一种广泛应用于工业和家用电器的电机类型。
它以其高效、低噪音和长寿命等特点受到了广大用户的青睐。
然而，对于很多人来说，了解和掌握直流无刷电机的工作原理和应用技术并不容易。
因此，本文将从基础知识、工作原理、控制方式和应用领域等方面，为大家介绍直流无刷电机。
一、基础知识直流无刷电机是一种将直流电能转换为机械能的设备。
与传统的直流有刷电机相比，它不需要刷子和整流子来实现电磁转换，因此具有更高的效率和可靠性。
直流无刷电机主要由转子、定子和电子控制部分组成。
其中，转子是旋转部分，通常由永磁体组成；定子是静止部分，通常包含三组绕组；电子控制部分则用于控制转子的运动，实现转矩和速度调节。
二、工作原理直流无刷电机的工作原理可以简单概括为彼此磁性相斥和磁性吸引之间的相互作用。
当转子上的磁极与定子上的磁极彼此相斥时，转子会受到电磁力的作用而旋转。
电子控制部分通过控制电流的方向和大小来确定磁极的位置，从而控制转子的运动。
三、控制方式直流无刷电机的控制方式主要有三种：霍尔传感器反馈控制、电子换向控制和磁编码器反馈控制。
霍尔传感器反馈控制是最常见的方式，通过检测转子磁极位置的变化来实现换向控制。
电子换向控制则是利用电子器件来控制磁极的位置，不需要额外的传感器反馈。
磁编码器反馈控制是一种精密的控制方式，通过读取磁编码器的信号来确定磁极的位置，可以实现更高的控制精度。
四、应用领域直流无刷电机在众多领域都有广泛的应用。
在家电领域，它常被用于空调、洗衣机、吸尘器等家用电器的驱动。
在工业领域，它的高效性和可靠性使其适用于机械设备的驱动，如机床、输送带和机器人等。
此外，直流无刷电机还常常用于电动汽车和无人机等新能源交通工具的动力系统。
综上所述，直流无刷电机作为一种先进的电机类型，具有许多优点。
通过深入了解和掌握其工作原理和控制方式，我们可以更好地应用它们于实际生活和工作中。
七、直流电动机----------------------------------------------------261、永磁直流电动机-----------------------------------------------262、无刷直流电动机-----------------------------------------------271）无刷直流电机的组成-----------------------------------------272）工作原理--------------------------------------------------------283）电机调速--------------------------------------------------------314）PWM 调速的实现---------------------------------------------325）应用--------------------------------------------------------------33电流随时间变化，产生磁势和磁场在空间旋转，旋转速度由电源频率f 和电机极数P 决定。
f pn 602⨯= 式中n ——旋转磁转速（r/min ）P ——电机极数f ——电源频率（Hz ）在单相电机中，由于单相绕组产生的使脉振磁场，电机没有起动一、 直流电动机直流电动机分有刷直流电动机和无刷直流电动机，有刷直流电动机又分为励磁式直流电动机和永磁直流电动机。
在工作原理上永磁直流电机与励磁式直流电动机是相同的。
下面主要以永磁式直流电动机与无刷直流电动机进行简要介绍。
1. 永磁直流电动机高、噪音低、调速范围宽、调速精度高、振动小、寿命长等优点。
