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第1章 绪论1

1.1 无刷直流电动机是最具发展前途的机电一体化电机1

1.2 无刷直流电动机的技术优势3

1.3 21世纪是永磁无刷直流电动机广泛推广应用的世纪5

1.4 推动无刷直流电动机技术和市场蓬勃发展的主要因素9

1.5 无刷直流电动机技术发展动向10

1.6 小结13

参考文献13

第2章 方波驱动与正弦波驱动的原理和比较15

2.1 无刷直流电动机（BLDC）与永磁同步电动机（PMSM）15

2.2 方波驱动和正弦波驱动的转矩产生原理15

2.3 无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较17

2.4 小结21

参考文献22

第3章 无刷直流电动机的绕组连接与导通方式及其选择23

3.1 常见绕组连接与导通方式24

3.1.1 两相绕组电机连接与导通方式24

3.1.2 四相绕组电机连接与导通方式25

3.1.3 三相绕组电机连接与导通方式27

3.1.4 五相星形绕组电机连接与导通方式28

3.1.5 小结30

3.2 两相、三相和四相不同绕组连接和导通方式的分析比较30

3.3 绕组利用率和最佳导通角的分析31

3.3.1 桥式电路封闭绕组与星形绕组32

3.3.2 非桥式m相无刷直流电动机最佳导通角的分析32

3.3.3 小结35

3.4 桥式换相的三相绕组Δ接法和？接法的分析与选用35

3.4.1 三相无刷直流电动机？和Δ两种绕组接法及其转换关系36

3.4.2 同一台电机采用三角形与星形接法的比较37

3.4.3 3次谐波环流和采用三角形接法条件38

3.4.4 应用实例39

3.4.5 小结41

3.5 在相同铜损耗条件下几种不同相数、不同导通角电机转矩的比较41

参考文献42

第4章 无刷直流电动机数学模型、特性和参数43

4.1 无刷直流电动机简化模型和基本特性43

4.1.1 基本假设和简化模型基本等效电路43

4.1.2 无刷直流电动机机械特性的统一表达式44

4.1.3 理想空载点平均电流不等于零46

4.1.4 无刷直流电机主要参数KE、KT、Req和D48

4.1.5 重要参数——黏性阻尼系数D48

4.1.6 正弦波反电动势两相、三相和四相绕组的系数KE、KT、KD计算50

4.1.7 一个三相无刷直流电动机特性和系数计算例子53

4.2 绕组电感对无刷直流电动机特性的影响55

4.3 非桥式120°导通三相无刷直流电动机的非线性工作特性分析55

4.4 计及绕组电感的三相无刷直流电动机数学模型和基本特性58

4.4.1 换相过程分析和瞬态三相电流解析表达式58

4.4.2 平均电流和平均电磁转矩表达式62

4.4.3 平均电流和平均电磁转矩的简洁表达式和函数关系图64

4.4.4 近似计算公式65

4.4.5 转矩系数K T与反电动势系数K E66

4.4.6 计及绕组电感的无刷直流电动机机械特性68

4.4.7 图解法计算电机特性和实例验证68

4.4.8 绕组电阻和电感值变化对电机特性的影响71

4.4.9 小结72

4.5 无刷直流电动机单回路等效电路与视在电阻Rs72

4.6 功率和效率、铜损耗和电流有效值计算73

4.7 绕组电阻和电感的计算75

4.7.1 电阻的计算75

4.7.2 电感的计算75

4.7.3 一个电感计算的例子77

参考文献78

第5章 无刷直流电动机分数槽绕组和多相绕组79

5.1 无刷直流电动机定子与绕组结构79

5.2 无刷直流电动机的分数槽绕组80

5.2.1 分数槽绕组的优点80

5.2.2 分数槽绕组槽极数Z0/p0组合约束条件82

5.2.3 三相绕组节距y＝1的分数槽集中绕组Z0/p0组合条件83

5.2.4 三相分数槽绕组的绕组系数计算88

5.2.5 成对出现的槽极数组合91

5.2.6 小结93

5.3 分数槽集中绕组槽极数组合的选择与应用94

5.3.1 单层绕组和双层绕组95

5.3.2 定子磁动势谐波与转子涡流损耗98

5.3.3 齿槽组合的LCM值与齿槽转矩的关系99

5.3.4 Z为奇数的齿槽组合与UMP问题102

5.3.5 负载下的纹波转矩104

5.3.6 成对槽极数组合、槽极数比的选择105

5.3.7 大小齿结构的集中绕组电机107

5.3.8 小结108

5.4 分数槽绕组电动势相量图和绕组展开图110

5.4.1 相量图和绕组电动势相量星形图110

5.4.2 分数槽集中绕组电动势相量星形图111

5.4.3 三相分数槽集中绕组电机绕组展开图画法步骤111

5.5 多相绕组112

5.5.1 多相分数槽绕组的对称条件113

