第2版前言

第1版前言

第1章绪论

1.1无刷直流电动机是最具发展前途的机电一体化电机

1.2无刷直流电动机的技术优势

1.3 21世纪是永磁无刷直流电动机广泛推广应用的世纪

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

1.5无刷直流电动机技术发展动向

1.6小结

参考文献

第2章方波驱动与正弦波驱动的原理和比较

2.1无刷直流电动机（BLDC）与永磁同步电动机（PMSM）

2.2方波驱动和正弦波驱动的转矩产生原理

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

2.4小结

参考文献

第3章无刷直流电动机的绕组连接与导通方式及其选择

3.1常见绕组连接与导通方式

3.1.1两相绕组电机连接与导通方式

3.1.2四相绕组电机连接与导通方式

3.1.3三相绕组电机连接与导通方式

3.1.4五相星形绕组电机连接与导通方式

3.1.5小结

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

3.3绕组利用率和最佳导通角的分析

3.3.1桥式电路封闭绕组与星形绕组

3.3.2非桥式m相无刷直流电动机最佳导通角的分析

3.3.3小结

3.4桥式换相的三相绕组接法和接法的分析与选用

3.4.1三相无刷直流电动机和两种绕组接法及其转换关系

3.4.2同一台电机采用三角形与星形接法的比较

3.4.3 3次谐波环流和采用三角形接法条件

3.4.4应用实例

3.4.5小结

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

参考文献

第4章无刷直流电动机数学模型、特性和参数

4.1无刷直流电动机简化模型和基本特性

4.1.1基本假设和简化模型基本等效电路

4.1.2无刷直流电动机机械特性的统一表达式

4.1.3理想空载点平均电流不等于零

4.1.4无刷直流电机主要参数KE、KT、Req和D

4.1.5重要参数——黏性阻尼系数D

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

4.1.7一个三相无刷直流电动机特性和系数计算例子

4.2绕组电感对无刷直流电动机特性的影响

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

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

4.4.1换相过程分析和瞬态三相电流解析表达式

4.4.2平均电流和平均电磁转矩表达式

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

4.4.4近似计算公式

4.4.5转矩系数KT与反电动势系数KE

4.4.6计及绕组电感的无刷直流电动机机械特性

4.4.7图解法计算电机特性和实例验证

4.4.8绕组电阻和电感值变化对电机特性的影响

4.4.9小结

4.5无刷直流电动机单回路等效电路与视在电阻Rs

4.6功率和效率、铜损耗和电流有效值计算

4.7绕组电阻和电感的计算

4.7.1电阻的计算

4.7.2电感的计算

4.7.3一个电感计算的例子

参考文献

第5章无刷直流电动机分数槽绕组和多相绕组

5.1无刷直流电动机定子与绕组结构

5.2无刷直流电动机的分数槽绕组

5.2.1分数槽绕组的优点

5.2.2分数槽绕组槽极数Z0/p0组合约束条件

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

5.2.4三相分数槽绕组的绕组系数计算

5.2.5成对出现的槽极数组合

5.2.6小结

5.3分数槽集中绕组槽极数组合的选择与应用

5.3.1单层绕组和双层绕组

5.3.2定子磁动势谐波与转子涡流损耗

5.3.3齿槽组合的LCM值与齿槽转矩的关系

5.34Z为奇数的齿槽组合与UMP问题

5.3.5负载下的纹波转矩

5.3.6成对槽极数组合、槽极数比的选择

5.3.7大小齿结构的集中绕组电机

5.3.8小结

5.4分数槽绕组电动势相量图和绕组展开图

5.4.1相量图和绕组电动势相量星形图

5.4.2分数槽集中绕组电动势相量星形图

5.4.3三相分数槽集中绕组电机绕组展开图画法步骤

5.5多相绕组

5.5.1多相分数槽绕组的对称条件

5.5.2五相分数槽集中绕组槽极数组合Z0/(2p0)的分析

5.5.3Z为奇数的槽极数组合与UMP问题

5.5.4五相分数槽集中绕组电机的绕组系数计算

5.5.5一个五相绕组连接和霍尔传感器位置的例子

5.5.6小结

5.6一种六相无刷直流电机绕组结构分析

5.6.1六相无刷直流电机系统主要优点

5.6.2两种六相无刷直流电动机绕组结构方案

5.6.3两种绕组结构方案比较

5.7多相绕组连接拓扑结构的探讨

5.7.1多相绕组连接拓扑结构的分析