下面就空调用无刷直流电机的组成及工作原理作简要介绍：（1）无刷直流电机的组成：直流电机本体：定子部分主要采用集中式绕组，根据控制方式的不同，绕组相数有单相、二相、三相、四相等结构，用得最多的是三相绕组结构，绕组的接法有星形接法和环形接法两种，绝大部分绕组采用星形接法。
1.1 三个基本定则首先要搞清楚一件基本的事情：我们只是来搞电调的，而不是去设计电机的。
所以不要被一些无刷电机教材一上来那些林林总总的关于什么磁路、磁导率、气隙饱和、去磁曲线等基础知识给吓倒，那些东西是给设计电机的人看的，对我们这种仅仅以弄出一个电调为目标的人来讲，意义不大（不过你如果打算以此为职业的话，这些东西还是建议深入学习一下的）。
对于入门开发者来说，只需要记牢三个基本定则：左手定则，右手定则，右手螺旋定则。
1. 左手定则位于磁场中的载流导体，会受到力的作用，力的方向可按左手定则确定，如右图所示：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，把手心面向N极，四指顺着电流的方向，那么大拇指所指方向就是载流导体在磁场中的受力方向。
力的大小为：F=BIL sinθ其中：B为磁感应强度（单位T），I为电流大小（单位A），L为导体有效长度（单位m），F为力的大小（单位N），θ为：B和I的夹角2. 右手定则（安培定则一）在磁场中运动的导体因切割磁力线会感生出电动势E，其示意见右图：其大小为：E = vBL sinθ其中：v为导体的运动速度（单位m/s），B为磁感应强度（单位T），L为导体长度（单位m），θ为：B和L的夹角。
3. 右手螺旋定则（安培定则二）用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。
内转子无刷直流电机的工作原理一般的教材或是文档，介绍的多半都是内转子无刷电机的工作原理。
按理说，资料已经这么多了，学习起来不应该有什么困难，其实不然。
以笔者亲身经历，无刷电机的资料看得多了，反而会产生困惑。
究其原因，是因为它们分别采用了两种不同的方法进行描述，同样是比较简单的三相二极无刷电机，这两种描述方法所采用的绕组结构其实是不太一样的。
1. 磁回路分析法在MicroChip, Freescale和Atmel三家公司的文档中，都不约而同地采用了这种方法来说明无刷电机的工作原理，其原理说明见图1-4：图1-4 （摘自Freescale PZ104文档）在图1-4中，当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B（如粗箭头方向所示），而中间的转子会尽量使自己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。
直流无刷培训资料在现代电气技术的领域中，直流无刷电机以其高效、可靠、调速性能好等诸多优点，成为了众多应用场景中的热门选择。
从工业自动化到家用电器，从电动汽车到航空航天，直流无刷电机的身影无处不在。
为了让大家更好地理解和掌握直流无刷电机的相关知识，本文将为您提供一份全面的直流无刷培训资料。
一、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机的工作原理与传统的有刷直流电机有一定的相似性，但又有着显著的区别。
传统的有刷直流电机通过电刷和换向器来实现电枢绕组中电流的换向，从而使电机持续旋转。
然而，电刷和换向器的存在不仅会产生摩擦和磨损，降低电机的效率和可靠性，还会限制电机的转速和使用寿命。
直流无刷电机则采用电子换向装置来代替电刷和换向器。
它通常由定子、转子和位置传感器组成。
定子上布置有绕组，而转子则由永磁体构成。
位置传感器用于检测转子的位置，并将信号反馈给电子换向装置，从而控制定子绕组中电流的通断和方向，实现电机的持续旋转。
