無(wú)刷直流 (BLDC) 電機在市場(chǎng)和廣泛的運動(dòng)控制應用中得到了迅速采用，因為它們與傳統有刷直流電機相比具有明顯的優(yōu)勢。更少的維護、更高的運行速度、緊湊、更少的電氣噪聲、更好的扭矩重量比，僅舉幾例。 盡管有這些優(yōu)勢，但 BLDC 電機的成本高于傳統直流電機，因為它們需要電機驅動(dòng)控制器（用于電子換向）和轉子位置傳感器。
無(wú)傳感器控制技術(shù)被認為是節省成本的好處，還可以提高系統可靠性，減少電氣連接的數量，消除機械對準問(wèn)題，并減少電機的尺寸和重量。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)傳感器控制的定義是在沒(méi)有通常需要的轉子位置傳感器的情況下運行 BLDC 電機，消除轉子位置傳感器（例如，光學(xué)編碼器、霍爾效應傳感器、旋轉變壓器、電纜和解碼電路）加起來(lái)降低制造成本，提高可靠性和耐用性。
有傳感器的 BLDC 電機驅動(dòng)器使用帶有轉子位置傳感器的3相 PWM 逆變器來(lái)執行換相和/或電流控制。但是，獲取轉子位置信息的方法不同，在無(wú)傳感器控制技術(shù)中，轉子位置信息是通過(guò)間接感應三個(gè)電機端子電壓之一的反電動(dòng)勢（電動(dòng)勢）來(lái)確定的。由于3個(gè)BLDC電機相繞組中只有兩個(gè)同時(shí)導通，因此第三個(gè)非導電相背負可以間接計算轉子位置和速度的反電動(dòng)勢。目前，無(wú)傳感器技術(shù)尚未得到廣泛采用，在未來(lái)，它有望成為主要的 BLDC 電機控制方法。
盡管 BLDC 電機具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它們具有一個(gè)限制因素：傾向于表現出扭矩脈動(dòng)。這些脈動(dòng)會(huì )導致聲學(xué)噪聲和振動(dòng)，并且會(huì )嚴重限制系統的性能，特別是在高精度和高穩定性應用中。在高速應用中，轉矩脈動(dòng)可以通過(guò)負載的慣性濾除。然而，在低速時(shí)，當它們最明顯時(shí)，轉矩脈動(dòng)會(huì )極大地限制性能。轉矩脈動(dòng)是由 BLDC 電機和 PWM 驅動(dòng)控制器設計引起的，包括電機的幾何缺陷、不精確的換向、電流驅動(dòng)波形的保真度 、相位延遲、摩擦和電機中的磁滯。它們可以通過(guò)更好的電機設計或使用更好的驅動(dòng)控制器來(lái)減少。
轉矩脈動(dòng)分為兩大類(lèi)：齒槽轉矩和換向轉矩，齒槽轉矩是由轉子旋轉時(shí)定子槽開(kāi)口引起的磁阻變化產(chǎn)生的�？梢酝ㄟ^(guò)改變電機設計來(lái)減少齒槽轉矩，例如定子槽的傾斜、選擇分數槽/極電機設計或選擇相對于槽間距的磁體寬度。換向轉矩紋波是由驅動(dòng)器的 PWM 逆變器和是由于電流滯后或逆變器產(chǎn)生高頻電流紋波。換相時(shí)，一相關(guān)斷，另一相導通，所以各相電流的上升和下降速率不相等，因此兩相電流在換相過(guò)程中產(chǎn)生的轉矩不會(huì )瞬間加到轉矩值上。一個(gè)完全勵磁的相位，這將允許在換向間隔內獲得平滑的扭矩。
為了最大限度地減少換向轉矩脈動(dòng)，需要對 BLDC 驅動(dòng)器進(jìn)行改進(jìn)。在電機驅動(dòng)設計中使用了幾種方法來(lái)最小化換向轉矩脈動(dòng)。一種方法是添加電感-電容 (L-C) 濾波器，以減少逆變器輸出到電機的高頻分量。但減少轉矩脈動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵因素是通過(guò)調整繞組的導通相位使其適當補償來(lái)消除轉矩諧波。還有其他四種方法被引入來(lái)實(shí)現轉矩脈動(dòng)的降低：(1) 使用直接轉矩控制，( 2) 動(dòng)態(tài)改變輸入電壓，(3) 添加扭矩估計電路，以及 (4) 采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和主動(dòng)抗擾控制。
