2024年4月15日发(作者：革欣笑)
无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较
1.在电动机结构与设计方面
这两种电动机的基本结构相同，有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。但永磁
同步电动机要求有一个正弦的反电动势波形，所以在设计上有不同的考虑。它的转子设计
努力获得正弦的气隙磁通密度分布波形。而无刷直流电机需要有梯形反电动势波，所以转
子通常按等气隙磁通密度设计。绕组设计方面进行同样目的的配合。此外，BLDC控制希
望有一个低电感的绕组，减低负载时引起的转速下降，所以通常采用磁片表贴式转子结构。
内置式永磁（IPM）转子电动机不太适合无刷直流电动机控制，因为它的电感偏高。IPM
结构常常用于永磁同步电动机，和表面安装转子结构相比，可使电动机增加约15%的转
矩。
2.转矩波动
两种电动机性能最引人关注的是在转矩平稳性上的差异。运行时的转矩波动由许多不
同因素造成，首先是齿槽转矩的存在。已研究出多种卓有成效的齿槽转矩最小化设计措施。
例如定子斜槽或转子磁极斜极可使齿槽转矩降低到额定转矩的1%～2%以下。原则上，
永磁同步电动机和无刷直流电动机的齿槽转矩没有太大区别。
其他原因的转矩波动本质上是独立于齿槽转矩的，没有齿槽转矩时也可能存在。如前
所述，由于永磁同步电动机和无刷直流电动机相电流波形的不同，为了产生恒定转矩，永
磁同步电动机需要正弦波电流，而无刷直流电动机需要矩形波电流。但是，永磁同步电动
机需要的正弦波电流是可能实现的，而无刷直流电动机需要的矩形波电流是难以做到的。
因为无刷直流电动机绕组存在一定的电感，它妨碍了电流的快速变化。无刷直流电动机的
实际电流上升需要经历一段时间，电流从其最大值回到零也需要一定的时间。因此，在绕
组换相过程中，输入到无刷直流电动机的相电流是接近梯形的而不是矩形的。每相反电动
势梯形波平顶部分的宽度很难达到120°。正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩
波动。在永磁同步电动机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩纹波主要是电流
纹波造成的。
在高速运行时，这些转矩纹波影响将由转子的惯性过滤去掉，但在低速运行时，它们
严重影响系统的性能，特别是在位置伺服系统的准确性和重复性方面的性能会恶化。
应当指出，除了电流波形偏离期望的矩形外，实际电流在参考值附近存在高频振荡，
它取决于滞环电流控制器滞带的大小或三角波比较控制器的开关频率。这种高频电流振荡
的影响是产生高频转矩振荡，其幅度将低于由电流换相所产生的转矩波动。这种高频转矩
振荡也存在于永磁同步电动机中。实际上，这些转矩振荡较小和频率足够高，它们很容易
由转子的惯性而衰减。不过，由相电流换相产生的转矩波动远远大于电流控制器产生的这
种高频转矩振荡。
3.功率密度和转矩转动惯量比
在一些像机器人技术和航空航天器高性能应用中，希望规定输出功率的电动机有尽可
能小的体积和重量，即希望有较高的功率密度。功率密度受限于电动机的散热性能，而这
又取决于定子表面积。在永磁电动机中，最主要的损耗是定子的铜损耗、铁心的涡流和磁
滞损耗，转子损耗假设可忽略不计。因此，对于给定机壳大小，有低损耗的电动机将有高
的功率密度。
假设永磁同步电机和无刷直流电动机的定子铁心涡流和磁滞损耗是相同的。这样，它
2024年4月15日发(作者：革欣笑)
无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较
1.在电动机结构与设计方面
这两种电动机的基本结构相同，有永磁转子和与交流电动机类似的定子结构。但永磁
同步电动机要求有一个正弦的反电动势波形，所以在设计上有不同的考虑。它的转子设计
努力获得正弦的气隙磁通密度分布波形。而无刷直流电机需要有梯形反电动势波，所以转
子通常按等气隙磁通密度设计。绕组设计方面进行同样目的的配合。此外，BLDC控制希
望有一个低电感的绕组，减低负载时引起的转速下降，所以通常采用磁片表贴式转子结构。
内置式永磁（IPM）转子电动机不太适合无刷直流电动机控制，因为它的电感偏高。IPM
结构常常用于永磁同步电动机，和表面安装转子结构相比，可使电动机增加约15%的转
矩。
2.转矩波动
两种电动机性能最引人关注的是在转矩平稳性上的差异。运行时的转矩波动由许多不
同因素造成，首先是齿槽转矩的存在。已研究出多种卓有成效的齿槽转矩最小化设计措施。
例如定子斜槽或转子磁极斜极可使齿槽转矩降低到额定转矩的1%～2%以下。原则上，
永磁同步电动机和无刷直流电动机的齿槽转矩没有太大区别。
其他原因的转矩波动本质上是独立于齿槽转矩的，没有齿槽转矩时也可能存在。如前
所述，由于永磁同步电动机和无刷直流电动机相电流波形的不同，为了产生恒定转矩，永
磁同步电动机需要正弦波电流，而无刷直流电动机需要矩形波电流。但是，永磁同步电动
机需要的正弦波电流是可能实现的，而无刷直流电动机需要的矩形波电流是难以做到的。
因为无刷直流电动机绕组存在一定的电感，它妨碍了电流的快速变化。无刷直流电动机的
实际电流上升需要经历一段时间，电流从其最大值回到零也需要一定的时间。因此，在绕
组换相过程中，输入到无刷直流电动机的相电流是接近梯形的而不是矩形的。每相反电动
势梯形波平顶部分的宽度很难达到120°。正是这种偏离导致无刷直流电机存在换相转矩
波动。在永磁同步电动机中驱动器换相转矩波动几乎是没有的，它的转矩纹波主要是电流
纹波造成的。
在高速运行时，这些转矩纹波影响将由转子的惯性过滤去掉，但在低速运行时，它们
严重影响系统的性能，特别是在位置伺服系统的准确性和重复性方面的性能会恶化。
应当指出，除了电流波形偏离期望的矩形外，实际电流在参考值附近存在高频振荡，
它取决于滞环电流控制器滞带的大小或三角波比较控制器的开关频率。这种高频电流振荡
的影响是产生高频转矩振荡，其幅度将低于由电流换相所产生的转矩波动。这种高频转矩
振荡也存在于永磁同步电动机中。实际上，这些转矩振荡较小和频率足够高，它们很容易
由转子的惯性而衰减。不过，由相电流换相产生的转矩波动远远大于电流控制器产生的这
种高频转矩振荡。
3.功率密度和转矩转动惯量比
在一些像机器人技术和航空航天器高性能应用中，希望规定输出功率的电动机有尽可
能小的体积和重量，即希望有较高的功率密度。功率密度受限于电动机的散热性能，而这
又取决于定子表面积。在永磁电动机中，最主要的损耗是定子的铜损耗、铁心的涡流和磁
滞损耗，转子损耗假设可忽略不计。因此，对于给定机壳大小，有低损耗的电动机将有高
的功率密度。
假设永磁同步电机和无刷直流电动机的定子铁心涡流和磁滞损耗是相同的。这样，它