无刷直流电机通常采用瓷砖磁钢，通过磁路设计，可获得梯形波间隙磁密度，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电势也为梯形波。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或无位置传感器估计技术，形成自控调速系统。控制时，各相电流也尽可能控制成方波，逆变器输出电压按刷直流电机PWM控制方法。无刷直流电机本质上也是永磁同步电机，调速实际上属于变压变频调速范畴。 一般来说，永磁同步电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，保证磁路结构和绕组分布中感应电势波形为正弦，定子电压和电流也应为正弦波，通常由交流变压器提供。永磁同步电机控制系统通常采用自动控制，也需要位置反馈信息，可采用先进的矢量控制（磁场定向控制）或直接扭矩控制控制策略。 两者的区别可以认为是方波和正弦波控制造成的不同设计理念。 最后，纠正一个概念，直流变频实际上是交流变频，但控制对象通常直流电机。
对永磁无刷直流电机及控制技术的主要问题进行技术的主要问题，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。同时，《永磁无刷直流电机技术》全面介绍了国内外无刷直流电机和控制技术的最新进展和研究成果。同时，《永磁无刷直流电机技术》全面介绍了国内外无刷直流电机和控制技术的最新进展和研究成果。每章后附有相关参考文献，方便读者跟踪和进一步研究。
一、开关磁阻电机发展简介 开关磁阻电机是20世纪80年代初随着电力电子、微机和控制技术的快速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。它具有结构简单、运行可靠、效率高的突出特点。它已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强大竞争对手，引起了各国学者和企业的广泛关注。跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为下世纪调速驱动系统的新技术和经济增长点。目前，开关磁阻电机已广泛应用于工业、航空、家用电器等领域。 1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组率先开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）雏形是开关磁阻电机的最早研究。1972年，进一步对带半导体开关的小功率电机(10w～1kw）研究。到了1975年，有了实质性的进步，一直发展到50kw电池车提供装置。开关磁阻电机驱动装置有限公司于1980年在英国成立（SRD Ltd.），专门进行SRD系统的研究、开发和设计。1983年英国（SRD Ltd.）首先推出了SRD该产品命名为系列产品OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 开发了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行500km。该产品的出现在电气传动行业引起了很大的反响。在许多性能指标上达到了意想不到的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了一些长期广泛应用于工业中的变速传动系统。 从90年代国际会议开始SRD从系统的文章来看，是的SRD从论证其优势、开发应用阶段到设计理论、优化设计研究阶段，系统研究工作已经进入。对SR对电机、控制器、功率变换器的运行理论、优化设计、结构形式等进行了更深入的研究。 二、原理简介和优越性简介 开关磁阻电动机驱动系统（SRD）机电一体化装置比较复杂，SRD在线实时检测的反馈量一般包括转子位置、速度和电流，然后根据控制目标提供控制指令，实现操作控制和保护。转子位置检测环节是SRD检测到的转子位置信号是各相主开关设备正确逻辑切换的基础，也为速度控制环节提供了速度反馈信号。 开关磁阻电机具有再生能力，系统效率高。开关磁阻电机的理论研究和实践证明，该系统具有许多显著的优点： （1）电机结构简单坚固，制造工艺简单，成本低，速度极高；定子线圈易于嵌入，端部短、牢固，工作可靠，适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。 (2)损耗主要产生在定子上，电机容易冷却；转子没有永磁体，可以有更高的温升。 (3)扭矩方向与电流方向无关，可以最大限度地简化功率变换器，降低系统成本。 (4)功率变换器无直接故障，可靠性高。 (5)起动转矩大，低速性能好，起动时无感应电机的冲击电流。 (6)调速范围宽，控制灵活，各种特殊要求的扭矩-速度特性易于实现。 (7)在宽速和功率范围内具有高效率 (8)能四象限运行，再生制动能力强。 (9)容错能力强。开关磁阻电机的容错反映在电机的某一相损坏上，电机仍能运行。 与广泛使用的变频调速感应电机相比，开关磁阻电机在成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热等方面具有明显的优势或竞争力。 如果第一代开关磁阻电机（1983年开发）的效率低于高效变频调速感应电机，则第二代开关磁阻电机（1988年开发）的效率已完全超过高效变频调速感应电机。更难得的是，开关磁阻电机可以在宽速和功率范围内保持高效，这是变频调速感应电机无法比拟的。