集成的 BLDC 電機和驅動(dòng)器是最新趨勢之一，有望降低成本、提高可靠性和緊湊型。未來(lái)，集成 BLDC 電機驅動(dòng)器有望成為市場(chǎng)標準。 2021 年，集成 BLDC 電機增長(cháng)了 47.7%，正在迅速取代交流伺服電機。越來(lái)越多的無(wú)刷直流集成電機正在附帶高級反饋的結果。此外，從 2019 年到 2020 年，具有位置控制功能的集成 BLDC 電機的復合年增長(cháng)率預計將達到 18.6%。
電機和驅動(dòng)電子設備的集成是兩個(gè)新發(fā)展的結果：(1) 電子元件的效率不斷提高，導致電力電子設備的尺寸減��；(2) BLDC 電機的稀土永磁體消除了轉子的熱源，因此內部溫升比傳統的直流電機小，可以將逆變器控制安裝到電機中。目前，集成 BLDC 電機和驅動(dòng)器的功率在100瓦范圍內。隨著(zhù)集成 BLDC 電機市場(chǎng)和尺寸范圍的增加，它們將設計更簡(jiǎn)單的電機驅動(dòng)裝置，并消除對逆變器控制室、通風(fēng)設備以及電機和逆變器之間電纜的需求。
BLDC 電機驅動(dòng)器的大多數新趨勢都需要具有高速微處理器和高密度可編程邏輯控制器技術(shù)的高性能控制器來(lái)實(shí)現，這些被稱(chēng)為數字信號處理器高性能控制器正迅速被市場(chǎng)采用，這推動(dòng)了它們的價(jià)格穩步下降。即使是低成本的數字信號處理器也可以執行復雜的算法，以提高噪聲控制、變速、能源效率等領(lǐng)域的電機性能。過(guò)去，帶有 8 位微控制器的基本數字控制器具有足夠的帶寬來(lái)實(shí)現基本速度控制。
隨著(zhù)電機控制算法的復雜性已經(jīng)增加，對更高性能和更可編程解決方案的需求也在增加，數字信號處理器提供了此類(lèi)應用所需的大部分帶寬和可編程性。具體而言，低成本數字信號處理器的帶寬使用實(shí)現了以下特性：1、比例-積分-微分 (PID) 控制以提高精度，2、無(wú)傳感器算法可消除昂貴的速度和電流傳感器，3、隨機脈沖寬度調制 (PWM) 以減少噪聲和輸入濾波器尺寸，4、紋波補償算法可減小驅動(dòng)器的直流母線(xiàn)電容器尺寸，5、功率因數校正 (PFC) 以消除專(zhuān)用 PFC 控制器�；蛟S數字信號處理器最大的長(cháng)期好處是驅動(dòng)器接口的標準化，驅動(dòng)系統的完全數字化，以及與上層和遠程控制系統的“數據傳輸”更容易的手段，便于監控和診斷系統故障。
BLDC 電機驅動(dòng)器的設計不僅克服了成本問(wèn)題，而且提供了傳統直流電機無(wú)法實(shí)現的 電機驅動(dòng)器性能。實(shí)施不需要轉子位置反饋傳感器的無(wú)傳感器電機驅動(dòng)器是BLDC 電機驅動(dòng)器設計的最新趨勢之一，可以節省成本。電機驅動(dòng)器內PWM 開(kāi)關(guān)策略的變化有望消除與轉矩脈動(dòng)相關(guān)的問(wèn)題。 BLDC 電機驅動(dòng)技術(shù)的另一個(gè)主要趨勢是將 BLDC 電機和驅動(dòng)電子設備集成到單個(gè)封裝中，以簡(jiǎn)化系統、最大限度地減少互連電纜、降低噪音并解決電機驅動(dòng)兼容性問(wèn)題。
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