二、直流无刷电机的结构特点1、定子定子铁芯：一般由硅钢片叠压而成，以减少涡流损耗。
定子绕组：常见的有集中绕组和分布绕组两种形式。
2、转子永磁体：提供磁场，常见的有钕铁硼、钐钴等高性能永磁材料。
磁钢安装方式：可以分为表贴式和内嵌式。
3、位置传感器霍尔传感器：是一种常见的位置传感器，具有成本低、响应速度快等优点。
光电编码器：精度较高，但成本也相对较高。
三、直流无刷电机的优点1、高效节能由于没有电刷和换向器的摩擦损耗，直流无刷电机的效率通常比有刷直流电机高。
2、调速性能好通过改变输入电压或控制信号的频率，可以实现电机转速的平滑调节。
3、可靠性高没有电刷和换向器的磨损，减少了故障点，提高了电机的可靠性和使用寿命。
4、低噪音、低振动运行平稳，产生的噪音和振动较小，适用于对环境要求较高的场合。
四、直流无刷电机的控制方式1、方波控制也称为六步换向控制，控制方式简单，但电机运行时转矩脉动较大。
2、正弦波控制能够实现更加平滑的转矩输出，减小转矩脉动，但控制算法相对复杂。
5无刷直流电动机5.1 无刷直流电动机的特点和发展历史无刷直流电动机最大特点是没有换向器和电刷组成的机械接触机构，以无接触的电子换向取而代之。
因而没有换向火花，没有无线电干扰，噪声低，工作可靠，使用寿命长。
1955年美国科学家首先用晶体管换向，申请了专利。
但没有起动力矩。
只是其雏形，没有实用价值。
在1962年，借助于霍尔元件实现换向，从而产生了实用产品。
随后又不断发展。
当今，已成为微电机发展方向之一，获得广泛应用。
5.2 无刷直流电动机的结构无刷直流电动机整个结构框图，如图5.1所示：图 5.1从图5.1可见，主要分三大部分：电机本体、位置传感器、电子换向线路（电子开关线路）。
电机本体与永磁有刷直流电机不同点是，永久磁钢放在转子上（旋转部分），电枢绕组放在定子上，为固定部分，这样定子绕组可直接联接电子换向线路。
有时做成外转子，内定子，即置有磁钢的定子旋转，而放有电枢绕组的转子固定，无刷风机通常采用这种形式。
典型的电机本体结构，如图5.2所示：图5.25.3 工作原理无刷直流电动机是在有刷直流电机的基础上发展过来的，它们的电机本体中电磁关系是相同的。
无刷直流电动机是借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号，经过电子开关电路处理后，控制功率逻辑开关单元，使逻辑开关单位按顺序和时间给电机本体绕组馈电，实现电子换向的功能。
其导通顺序和时间与用电刷和换向器进行换向一样。
位置传感器放在能反映转子磁场的定子位置上，使电机中磁铁磁场方向与电枢绕组产生的磁场方向相互垂直，电机输出力矩总处在最大的位置（同有刷直流电机）。
图5.3示出，无刷电机的工作原理框图：图5.3 无刷直流电动机原理框图为进一步更加清晰地阐述无刷直流电机工作原理，以三相星形绕组半控桥电路为例。
见图5.4。
图 5.4图中光电式位置传感器的转动部分与电机同轴联接，固定部分在定子上。
在图中位置VP1光电管不被遮住，将输出一个信号，使V1三极管导通（基极高电位）。
6单相无刷直流电动机单相无刷直流电动机已广泛应用于日常家用电器中，特别是直流风机。
在电磁和驱动原理上与多相无刷直流电动机相同。
只是其结构有些特别，磁路上有些不同。
6.1 结构形式基本上有两种形式，如图6.1，6.2所示：图6.1 绕组绕在环形骨架上二段式结构图6.2 绕组直接绕在凸极上一段式结构6.2 工作原理以图6.3为例说明。
图 6.3 工作原理图(单相2极)在图6.3中，定子为凸极结构，上面绕有相同的（并绕）两套绕组，两个极上的绕组串联。
转子上有两块永久磁铁。
当AX通电，极性如图a)，转子将反时针旋转。
当BY通电，极性相反，转子将反时针旋转。
