无刷直流（BLDC）电机的构造原理及电源控制方案
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引言 无刷直流 (Brushless Direct Current， BLDC)电机是一种正快速普及的电机类型，它可在家用电器、汽车、 航空航天、消费品、医疗、工业自动化设备和仪器等行业中使用。 正如名称指出的那样， BLDC 电机不用电刷来换向，而是使用电子换向。BLDC 电机和有刷直流电机以及感应 电机相比，有许多优点。其中包括： • 更好的转速-转矩特性 • 快速动态响应 • 高效率 • 使用寿命长 • 运转无噪音 • 较高的转速范围 此外，由于输出转矩与电机体积之比更高，使之在需要 着重考虑空间与重量因素的应用中，大有用武之地。 在本应用笔记中，我们将详细讨论 BLDC 电机的构造、 工作原理、特性和典型应用。描述 BLDC 电机时常用术 语的词汇表，请参见附录 B：“词汇表”。 构造和工作原理 BLDC 电机是同步电机中的一种。也就是说，定子产生的磁场与转子产生的磁场具有相同的频率。BLDC 电机 不会遇到感应电机中常见的 “差频”问题。BLDC 电机可配置为单相、两相和三相。定子绕组的数 量与其类型对应。三相电机最受欢迎，使用最普遍。本 应用笔记主要讨论三相电机。" BLDC 电机的定子由铸钢叠片组成，绕组置于沿内部圆 周轴向开凿的槽中 (如图 3 所示)。定子与感应电机的 定子十分相似，但绕组的分布方式不同。多数 BLDC 电 机都有三个星型连接的定子绕组。这些绕组中的每一个 都是由许多线圈相互连接组成的。在槽中放置一个或多 个线圈，并使它们相互连接组成绕组。沿定子圆周分布 这些绕组，以构成均均匀分布的磁极。
有两种类型的定子绕组：梯形和正弦电机。以定子绕组中线圈的互连方式为依据来区分这两种电机，不同的连接方式会产生不同类型的反电动势 (Electromotive Force，EMF)。更多信息，请参见“反电动势的定义”。 正如它们的名称所示，梯形电机具有梯形的反电动势， 正弦电机具有正弦形式的反电动势，如图 1 和图 2 所示。 除了反电动势外，两类电机中的相电流也有梯形和正弦 之分。这就使正弦电机输出的转矩比梯形电机平滑。但 是，随之会带来额外的成本，这是因为正弦电机中线圈 在定子圆周上的分布形式会使绕组之间有额外的互连， 从而增加了耗铜量。 根据控制电源的输出能力，选择定子的额定电压合适的 电机。48 伏或更低额定电压的电机适用于汽车、机器人 和小型机械臂运动等应用。 100 伏或更高额定电压的电 机适用于家用电器、自动化和工业应用。
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