文档介绍：北京瑞泰创新科技有限责任公司—DSP 系列丛书
ICETEK-MOTOR-E 板使用说明
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。下面我们主要讨论 BLDCM 的控制，下面所称的直流无刷电机均为 BLDCM 类电动机。
直流无刷电机的转子是由永磁材料制成、具有一定磁极对数的永磁体。直流无刷电机的定子上开
有齿槽，齿槽数与转子极数和相数有关，应是它们的整数倍。绕组的相数有二、三、四、五相，但
应用最多的是三相和四相。下面主要介绍三相直流无刷电机的控制策略。
直流无刷电动机的控制中的关键点，需要取得转子位置信号，对于不同的位置信号，定子通入相
应的控制电流才能使电机持续转动。直流无刷电机常用的位置传感器有一种是霍尔式传感器。利用
霍尔效应，产生三相独立的信号输出。霍尔式位置传感器由于结构简单、性能可靠、成本低，因此
是目前在直流无刷电机上应用最多的一种位置传感器。
普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电动机旋转，需要通
过换向器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产
生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。
无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子做成永磁体，这样的结构正好与普
通直流电动机相反；然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通人直流电以后，只能产生不
变的磁场，电动机依然转不起来。为了使电动机的转子转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换
相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持
90°左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。
1
北京瑞泰创新科技有限责任公司—DSP 系列丛书
下面以三相直流无刷电动机为例，分析它的转动过程。为了简化，转子只有一对磁极。
A A○ A○
c○ ○b c N ○b c○ ⊙b
N N