5.7.2九相电机绕组不同接法的机械特性分析

5.7.3多相无刷直流电机封闭形绕组无环流条件的分析

5.8定子铁心制造方法

参考文献

第6章磁路与反电动势

6.1转子磁路结构

6.1.1转子磁路基本结构形式

6.1.2Halbach阵列结构

6.1.3转子结构选择实例

6.2常用永磁材料及其在永磁无刷直流电动机中的应用

6.2.1常用永磁材料

6.2.2注塑、黏结、烧结永磁材料和磁环多极充磁

6.3气隙磁通密度的分析计算

6.3.1永磁无刷直流电动机磁路模型和等效磁路

6.3.2表贴式结构气隙磁通密度计算

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

6.3.4埋入式结构气隙磁通密度计算

6.3.5内置V形径向式气隙磁通密度计算

6.3.6内置切向式气隙磁通密度计算

6.4反电动势波形和反电动势计算

6.4.1绕组形式对反电动势波形的影响

6.4.2反电动势的计算

6.5一个计算例子

参考文献

第7章转子位置传感器及其位置的确定

7.1转子位置传感器的分类和特点

7.2霍尔集成电路的选择与使用注意事项

7.3位置传感器最少个数

7.4位置传感器的安装方式

7.5无刷电机霍尔传感器位置确定的原理

7.5.1锁存型霍尔集成电路输出特性与极性的约定

7.5.2霍尔传感器位置与三相磁动势轴线对应关系

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

7.6.1分数槽集中绕组单元电机槽数Z0为偶数的分析

7.6.2分数槽集中绕组单元电机槽数Z0为奇数的分析

7.6.3霍尔传感器安放在齿顶中央

7.6.4一种电动自行车用51/23分数槽集中绕组的例子

7.6.5小结

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

7.7.1多极电机霍尔传感器排列顺序

7.7.2霍尔传感器位置整定的几种方法

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

7.8.1确定霍尔传感器安放位置的通用方法

7.8.2单相无刷直流电机的例子

7.8.3两相（四相）无刷直流电机绕组星形连接的例子

7.8.4三相无刷直流电机绕组星形连接的几个例子

7.8.5三相无刷直流电机绕组三角形连接的例子

7.8.6五相无刷直流电机绕组星形连接的例子

7.8. 7九相无刷直流电机绕组封闭形连接的例子

7.8.8 11相无刷直流电机绕组封闭形连接的例子

7.8.9小结

参考文献

第8章永磁无刷直流电动机的电枢反应

8.1电枢反应磁动势分解为直轴和交轴分量的分析方法

8.2基于直轴和交轴分量分析的传统观点

8.3内置式转子结构电枢反应磁动势的影响

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

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

8.6电机设计时需考虑电枢反应的最大去磁作用

8.7分数槽集中绕组电机的电枢反应

8.8分数槽集中绕组电机转子永磁体内产生涡流损耗

8.9小结

参考文献

第9章无刷直流电动机的转矩波动

9.1产生转矩波动的原因

9.2换相转矩波动分析

9.2.1只考虑电感、忽略绕组电阻的换相转矩波动分析

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

9.2.3换相时间t1的计算与t1/T=1条件的分析

9.2.4一个电机的计算例子

9.2.5小结

9.3抑制换相转矩波动的控制方法

9.4PWM控制方式对换相转矩波动的影响

参考文献

第10章永磁无刷直流电动机的齿槽转矩及其削弱方法

10.1永磁无刷直流电动机的齿槽转矩

10.2齿槽转矩的解析表达式

10.3采用分数槽绕组

10.4转子磁极极弧系数的选择

10.5不等厚永磁体和不均匀气隙方法

10.6定子斜槽、转子斜极或转子磁极分段错位方法

10.7磁极偏移方法

10.8定子铁心齿冠开辅助凹槽方法

10.9槽口宽度的优化

10.10降低齿槽转矩实例

10.11小结

参考文献

第11章电机设计要素的选择与主要尺寸的确定

11.1设计技术要求与典型设计过程

11.2无刷电机CAD软件简介

11.3若干设计要素的选择

11.4定子裂比的选择

11.5由电磁负荷确定电机主要尺寸的方法

11.5.1电磁负荷与主要尺寸关系式、电机利用系数

11.5.2定子绕组电流密度j与热负荷Aj

11.5.3一些设计参考数据

11.5.4单位转子体积转矩（TRV）

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

11.5.6由电磁负荷确定电机主要尺寸方法的不确定性

11.6由黏性阻尼系数D确定电机主要尺寸的方法

11.7一个电机主要尺寸计算例子

