无刷直流（BLDC）电机的位置和速度无传感器方法的技术综述

在过去二十年中，日本韩国等数个承受高昂能源价格压力的亚洲国家已为空调和冰箱等节能应用实施了变速永磁电机驱动器。美国也一直在使用廉价的感应电机驱动器，在节能方面其效率比可调式永磁电机驱动器低约10％。最近，能源价格的上涨刺激了对变速永磁电机驱动器的更高要求。混合动力电机驱动器在汽车工业中的迅速普及，加大了对高效永磁电机驱动器的强烈需求，这是对无刷直流电机的关注的开始。 无刷直流电机，也称为永磁直流同步电机，是其中一种迅速获得普及的电机类型，主要是因为它们具有更好的特性和性能，这些电机的体系结构适用于任何对安全要求严格的应用，因此在许多工业领域中都得到使用。

无刷直流电机是一种同步电机，从建模的角度来看，它看起来就像直流电机，在电流与转矩，电压和rpm之间具有线性关系。它是一种电子控制的换向系统，而不是有刷电机典型的机械换向，电磁体不移动，永磁体旋转，电枢保持静态，这解决了如何将电流传递到运动的电枢的问题。用智能电子控制器代替电刷系统/换向器组件，电子控制器执行与有刷直流电机相同的功率分配。无刷直流电机比有刷直流电机和感应电动机具有许多优势，例如，具有更好的速度与转矩特性，高动态响应，高效率和可靠性，较长的使用寿命（无电刷腐蚀），无噪音运行，较高的转速范围以及降低了电磁干扰（EMI）。另外，传递的转矩与电机尺寸的比率更高，从而使其在空间和重量是关键因素的应用中特别有用，特别是在航空航天应用中。

无刷直流电机的控制可以在传感器或无传感器模式下进行，为了降低执行装置的总成本，通常使用无传感器控制技术。无传感器无刷直流电机控制的优点是可以省去检测部分，因此可以大大降低总成本。无传感器控制的缺点是对控制算法的要求更高，而电子设备也更加复杂。

所有不需要在固定部件和旋转部件之间进行电气连接（由电刷制成）的电机都可以视为无刷永磁电机，可以根据永磁体的安装和背面的情况进行分类。 永磁体可以表面安装在转子（SMPM）上，也可以安装在转子（IPM）内，反电动势的形状可以是正弦波或梯形波。根据反电动势的形状，永磁交流同步电机具有正弦反电动势，而无刷直流电机（BLDC或BPM）则具有梯形反电动势， 永磁交流电机通常由三相正弦电流激励，而无刷直流电机通常由一组具有准方波的电流供电。

由于其高功率密度，可靠性，效率，免维护性质和静音运行，永磁（PM）电机已广泛用于工业自动化，计算机，航空航天，军事的各种应用中，例如汽车（混合动力汽车）和家用产品。

结论

永磁无刷直流电机本质上是电子控制的，并且需要转子位置信息以对其定子绕组中的电流进行适当的换向。传感器故障可能会导致控制系统不稳定，因此，不希望将位置传感器用于可靠性至关重要的应用。低成本的电机驱动器有效解决了此问题，为高可靠性和大批量应用中开辟道路。使用位置传感器的这些局限性与功能强大且经济的微处理器的可用性相结合，刺激了无传感器控制技术的发展。