5.5.2 五相分数槽集中绕组槽极数组合Z0/（2p0）的分析114

5.5.3 Z为奇数的槽极数组合与UMP问题117

5.5.4 五相分数槽集中绕组电机的绕组系数计算117

5.5.5 一个五相绕组连接和霍尔传感器位置的例子119

5.5.6 小结120

5.6 一种六相无刷直流电机绕组结构分析121

5.6.1 六相无刷直流电机系统主要优点121

5.6.2 两种六相无刷直流电动机绕组结构方案122

5.6.3 两种绕组结构方案比较123

5.7 多相绕组连接拓扑结构的探讨123

5.7.1 多相绕组连接拓扑结构的分析124

5.7.2 九相电机绕组不同接法的机械特性分析128

5.7.3 多相无刷直流电机封闭形绕组无环流条件的分析132

5.8 定子铁心制造方法142

参考文献143

第6章 磁路与反电动势145

6.1 转子磁路结构145

6.1.1 转子磁路基本结构形式145

6.1.2 Halbach阵列结构147

6.1.3 转子结构选择实例149

6.2 常用永磁材料及其在永磁无刷直流电动机中的应用150

6.2.1 常用永磁材料150

6.2.2 注塑、黏结、烧结永磁材料和磁环多极充磁153

6.3 气隙磁通密度的分析计算153

6.3.1 永磁无刷直流电动机磁路模型和等效磁路154

6.3.2 表贴式结构气隙磁通密度计算155

6.3.3 考虑气隙半径曲率的表贴式结构气隙磁通密度计算157

6.3.4 埋入式结构气隙磁通密度计算158

6.3.5 内置V形径向式气隙磁通密度计算159

6.3.6 内置切向式气隙磁通密度计算160

6.4 反电动势波形和反电动势计算161

6.4.1 绕组形式对反电动势波形的影响161

6.4.2 反电动势的计算164

6.5 一个计算例子165

参考文献166

第7章 转子位置传感器及其位置的确定167

7.1 转子位置传感器的分类和特点167

7.2 霍尔集成电路的选择与使用注意事项169

7.3 位置传感器最少个数170

7.4 位置传感器的安装方式170

7.5 无刷电机霍尔传感器位置确定的原理171

7.5.1 锁存型霍尔集成电路输出特性与极性的约定171

7.5.2 霍尔传感器位置与三相磁动势轴线对应关系172

7.6 分数槽集中绕组无刷电机霍尔传感器位置的分布规律和确定方法174

7.6.1 分数槽集中绕组单元电机槽数Z0为偶数的分析174

7.6.2 分数槽集中绕组单元电机槽数Z0为奇数的分析176

7.6.3 霍尔传感器安放在齿顶中央177

7.6.4 一种电动自行车用51/23分数槽集中绕组的例子179

7.6.5 小结180

7.7 三相无刷直流电机分离型霍尔传感器位置的整定方法180

7.7.1 多极电机霍尔传感器排列顺序180

7.7.2 霍尔传感器位置整定的几种方法182

7.8 适用于各类无刷直流电机确定霍尔传感器位置的通用方法184

7.8.1 确定霍尔传感器安放位置的通用方法184

7.8.2 单相无刷直流电机的例子186

7.8.3 两相（四相）无刷直流电机绕组星形连接的例子186

7.8.4 三相无刷直流电机绕组星形连接的几个例子187

7.8.5 三相无刷直流电机绕组三角形连接的例子190

7.8.6 五相无刷直流电机绕组星形连接的例子192

7.8.7 九相无刷直流电机绕组封闭形连接的例子192

7.8.8 11相无刷直流电机绕组封闭形连接的例子192

7.8.9 小结193

参考文献193

第8章 永磁无刷直流电动机的电枢反应194

8.1 电枢反应磁动势分解为直轴和交轴分量的分析方法194

8.2 基于直轴和交轴分量分析的传统观点195

8.3 内置式转子结构电枢反应磁动势的影响196

8.4 基于电枢反应磁动势分布图的电枢反应磁场与永磁磁场叠加的分析方法196

8.5 电枢反应磁动势对最佳换相位置的影响和超前换相方法198

8.6 电机设计时需考虑电枢反应的最大去磁作用200

8.7 分数槽集中绕组电机的电枢反应201

8.8 分数槽集中绕组电机转子永磁体内产生涡流损耗202

8.9 小结205

参考文献205

第9章 无刷直流电动机的转矩波动207

9.1 产生转矩波动的原因207

9.2 换相转矩波动分析211

9.2.1 只考虑电感、忽略绕组电阻的换相转矩波动分析211

9.2.2 考虑绕组电阻和电感换相过程的换相转矩波动分析213

9.2.3 换相时间t1的计算与t1/T＝1条件的分析215

9.2.4 一个电机的计算例子216

9.2.5 小结217

9.3 抑制换相转矩波动的控制方法218

9.4 PWM控制方式对换相转矩波动的影响219

参考文献221

第10章 永磁无刷直流电动机的齿槽转矩及其削弱方法223

10.1 永磁无刷直流电动机的齿槽转矩223