11.8一个无刷直流伺服电机电磁设计实例

11.9一个基于Ansoft的无刷直流电机设计实例

参考文献

第12章无刷直流电动机基本控制技术

12.1无刷直流电动机控制概述

12.1.1无刷直流电动机电子控制器基本组成

12.1.2无刷直流电动机控制的发展

12.1.3开环和闭环控制系统

12.2起停控制和软起动

12.3正反转方法和转向控制

12.4制动控制

12.5转速反馈信号的简易检出方法

12.6无刷直流测速发电机

12.7几种电压调节方法与PWM脉宽调制

12.8保护电路和电流的采样

12.9电流波形与提前关断技术

12.10无刷直流电动机逆变器拓扑结构

12.11六开关三相逆变器拓扑结构和栅极驱动

12.12四开关三相逆变器的工作原理与控制

12.13以绕组切换方式扩展转速范围

12.14几种无刷直流电机实用控制电路例

12.14.1基于UCC3626的速度控制电路

12.14.2高压450V三相无刷直流电动机驱动电路

12.14.3微控制器MCU与L6235组合的驱动控制电路

参考文献

第13章无刷直流电动机无位置传感器控制

13.1反电动势检测法

13.1.1反电动势过零法

13.1.2反电动势积分及参考电压比较法

13.1.3反电动势积分及锁相环法

13.1.4续流二极管法

13.2 3次谐波反电动势检测法

13.3定子电感法

13.4 G（θ）函数法

13.5扩展卡尔曼滤波法

13.6状态观测器法

13.7利用微控制器和数字信号处理器的无传感器控制

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

13.7.2利用MC56F8013微控制器的反电动势过零法无传感器控制的例子

参考文献

第14章无刷直流电动机低成本正弦波驱动控制

14.1低成本正弦波驱动控制的需求

14.2利用线性霍尔元件作转子位置传感器的正弦波驱动

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

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

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

14.3.3东芝公司正弦波控制器和驱动器专用芯片

14.4无传感器技术在正弦波驱动中的应用

参考文献

第15章单相无刷直流电动机与控制

15.1单相无刷直流电动机的工作原理与结构

15.2四种不对称气隙结构的转矩分析比较

15.3单相无刷直流电动机的超前换相与滞后换相分析

15.4单相无刷直流风机特性和基本换相电路

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

15.6用于光盘驱动器主轴中的单相无刷直流电动机

参考文献

附录

附录A作者已发表的相关文献

附录B几种霍尔集成电路数据表

附录C分数槽集中绕组系数表

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

附录EGB/T21418—2008永磁无刷电动机系统通用技术条件2100433B

永磁无刷直流电机被认为是21世纪有发展前途和广泛应用前景的电子控制电机。 本书着重对永磁无刷直流电机与控制技术的主要问题进行较深入的研究分析和介绍，包括无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较；无刷直流电机数学模型；计及绕组电感的特性与参数计算方法；分数槽集中绕组和多相绕组；不同相数绕组连接和导通方式的分析与比较；气隙磁通密度的计算；反电动势波形和反电动势计算；霍尔传感器位置分布规律分析和确定方法；无刷直流电机设计要素的选择；主要尺寸基本关系式考虑电感影响的修正；由黏性阻尼系数确定电机主要尺寸的方法；整数槽和分数槽绕组无刷直流电机的电枢反应；转矩波动及其抑制方法；齿槽转矩及其削弱方法；无刷直流电机基本控制技术；无传感器控制技术；低成本正弦波控制技术；单相无刷直流电机与控制等。本书同时综合介绍国内外无刷直流电机与控制技术新进展动态和研究成果。每章后附有相关参考文献，便于读者跟踪和进一步深入研究。

本书共分9个章节，对永磁无刷直流电机的控制技术与应用作了系统地介绍，具体内容包括永磁无刷直流电机的数学模型及仿真研究、永磁无刷直流电机的电子电路、永磁无刷直流电机转矩脉动和铁耗抑制、永磁无刷直流电机锁相环速度控制技术、无位置传感器永磁无刷直流电机控制等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。

随着科学技术的不断发展，对永磁无刷直流电机调速系统转速和转矩的性能要求越来越高。各种传统的控制方法也伴随着科学发展和技术进步不断更新，许多经典的控制方法在新技术硬件平台上获得了比以往更优良的性能。特别是数字信号处理器和可编程逻辑器件出现，极大地推动了永磁无刷直流电机控制技术不断向集成化、智能化方向发展。

