你知道BLDC和PMSM的區(qū)別嗎

第第頁你知道BLDC和PMSM的區(qū)別嗎？

對于（新能源）電驅(qū)系統(tǒng)，大家關(guān)注更多的是（高壓）驅(qū)動（電機(jī)）。實(shí)際上，除了這些“大電機(jī)”以外，還有很多“小電機(jī)”。比如，之前談到的駐車系統(tǒng)中的駐車電機(jī)-ParkingMotor。

這些“小電機(jī)”越來越多的采用無刷直流電機(jī)，即（BLDC）電機(jī)。與無刷直流電機(jī)相對應(yīng)的是有刷直流電機(jī)。在這里，這個(gè)“刷”通指的是碳刷。

無論是無刷直流電機(jī)還是有刷直流電機(jī)，都屬于永磁同步電機(jī)：轉(zhuǎn)子磁場由永磁體固定產(chǎn)生，定子磁場通過（電流）勵磁產(chǎn)生。

溫故一下永磁同步電機(jī)的（工作原理），可簡單由下圖來描述。此時(shí)，中間磁鐵在磁場的作用下，受到來自順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩。如果中間磁鐵的極性保持不變，那么最終中間磁鐵會處于水平狀態(tài)。這種情況下，電機(jī)是無法實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

為了解決這個(gè)問題，需要對中間磁鐵的極性進(jìn)行切換，即所謂的換向，如下圖所示。

在有刷電機(jī)中，換向是通過碳刷來實(shí)現(xiàn)，這也就是為什么被稱為有刷電機(jī)的原因。而無刷直流電機(jī)換向是通過（控制器），同驅(qū)動大電機(jī)。

無刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)兩者工作原理基本相同，唯一的不同在于無刷直流電機(jī)需要一個(gè)更加復(fù)雜的控制器來實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電（無碳刷實(shí)現(xiàn)換向），而有刷直流電機(jī)通過直流電壓輕松控制（碳刷實(shí)現(xiàn)換向）。

看在這里，大家可能會有疑惑。既然都屬于永磁同步電機(jī)，為什么小電機(jī)被叫做“BLDC”，而驅(qū)動電機(jī)通常被叫做“PMSM”。這樣的區(qū)分對待有點(diǎn)怪怪的，但又不知道怪在哪。這個(gè)問題確實(shí)對電機(jī)入學(xué)者而言，非常不友好，極易產(chǎn)生混淆。

從結(jié)構(gòu)上來說無刷直流小電機(jī)和永磁同步大電機(jī)是一樣的，都存在（電機(jī)控制）器、電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)定子、軸承及附件。

從能源輸入來說，無刷直流小電機(jī)和永磁同步大電機(jī)是一樣的，都是直流轉(zhuǎn)交流。

不賣關(guān)子了，真正區(qū)分兩者的參數(shù)是"反電勢"。我們常說電機(jī)反電勢是電機(jī)設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)參數(shù)之一，是因?yàn)榉措妱菔请姍C(jī)的身份證。當(dāng)電機(jī)設(shè)計(jì)凍結(jié)后，其反電勢也就確定了。通過反電勢的波形及大小，可以輕松的區(qū)分電機(jī)類型及大小。

BLDC反電勢波形是梯形，而PMSM反電勢波形是正弦。所以雖然都是永磁同步電機(jī)，為了區(qū)分還是要進(jìn)行命名區(qū)分的，因此就出現(xiàn)了目前常說的BLDC和PMSM。

科研深處是哲學(xué)，肯定會有好奇的讀者會問，為什么結(jié)構(gòu)如此相似的它們反電勢波形就不一樣呢？

引用維基百科的定義，反電動勢是指有反抗電流通過趨勢的電動勢，其本質(zhì)上屬于感應(yīng)電動勢。電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈中也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個(gè)感應(yīng)電動勢有削弱（電源）電動勢的作用，這個(gè)感應(yīng)電動勢即為反電動勢。它的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動。如果要使線圈維持原來的轉(zhuǎn)動，電源就要向電動機(jī)提供能量，從而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。

從反電勢的定義，可以看出反電勢實(shí)際上體現(xiàn)的是整個(gè)電機(jī)磁場分布的參數(shù)。也就是說，電機(jī)設(shè)計(jì)中的電磁設(shè)計(jì)決定了反電勢。更細(xì)一步說，那就是定子線圈繞組的設(shè)計(jì)（產(chǎn)生定子磁場）和轉(zhuǎn)子磁鋼分布設(shè)計(jì)（產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場）決定了反電勢。差異最大的是前者，定子繞組設(shè)計(jì)。

關(guān)于定子繞組設(shè)計(jì)，這個(gè)問題可以單開一期進(jìn)行進(jìn)行講解，本期不進(jìn)行拓展。如果接觸過BLDC和PMSM，那么就一定會發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)電機(jī)定子繞組設(shè)計(jì)的差異。

BLDC通常采用集中式繞組，集中式繞組應(yīng)用于凸極式定子，通常繞制成矩形線圈，經(jīng)紗帶包扎定型，再經(jīng)浸漆烘干處理后，嵌裝在凸形磁極的鐵心上。

PMSM通常采用分布式繞組，分布式繞組的電動機(jī)定子沒有凸形極掌，每個(gè)磁極由一個(gè)或幾個(gè)線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組，通電后形成不同極性的磁極。

由于反電勢波形的不同，BLDC和PMSM的控制算法也是不一樣的。

對于間隔120°的三相電機(jī)。通電方式共有6種：AB/（AC）/BA/BC/CA/CB。以下圖為例，6種通電方式，將圓周方向均分為6等分。這就意味著如果我們能夠每60°對相位進(jìn)行正確的變換，那么電機(jī)就能夠順利的轉(zhuǎn)起來。這就是所謂的BLDC6步控制或梯形控制。

極對數(shù)越多，換向越頻繁

在上期文章，吐血整理最通俗易懂的電機(jī)控制講解（一），我們談到PMSM電機(jī)控制是使得電機(jī)定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場始終保證90°，以獲取最大轉(zhuǎn)矩，所以我們采用了FOC（Field-（Or）ien（te）dControl）控制。

對比PMSM的FOC控制，BLDC的梯形控制中，定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場角度從未達(dá)到90°，且角度在一定范圍內(nèi)波動（60°內(nèi)）。一方面這種控制無法達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，另外一方面也會存在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動。這種控制經(jīng)