1 引言
无刷直流电动机是一种先进的电子驱动电机，既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护 方便的一系列优点，又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的诸多特点 。尽管无刷直流电动机以其良好的性能而得到广泛应用，但是在科研实践并查阅大量有关文献资料的基础上，发现在无刷直流电动机的研究领域里还有不少问题很值得深入研究。经过认真的分析，总结出有待进一步研究的5个主要问题，以供无刷直流电动机的研究和设计人员参考。
2 基本工作原理［1～3］
与传统直流永磁电动机的结构相反，无刷直流电动机把电枢绕组放在定子上，把永磁钢放在 转子上，借助反映转子位置的位置信号，通过驱动电路，驱动逆变电路的功率开关元件，使 电枢绕组依一定顺序馈电，从而在气隙中产生步进式旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动，转子位置信号依一定规律变化，从而改变电枢绕组的通电状态，实现机电能量转换。
3 有待深入研究的主要问题
3.1 脉动
无刷直流电动机中，应该进一步改进的首先是转矩脉动。引起转矩脉动的主要因素有：齿槽 效应引起气隙合成磁场发生畸变，影响电磁转矩；绕组电感的影响使得输入定子绕组的相电 流不可能是理想的矩形波，使反电动势与理想波形的偏差加大；相电流换向使得电枢磁场呈 现步进性，导致气隙合成磁场波动，影响电磁转矩的平稳；电枢反应影响气隙合成磁场，对 于功率较大的无刷直流电动机，电枢反应的影响更明显。从上述引起转矩脉动的主要因素可 以看出，转矩脉动的根本原因在于气隙合成磁场和定子绕组相电流的波动。因此要减小转矩 脉动，就应该采取措施保证气隙合成磁场和相电流的稳定。无刷直流伺服电动机中存在的转 矩脉动使得实现更精确的位置控制和更高性能的速度控制难度很大，尤其是在直接驱动应用 的场合，转矩脉动更为突出。
3.2 最佳换向
最佳换向［4～5］是为了使无刷直流电动机的输出转矩最大，脉动最小，实现效率最 高的机电能量转换。最佳换向包括最佳换向逻辑和最佳换向位置两方面的含义，前者解决如 何换向，后者解决什么时候换向。在最佳换向逻辑的研究中，大多是采用一套固定的有关转 子位置信号和功率开关管的真值表，而缺乏系统的概括性更强的理论研究。李优新等关于永 磁方波无刷直流机最佳逻辑解析结构的研究在这方面已经迈出了重要的一步。尽管在理想状 态下的最佳换向位置已经研究得较透彻，但是在电机实际工作过程中最佳换向位置的研究还 不够，实际运行的电机不同于理想电机，在理想电机中所忽略掉的次要因素实际上都会不同 程度地影响最佳换向位置。因此，这就要求研究和设计人员在无刷直流电机实际工作过程中 的最佳换向投入更多的精力。
3.3 无位置传感器的转子位置检测
较为成熟的无位置传感器位置信号检测方法主要有4类［6］：反电动势法、续流二极管法、电感法和状态观测法。其中“反电动势法”是最常见和应用最为广泛的一种。但这种 方法的基本原理是建立在忽略电枢反应影响的前提下的，这在原理上就存在一定误差。尤其 是对于大功率无刷直流电动机，电枢反应对气隙合成磁场的影响更明显，使得反电动势 过零点与总的感生电动势过零点不重合，误差更大，导致检测出的转子位置误差增大。当电 机静止或转速较低时，反电动势为零或很小，很难通过反电动势过零点检测来得到正确的位 置信号，使电机起动困难，且严重影响了电机的调速范围。因此，研究如何在大功率无刷直 流电动机中补偿反电动势法造成的转子位置信号误差，研究如何克服反电动势法中电机起动 困难，以及扩大电机调整范围就成为十分重要的课题。而这些问题归根结底是要研究在无位 置传感器无刷直流电动机中如何更精确地检测转子位置信号。近年，随着单片机技术的发展 ，特别是数字信号处理器的应用和推广，使得位置检测可以通过IC芯片配合适当算法的软件 而实现。采用DSP以实现无位置传感器的位置已成为研究热点和趋势。
3.4 控制算法
采用数字信号处理器的数字控制电路［7～8］将是无刷直流电动机中控制系统设计的 发展方向。以DSP芯片为核心的控制系统并不是一个纯硬件的控制电路，它还必须配合软件系统才能控制无刷直流电动机正常工作。这也为控制系统的设计带来更大的灵活性。软件设计就必然涉及到控制算法的研究和应用。无刷直流电动机中速度、电流控制必须由硬件系统配合具有正确控制算法的软件系统才能得到良好的闭环控制效果。而不同的控制算法将会直接影响控制效果的好坏。因此，研究先进的控制算法就成为设计无刷直流电动机控制系统的一个重要方面。而过去难以在运算较慢的微处理器上实现的复杂的控制算法，现在则可以借助DSP实时高速的运算处理能力得以实现。所以，研究已经较成熟的复杂控制算法在DSP上的应用也是一个重要的方面。
3.5 抗干扰
电磁兼容在应用电子线路中已日益受到人们的重视。无刷直流电动机是一种电子电机，同样 有抗干扰和防止对外界干扰的要求。无刷直流电动机控制器是强、弱电共存的电路，对于采 用PWM高频调制脉冲的控制器，高的调制频率很容易对控制器其他线路产生干扰，必须认真 处理其间的电磁干扰和电磁兼容问题。另外还存在地线的干扰。尽管抗干扰对于无刷直流电 动机的设计是相当重要的，但却易被研究和设计人员所忽视，所以对无刷直流电动机的抗干 扰进行研究很有必要。
4 结语
除了上述的5个主要问题外，在无刷直流电动机研究中诸如起动、调整、绕组换相对电流变 化产生的电抗电势干扰等也值得作进一步研究。这些问题都是相互联系和相互影响的，其中 任何一个问题的妥善解决，对改善和提高无刷直流电机的性能，都是积极和有益的。