AX、BY按顺序通电，并且极性相反，转子将连续反时针旋转。
要注意到，当定、转子极的中心线相叠时，转子与定子处于“死点”位置。
为解决“死点”，在定子极靴上去掉一块，形成第二气隙（见图6.4）。
当没有激磁电流时，转子中心线与凸极中心线偏离一个角（Χ）。
当有激磁电流时，转子将沿气隙小的方向旋转（磁阻小的一边）。
这是由于气隙磁导不等，产生磁阻转矩（像磁阻式步进电机），这里称为启动转矩。
有时用偏心圆的结构形成双气隙。
根据实践经验，一般取第二气隙δ1=(1~4)δ0，其宽度b1≤0.4τ，（τ为极距），但不得超过72°(电角度。
电角度=极对数×机械角)。
当铁心长时，δ1、b1可取上限。
实际上AX，BY绕组用相同线径，用并绕方法缠在定子极上，然后引出三个引出端（其中一点为公共点）。
AX、BY绕组的激磁按顺序不断反向，可以用开关电路实现（同上节中已讲的），见图6.5：图 6.5图中H.IC为霍尔集成片，直流电加到H.IC两端，在磁场作用下，它输出信号（高电平）。
接到T1的基极，这时T1导通，绕组AX通电。
而这时T2截止（基极低电位）。
这时转子旋转，使H.IC输出低电平，致使T1截止，T2导通。
YB绕组通电，使转子继续旋转。
这就是最简单的电子开关换向过程。
6 单相无刷直流电动机
单相无刷直流电动机已广泛应用于日常家用电器中，特别是直流风机。
在电磁和驱动原理上与多相无刷直流电动机相同。
只是其结构有些特别，磁路上有些不同。
6.1 结构形式
基本上有两种形式，如图6.1，6.2所示：
图6.1 绕组绕在环形骨架上
二段式结构
图6.2 绕组直接绕在凸极上
一段式结构
6.2 工作原理
以图 6.3为例说明。
图 6.3 工作原理图
(单相2极)
在图6.3中，定子为凸极结构，上面绕有相同的（并绕）两套绕组，两个极上的绕组串联。
转子上有两块永久磁铁。
当AX通电，极性如图a)，转子将反时针旋转。
当BY通电，极性相反，转子将反时针旋转。
AX、BY按顺序通电，并且极性相反，转子将连续反时针旋转。
要注意到，当定、转子极的中心线相叠时，转子与定子处于“死点”位置。
为解决“死点”，在定子极靴上去掉一块，形成第二气隙（见图6.4）。
当没有激磁电流时，转子中心线与凸极中心线偏离一个角（Χ）。
当有激磁电流时，转子将沿气隙小的方向旋转（磁阻小的一边）。
这是由于气隙磁导不等，产生磁阻转矩（像磁阻式步进电机），这里称为启动转矩。
有时用偏心圆的结构形成双气隙。
根据实践经验，一般取第二气隙δ1=(1~4)δ0，其宽度b1≤0.4τ，（τ为极距），但不得超过72°(电角度。
电角度=极对数×机械角)。
当铁心长时，δ1、b1可取上限。
实际上AX，BY绕组用相同线径，用并绕方法缠在定子极上，然后引出三个引出端（其中一点为公共点）。
AX、BY绕组的激磁按顺序不断反向，可以用开关电路实现（同上节中已讲的），见图6.5：
图 6.5
图中H.IC为霍尔集成片，直流电加到H.IC两端，在磁场作用下，它
输出信号（高电平）。
接到T1的基极，这时T1导通，绕组AX通电。
而这时T2截止（基极低电位）。
这时转子旋转，使H.IC输出低电平，致使T1截止，T2导通。
YB绕组通电，使转子继续旋转。
这就是最简单的电子开关换向过程。
图中C1、C2为缓冲电容。
6.3 电磁计算
单相无刷直流电动机的设计计算方法与前面已述过的一样，只是磁路计算要根据实际结构来进行。
单相无刷直流电动机，一般尺寸小，结构较特别，例如把绕组绕在环形骨架上二段式结构，磁通路径为立体形，其漏磁难计算准确，有时要凭经验修正。
其主要电磁关系公式为：
最大相电势Em
E m=√2·4.44·fN·kw·φδ
Nkw —— 每相串联匝数
Φδ —— 每极磁通（电磁路计算中求得）
f —— 转子切割的频率 f=pn/60