10.2 齿槽转矩的解析表达式224

10.3 采用分数槽绕组226

10.4 转子磁极极弧系数的选择230

10.5 不等厚永磁体和不均匀气隙方法234

10.6 定子斜槽、转子斜极或转子磁极分段错位方法234

10.7 磁极偏移方法236

10.8 定子铁心齿冠开辅助凹槽方法237

10.9 槽口宽度的优化240

10.10 降低齿槽转矩实例242

10.11 小结243

参考文献244

第11章 电机设计要素的选择与主要尺寸的确定246

11.1 设计技术要求与典型设计过程246

11.2 无刷电机CAD软件简介247

11.3 若干设计要素的选择248

11.4 定子裂比的选择253

11.5 由电磁负荷确定电机主要尺寸的方法255

11.5.1 电磁负荷与主要尺寸关系式、电机利用系数255

11.5.2 定子绕组电流密度j与热负荷Aj257

11.5.3 一些设计参考数据258

11.5.4 单位转子体积转矩（TRV）258

11.5.5 主要尺寸基本关系式在考虑电感影响时的修正和一个电机例子的验证258

11.5.6 由电磁负荷确定电机主要尺寸方法的不确定性260

11.6 由黏性阻尼系数D确定电机主要尺寸的方法260

11.7 一个电机主要尺寸计算例子261

11.8 一个无刷直流伺服电机电磁设计实例264

11.9 一个基于Ansoft的无刷直流电机设计实例272

参考文献281

第12章 无刷直流电动机基本控制技术282

12.1 无刷直流电动机控制概述282

12.1.1 无刷直流电动机电子控制器基本组成282

12.1.2 无刷直流电动机控制的发展283

12.1.3 开环和闭环控制系统284

12.2 起停控制和软起动285

12.3 正反转方法和转向控制286

12.4 制动控制288

12.5 转速反馈信号的简易检出方法290

12.6 无刷直流测速发电机290

12.7 几种电压调节方法与PWM脉宽调制292

12.8 保护电路和电流的采样294

12.9 电流波形与提前关断技术296

12.10 无刷直流电动机逆变器拓扑结构297

12.11 六开关三相逆变器拓扑结构和栅极驱动301

12.12 四开关三相逆变器的工作原理与控制302

12.13 以绕组切换方式扩展转速范围303

12.14 几种无刷直流电机实用控制电路例307

12.14.1 基于UCC3626的速度控制电路307

12.14.2 高压450V三相无刷直流电动机驱动电路307

12.14.3 微控制器MCU与L6235组合的驱动控制电路313

参考文献314

第13章 无刷直流电动机无位置传感器控制316

13.1 反电动势检测法316

13.1.1 反电动势过零法317

13.1.2 反电动势积分及参考电压比较法319

13.1.3 反电动势积分及锁相环法319

13.1.4 续流二极管法320

13.2 3次谐波反电动势检测法320

13.3 定子电感法323

13.4 G（θ）函数法323

13.5 扩展卡尔曼滤波法324

13.6 状态观测器法325

13.7 利用微控制器和数字信号处理器的无传感器控制325

13.7.1 利用ST7MC微控制器的反电动势过零法无传感器控制的例子326

13.7.2 利用M C56F8013微控制器的反电动势过零法无传感器控制的例子327

参考文献328

第14章 无刷直流电动机低成本正弦波驱动控制330

14.1 低成本正弦波驱动控制的需求330

14.2 利用线性霍尔元件作转子位置传感器的正弦波驱动331

14.3 利用开关型霍尔集成电路作转子位置传感器的正弦波驱动331

14.3.1 基于低分辨率转子位置信息的高分辨率转子位置识别新思路331

14.3.2 Atme1公司的ATtiny261/461/861系列正弦波微控制器333

14.3.3 东芝公司正弦波控制器和驱动器专用芯片335

14.4 无传感器技术在正弦波驱动中的应用338

参考文献340

第15章 单相无刷直流电动机与控制341

15.1 单相无刷直流电动机的工作原理与结构341

15.2 四种不对称气隙结构的转矩分析比较343

15.3 单相无刷直流电动机的超前换相与滞后换相分析345

15.4 单相无刷直流风机特性和基本换相电路346

15.5 无刷直流风机在计算机等电子设备中使用的若干问题349

15.6 用于光盘驱动器主轴中的单相无刷直流电动机351

参考文献353

附录354

附录A 作者已发表的相关文献354

附录B 几种霍尔集成电路数据表357

附录C 分数槽集中绕组系数表359

附录D 平均电流比KA平均电磁转矩比Kτ和KT/KE比的函数表361

附录E GB/T21418—2008永磁无刷电动机系统通用技术条件362