本书共9章。第1章概括地介绍了永磁无刷直流电机的结构、原理、调速性能、控制方法以及在磁悬浮飞轮中的应用；第2章建立了永磁无刷直流电机系统模型，以验证各种先进的电机控制方法的应用效果；第3章系统地介绍了永磁无刷直流电机的电子电路，这部分内容是作者十几年来从事永磁无刷直流电机控制系统研制工作的总结；第4章对转矩脉动进行了分析，介绍了各种抑制转矩脉动的方法，同时针对高速永磁无刷直流电机的低功耗驱动问题，提出了降低电机铁耗的控制方法；第5章介绍了基于锁相环的高精度转速控制方法；第6章介绍了小电枢电感永磁无刷直流电机的无位置传感器控制方法；第7章针对永磁无刷直流电机伺服系统，介绍了高性能数字控制方法；第8章介绍了永磁无刷直流电机在磁悬浮储能飞轮中的应用；第9章，以高速磁悬浮飞轮用永磁无刷直流电机为例，介绍了永磁无刷直流电机电磁场的分析和计算方法。

本书既适用于永磁无刷直流电机控制系统的设计和研发人员，又可作为工程技术人员的技术参考书和高校相关专业研究生的参考书。

前言

第1章绪论

1.1无刷直流电机的特点

1.2无刷直流电机的结构和工作原理

1.2.1永磁无刷直流电机的结构

1.2.2无刷直流电机的原理

1.2.3转子位置传感器

1.3无刷直流电机的运行特性

1.4无刷直流电机的正反转

1.5永磁无刷直流电机的设计

1.6永磁无刷直流电机的控制

1.7高速永磁无刷直流电机在磁悬浮飞轮中的应用

参考文献

第2章永磁无刷直流电机的数学模型及仿真研究

2.1永磁无刷直流电机的数学模型

2.2永磁无刷直流电机的Simulink仿真

2.2.1无刷直流电机模块

2.2.2三相逆变桥模块

2.2.3逻辑换相模块

2.2.4控制模块

2.3仿真结果

2.4无刷直流电机模糊逻辑控制系统仿真

2.4.1电机转速的模糊逻辑控制器设计方法

2.4.2制作模糊控制响应表

2.4.3模糊逻辑推理系统的仿真研究

2.5本章小结

参考文献

第3章永磁无刷直流电机的电子电路

3.1永磁无刷直流电机的功率放大电路

3.1.1功率晶体管放大电路设计

3.1.2功率MOSFET驱动电路设计

3.2永磁无刷直流电机控制专用集成电路

3.2.1NC33035引脚功能和主要参数介绍

3.2.2NC33035换相控制技术

3.2.3NC33035的过电流保护电路

3.2.4MC33035的驱动输出电路

3.2.5基于MC33035的永磁无刷直流电机控制系统设计

3.3永磁无刷直流电机数字控制电路

3.3.1基于TMS320LF2407ADSP的控制电路

3.3.2基于TMS320F2812DSP的控制电路

3.3.3基于FPGA的永磁无刷直流电机控制电路

3.4本章小结

参考文献

第4章永磁无刷直流电机转矩脉动和铁耗抑制

4.1永磁无刷直流电机的转矩脉动

4.1.1永磁无刷直流电机的换相转矩脉动分析

4.1.2永磁无刷直流电机的转矩脉动抑制方法

4.2永磁无刷直流电机的铁耗分析

4.3无刷直流电机变压控制系统

4.4无刷直流电机双极性控制系统

4.4.1双极性控制原理

4.4.2控制系统组成

4.4.3实验结果及分析

4.5Buck变换器电机控制系统

4.5.1Buck变换器电机控制系统设计与仿真

4.5.2Buck变换器的电机控制系统设计

4.5.3基于Buek变换器的高速电机试验

4.5.4Buck变换器软开关电路分析与设计

4.6本章小结

参考文献

第5章永磁无刷直流电机锁相环速度控制技术

5.1锁相环速度控制原理

5.1.1电机锁相转速控制系统的鉴相器

5.1.2电机的转矩控制

5.2电机专用锁相环控制器

5.2.1TC9242的引脚功能和主要参数介绍

5.2.2TC9242的工作原理

5.3模拟电路锁相环速度控制系统

5.3.1基于电流环和锁相环的电机双模速度控制系统

5.3.2无刷直流电机恒流驱动研究

5.3.3高转速电机稳速控制器设计

5.3.4模块间自动切换电路的实现

5.4永磁无刷直流电机锁相试验

5.4.1永磁无刷直流电机升降速试验

5.4.2永磁无刷直流电机锁相稳速试验

5.5快速锁相稳速控制

5.5.1电流环分析

5.5.2快速锁相环电路

5.5.3锁相稳速切换电路

5.6五位置传感器无刷直流电机锁相环速度控制系统

5.7软件锁相环速度控制参数优化设计

5.8本章小结

参考文献

第6章无位置传感器永磁无刷直流电机控制