n —— 转速
p —— 极对数
空截转速n0
n0=[15(U-ΔUr)]/PNkwφδ
ΔUr为晶体管管压降，一般ΔUr=0.5V。
电枢平均电流
Icp=1/Ra (U-ΔUr-0.637E m)
Ra —— 电枢每相电阻
平均电磁转矩
Mcp=(2/π) ·(1/Ra) ·p·n·kw·Φδ[U-ΔUr-(4/π)E m]
从实践证明，以上计算，在转速为几千转/分的情况，准确度可达15%左右。
基本符合工程计算要求。
6.4 含油轴承一般知识
单相无刷直流电动机，一般尺寸较小，其运动支点轴承，大多用含
油轴承。
含油轴承的最大特点是，噪声低，在3000r/min条件下，轴承直径小于20mm时，其噪声可控制在40dB以内。
常用含油轴承属粉末冶金含油轴承，它以金属粉末为主要材料，用压制成型，烧结工艺制成。
含油轴承大致有三大类：铁基（含Fe：93~99%）；铁铜基（Cu：3~25%）；铜基
（Fe：＜1% 铜：余量）。
三者各有特点，铁基耐磨性好，寿命长，但抗腐蚀性差，容易发
生“卡死”。
铜基耐磨性差，但抗腐蚀性好，不易发生“卡死”，铁铜基介于上述两者之间。
含油轴承的润滑机理：
含油轴承结构是海绵状多孔性，轴承作浸油处理，借毛细管作用将润滑油吸入轴承本体内贮存于轴承孔隙中。
当轴承运转时，因轴承与轴磨擦生热，轴承温度升高，轴承及油都发生膨胀，但由于润滑油的体胀系数比金属大，所以润滑油被挤压到轴承表而起润滑作用。
当轴停止运转，随温度下降，借助毛细管作用，油又被吸入孔隙贮存。
含油轴承不宜用在大直径、高速情况，其极限园周速度小于
3.4m/s，要降低含油轴承在运行时的噪声，应注意以下几点：
轴承材料的孔隙率，一般应大于20%，以使轴承能储存较多的润滑油，并要选择适当油的粘度。
当负荷大，转速高时，粘度要大些。
含油轴承禁止用汽油清洗！
在轴承结构上采取必要的措施，以降低轴承噪声。
一般情况下，轴承与轴之间间隙取值范围为0.0007d~0.002d，对低噪声电机宜用
0.00075d~0.0015d（d为轴承内径）。
在轴承结构上，最好有集油装置。
要适当考虑与轴承相配的材料，一般端盖用铝合金材料。
主要考虑热膨胀的影响。
在选择配合时，既要满足在运行时轴承外圈不应在轴承室内转动（将增大空载电流），同时还要避免配合过紧，不得变形。
含油轴承无轴向定位，但应加尼龙垫圈。
在加工工艺上要采取措施以降低噪声，轴承内孔公差通常采用
H6（老标准基孔制二级孔公差）。
轴承内孔尺寸公差可用一组不同尺寸的钢球检查。
轴承内孔光洁度，一般不低于0.8⁄，对噪声要求高，应到0.2⁄。
6.5 “SUNON风机”结构工艺分析
本公司组装的SUNON公司风机，在尺寸小于50mm的产品，其结构独特，它的线圈（绕组）绕在一环形塑压的骨架上，放置在两个叠片铁心中间，其磁通路径，穿过环形骨架中间后，沿一边凸极板身后，经气隙，流到外导磁环（机壳），沿其周围又流到另一边的凸极板身，最后回到环形骨架中间，形成闭合磁路。
这种结构最大优点是制造方便，改变了传统式结构，导线绕在凸极铁心上，有利于劳动生产率的提高，有利于尺寸小型化。
但是，这种结构增大了磁路长度，磁通路径成立体形。
铁芯计算长度缩短。
这是由于铁心分为二段，这二段工字形铁心分开，且成相互垂直，以便构成4极电机，磁极沿周围分布顺序为N-S-N-S。
这样在计算铁心长度只是一段的长度。
一般情况下，转矩与铁心长度近似成正比关系。
这就是说，用以牺牲电机性能换来制造简单方便。
因而，在较大尺寸的电机，这种结构不宜采用。
在设计这种电机时，应注意尽量提高环形绕组的槽满率，充分利用环形骨架的凹槽的窗口面积。
以尽量增长两段铁心的长度。
甚至去掉环形骨架，导线直接绕在有绝缘的两段铁心中间，以最大限度增加铁心轴向长度。
