无刷直流电机性能分析+文献综述(3)
刷直流电动机所替代。现在从国外进口的设备中，已经很少看到以有刷直流电动机作
为执行电动机的系统，一些国家(美国、英国等)的相关公司已经不再大量生产伺服驱
动用的有刷直流电动机。无刷直流电动机已在各个领域获得广泛应用，其数量和品种
都以相当快的速度发展着，如在新一代的空调、洗衣机、电冰箱、吸尘器等家用电器
中也大量采用无刷直流电动机来驱动。[5][6]
大功率永磁无刷直流电机驱动系统由于运行效率高、调速性能好、可靠性高等优
点，在国外已成功应用于对系统效率、可靠性有特殊要求的推进领域中。 据资料显示：
德国Siemens 公司1986 年完成了1100kW，230r/min 的永磁同步电机的设计，并于次
年完成了实验；英国1996年展出了装有两台2100kW 永磁电机推进的护卫舰模型；美
国1994 年已成功将3000马力实验用永磁电机应用到实验巡逻艇上。[7]
1.2 无刷直流电机的特点
无刷直流电机是电机与电子相结合的机电一体化新型电机，以电子换向电路代替
机械式换向器，除了具有普通有刷直流电机运行效率高、调速性能好等特点，还具备
交流电机结构简单、运行可靠、文护方便等优点，此外，在快速性、可控性、可靠性、
体积、质量、节能、效率、耐受环境和经济性等方面均具有明显优势。具体如下：
与直流电机相比：
（1）采用永磁体励磁，无需电源励磁，不存在励磁损耗，效率高。在额定功率和额
定电压下，采用永磁无刷电机的电动机比直流电动机能耗降低 20％左右；
（2）体积小，重量轻，节省铜铁材料。比直流电动机体积减小40％左右；
（3）无换向器，结构简单，动态性能好，容易做到大容量；
（4）改善了电机的换相条件，减少了换向器和碳刷引起的故障，没有产生火花的危
险，可靠性好。
与异步电机相比：
（1）提高了效率。电机运行时转子转速与旋转磁场转速保持一致，转子铁耗只由齿
槽谐波引起的，因此转子铁耗大大降低。由于稀土电机转子是以永磁体励磁，不存在
转子铜耗，也减小了定子绕组的励磁电流，使效率得以提高；
（2）气隙磁通密度更高，可节省铜、铁材料；
（3）更容易实现调速和控制；
（4）体积更小、重量更轻。
与永磁同步电机相比：
（1）转矩高，因此能量密度更大、体积更小，有利于节约材料，降低成本；
（2） 控制简单， 系统成本低。 永磁同步电机采用矢量控制或直接转矩控制进行调速，
两种方法都需要进行坐标变换，无刷直流电机只须按直流电机的控制方式进行控制；
（3）正弦波无刷电机转动平稳，转矩脉动小，主要应用在功率较小、对转动的平稳
性要求高的场合，例如伺服驱动系统；
（4）方波无刷电机转矩脉动较大(特别是在低速时)，主要应用在大功率、对转动的
平稳性要求一般的场合。
1.3 无刷直流电机的应用
如1.2节描述，无刷直流电机具有控制简单，效率高，体积小等特点。随着永磁
材料加工技术、电机制造水平及控制技术的发展， 无刷直流电机的性能不断得到提高，
广泛的应用于航空航天、机器人、家用电器及工厂自动化等领域。 主要应用领域包括：
（1）家用电器领域
随着世界范围能源危机的加重和人们对环保问题重视程度的提高，高效、节能、
绿色、环保已经成为人们生活用品尤其是家电发展的方向和标准。在家用电器领域，