6.1常用无位置传感器检测原理

6.1.1反电动势过零点的检测方法

6.1.2反电动势3次谐波检测方法

6.1.3续流二极管导通检测方法

6.1.4固定电压的检测方法

6.1.5预测反电动势过零点的方法

6.2TDA5142T五位置传感器无刷直流电机专用控制器

6.2.1TDA5142T的调速原理

6.2.2TDA5142T的换相技术

6.2.3TDA5142T的起动技术

6.2.4TDA5142T电机速度控制电路

6.2.5实验结果

6.3M14425五位置传感器BLDCN控制器

6.3.1无位置传感器永磁无刷直流电机控制器的选用

6.3.2ML4425引脚功能

6.3.3MLA425关键技术分析

6.3.4ML4425外围电路的参数选取

6.3.5MLA425应用于高速电机的起动技术

6.4永磁无刷直流电机无位置传感器DSP控制系统

6.4.1小电枢电感永磁无刷直流电机五位置传感器控制方法

6.4.2无位置传感器检测硬件系统的实现

6.4.3无位置传感器控制系统软件设计

6.4.4实验结果与结论

6.5本章小结

参考文献

第7章稀土永磁无刷直流力矩电机控制

7.1概述

7.2无刷直流力矩电机伺服控制系统的硬件设计

7.2.1硬件总体方案设计

7.2.2控制电路设计

7.2.3功率驱动电路设计

7.2.4位置检测电路设计

7.3伺服控制系统的软件设计

7.3.1伺服控制系统的主程序结构

7.3.2各子功能模块的实现

7.4低速转矩脉动的分析和抑制

7.4.1PWM-ON-PWM调制

7.4.2换相期间调制方式对转矩脉动的影响

7.4.3PWM-ON-PWM调制的应用局限

7.5试验测试及结果分析

7.5.1试验测试

7.5.2试验结果分析

7.6本章小结

参考文献

第8章稀土永磁无刷直流电机发电运行控制

8.1稀土永磁无刷直流电机发电运行

8.1.1概述

8.1.2能量转换方法

8.2储能基本原理

8.2.1储能飞轮系统能量流动简介

8.2.2储能飞轮动能存储原理

8.3储能飞轮基本组成

8.3.1FES的基本结构

8.3.2FES核心构件设计

8.4发电运行的控制系统设计

8.4.1控制原理及总体方案

8.4.2系统的硬件设计

8.4.3电路设计实现

8.4.4系统的软件设计

8.4.5控制算法的具体实现

8.5试验测试及结果分析

8.6本章小结

参考文献

第9章新型永磁无刷直流电机电磁场的分析与计算

9.1计算漏磁系数和极弧系数的意义

9.2永磁无刷直流电机二维电磁场分析

9.2.1分析模型

9.2.2气隙径向磁场的分析及相关参数计算

9.2.3气隙轴向磁场的分析及相关参数计算

9.2.4电机气隙磁场的分析及相关参数计算

9.3永磁无刷直流电机三维电磁场分析

9.3.1分析模型

9.3.2等效气隙磁通密度计算系数

9.3.3等效漏磁系数

9.3.4计算结果

9.4相关讨论

9.4.1隔磁环对电机磁场的影响

9.4.2Halbach磁体结构电机的电磁场研究

9.5样机电磁设计及结果分析

9.5.1电机二维场及三维场电磁参数计算结果比较

9.5.2气隙磁通密度的计算方法

9.6本章小结

参考文献

附录源代码2100433B

《永磁无刷直流电机技术》包括无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较；无刷直流电机数学模型；计及绕组电感的特性与参数计算方法；分数槽集中绕组和多相绕组；不同相数绕组连接和导通方式的分析与比较；气隙磁通密度的计算；反电动势波形和反电动势计算；霍尔传感器位置分布规律分析和确定方法；无刷直流电机设计要素的选择；主要尺寸基本关系式考虑电感影响的修正；由粘性阻尼系数确定电机主要尺寸的方法；整数槽和分数槽绕组无刷直流电机的电枢反应；转矩波动及其抑制方法；齿槽转矩及其削弱方法；无刷直流电机基本控制技术；无传感器控制技术；低成本正弦波控制技术；单相无刷直流电机与控制等。《永磁无刷直流电机技术》同时综合介绍国内外无刷直流电机与控制技术最新进展动态和研究成果。每章后附有相关参考文献，便于读者跟踪和进一步深入研究。

本书遵循理论研究与实用技术相结合的编写原则，可供即将从事或正在从事与无刷直流电机有关的研究开发、设计、生产、控制和应用的科技人员、管理人员，以及大专院校教师、学生和研究生参考。