电机丨PMSM与BLDC的分割线

文章来源：EDC电驱未来发布时间：2021-07-01

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实际上BLDC直流无刷电机是一种特殊的PMSM永磁同步电机，区分也仅是集中绕组与分布绕组产生的不同。在设计过程中，选择哪种形式更为适合，取决于客户最终追求的目标和实际生产的加工方式。

说起PMSM电机与BLDC电机区别，其实在现代各种电机应用方面，两者的区别并不大，两者之间可以互相替换。

　　先说起源：PMSM电机起源于１９世纪２０年代，但是当时永磁铁采用的天然矿石，磁能积低，所制成的电机体积大，没有多久就被现代常说的电励磁电机或是异步电机取代，直到２０世纪８０年代，随着钕铁硼ＮｄＦｅＢ材料出现PMSM得到了快速的发展，推动了伺服电机领域的快速进步。

PMSM定子绕组模型

　　 BLDC无刷直流电机不得不说直流有刷电机，１８７３年，英国詹．麦克斯韦（这个人大家都应该很熟悉）完成了电磁理论基础（电和磁），电机绕组发展为鼓型绕组，这是直流电机具有了现代直流电机的基本形式，１８９１年，阿诺尔德建立了直流电枢绕组的理论，当然当时的直流电机都是利用电刷换向。直到本世纪中叶晶体管的诞生，使用晶体管（IGBT）电路代替有刷电机的电刷换向器，采用电子换向形式，克服了有刷电机的寿命、安全、维护保养、过载能力等问题，当时的技术能力有限，霍尔传感器是当时的标配，随着科技进步，不需要霍尔传感器也可以实现电机的转子位置反馈，但在控制精度较高的情况下，步进伺服电机等方面，仍采用霍尔传感器进行转速控制。

BLDC定子绕组模型

　　插曲： 异步电机出现时间晚于永磁电机，１８８８年特斯拉发现了电磁感应原理，制成了交流电机，但由于励磁限制，通常称此种电机为异步电机，这种电机结构简单，使用交流电，无火花等优势，广泛应用于工业和家庭中，现代用的非直流变频空调就是这种了（当然直流变频空调是BLDC了）。１９０２年丹尼尔森提出了同步电机的构想，将转子部分单独直流供电，实现了同步的感应电机，目前这种用途已经淡出了市场，多用于以前的钟表、电唱机、磁带录音机。部分因素是，永磁电机PMSM或是BLDC都是同步电机取代同步的感应电机是历史的趋势。但现代新能源汽车的驱动电机特斯拉是与众不同的，部分车型采用的是感应电机，其中的因素很多了，这里就不再说明了。

　　回到重点上，PMSM与BLDC区别，我们常称前者为永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor），后者为直流无刷电机（Brushless Direct Current Motor），传统区分以两种的反电动势进行区分，前者接近于正弦波，后者接近于梯形波。波形区分相对比较明显，但是波形受到转子磁场的影响，波形并不会很完美。

左：PMSM反电动势EFM波形右：BLDC反电动势EFM波形

　　定子部分对比比较明显，PMSM常用短距分布绕组，偶尔也会用分数绕组，以进一步减小纹波和齿槽转矩；BLDC采用集中绕组。转子部分，以前多用PMSM采用弧形磁钢（以粘结形式居多），BLDC多采用瓦片形状（以烧结形式居多），两者使用上区别并不是很大，以至于现在都可以互换使用，但烧结磁钢的形式磁能积普遍高于粘结形式，所以多采用烧结形式。

　　 控制策略方面，现代普遍采用矢量控制FOC算法，这些本人不是这方面的人士，不再详细说明了。

　　功率密度、转动惯量：普遍认为的两者相同体积、材料均相同，铜损、铁损相同情况下，比较两者输出功率，由于控制方面使用正弦波与梯形波的原因，BLDC功率密度要高１５％；因为BLDC可多提供１５％的输出功率，所以其可多提供１５％的电磁转矩，如果两者转自的转动惯量相同，那么BLDC的转矩惯量要大１５％。但由于正弦波控制的稳定性，如果控制策略均使用正弦波控制，两者区别并不明显。

　　 性能方面：与之前条件相同，普遍BLDC性能高，但齿槽转矩、谐波分量等方面PMSM更具有优势。

　　 制造工艺：转子制造两者相同，但定子组件从上图很容易看出PMSM更为复杂，主要包含　铁芯冲压——绕线——嵌线——整形——绑线　几道工序，过程中易出现漆伤、槽楔槽绝缘损坏等问题。BLDC主要省去了嵌线、整形的工序，因其绕线过程直接绕在铁芯上。

BLDC绕线机