感应电机需要采用复杂的矢量控制系统来实现与直流电机相似的调速特性，而开关磁阻电机可以通过调整开角、关角、电压和电流来获得不同负载要求的机械特性，控制简单灵活，可以轻松实现软启动和四象限运行，而且由于这是一种纯逻辑控制模式，很容易智能化，通过修改软件调整电机的工作特性来满足不同的应用要求。 由于开关磁阻电机的固有扭矩波动，可能会导致较大的噪声和振动。事实上，这种情况往往与电机设计和控制的不合理有关。通过优化电机设计和控制策略，可以有效抑制扭矩波动和噪声，正确认识到这一点对开关磁阻电机的开发和应用非常重要。SRD Ltd.公司开发的伺服应用开关磁阻电机扭矩波动仅为0.05%。近年来研究的最佳励磁控制策略、二次换流控制策略、电机噪声根源、定子振动模态、定子固有频率计算等成果对降低电机噪声有积极作用。随着设计和制造水平的提高，噪声将进一步降低。 三、开关磁阻电机的应用 近年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了显著进展，已成功应用于电动汽车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械等领域，功率范围为10W到5MW，最高速度高达1000万 r/min。 3.1 电动车应用 电动汽车是开关磁阻电机的最初应用领域。目前，电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷和永磁刷，但开关磁阻电机的驱动有其独特的优势。当高能密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机成为首选。 SRD开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统非常适合电动车辆的各种工况，是电动车辆中极具潜力的一种。SRD最大的特点是扭矩脉动大，噪声大；此外，功率密度和效率低于永磁电机；另一个缺点是使用位置传感器，增加结构复杂性，降低可靠性。所以没有传感器SRD也是未来的发展趋势之一。其优点主要体现在以下几个方面： (1)开关磁阻电机不仅效率高，而且在宽功率和速度范围内保持高效率，这是其他类型驱动系统难以实现的。这一特点特别适合电动车的运行，有利于提高电动车的里程。 （2）通过适当的控制策略和系统设计，开关磁阻电机可以轻松满足电动汽车四象限运行的要求，并在高速运行区域保持强大的制动能力。 (3)开关磁阻电机具有良好的散热特性，可以以较小的体积获得较大的输出功率，降低电机的体积和重量。 （4）通过调整开关角和关闭角，开关磁阻电机可以完全实现其激直流电机驱动系统的良好控制特性，这是一种纯逻辑控制模式，易于智能化，通过重新编程或更换电路元件，方便满足不同运行特性的要求。 (5)开关磁阻电机在电机和功率变换器上都非常坚固可靠，不需要或很少需要维护。适用于各种恶劣高温环境，适应性好。 3.2 纺织工业应用 近十年来，我国纺织机械行业机电一体化水平明显提高，机电一体化技术在新型纺织机械中得到广泛应用。该技术包括以计算机为核心的先进信息处理和控制技术PLC、由工业控制机、单片机、人机界面、现场总线组成的控制系统；先进的驱动技术、变频调速、交流伺服、步进电机等；检测传感技术和执行机构；精密机械技术等。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机等。其中， 无梭织机的主传动技术也取得了新的突破：开关磁阻电机作为无梭织机的主传动带来了许多好处，减少了传动齿轮、无皮带和皮带盘、无电磁离合器和制动盘、无纬度电机、节能10%等优点。国内开关磁阻电机和驱动器的产品（北京中纺机电研究所）仍在与无梭织机厂合作开发应用技术，希望尽快成功，填补国内空白。 3.3 焦炭工业应用 开关磁阻电机（SRD）由于起动力矩大， 启动电流小，无需其他电源变压器即可频繁重载启动，节能，维护简单，特别适用于矿山输送机、电牵引采煤机、中小型绞车等。 3.3 焦炭工业应用 开关磁阻电机（SRD）由于起动力矩大， 启动电流小，无需其他电源变压器即可频繁重载启动，节能，维护简单，特别适用于矿山输送机、电牵引采煤机、中小型绞车等。 英国在90年代成功发展了3000kW刮板输送机采用开关磁阻电机，效果很好。中国已成功研制110kW用于矸石山绞车的开关磁阻电机 、132kW带式输送机拖动开关磁阻电机，启动调速性能好，深受工人欢迎。 我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能良好。此外，开关磁阻电机成功用于电机车，提高了电机车运行的可靠性和效率。 3.4 应用家电行业 随着人们生活水平的提高，洗衣机逐渐深入千家万户。洗衣机还经历了手动机械洗衣机、半自动洗衣机和全自动洗衣机的发展过程，并不断智能化。洗衣机电机也从简单的有级调速电机发展为无级调速电机。由于低成本、高性能、智能化，开关磁阻电机已开始应用于洗衣机，在美国高档洗衣机中已小批量使用，并取得了明显的优势： (1)洗涤速度很低。 (2)衣服分布良好。 (3)滚筒平衡性好。 (4)快速安全停机。 (5)软启动。 (6)电流限幅。 (7)最大速度高，低速转矩大。 (8)机械特性易于调整。 (9)易于智能控制水温和水流。 四、开关磁阻电机的发展趋势展望 开关磁阻电机作为一种结构简单、成本低、效率高、调速性能优异、可控性灵活的新型调速驱动系统，越来越受到人们的认可和应用。目前，已成功应用于电动汽车驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等领域，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强大竞争对手。 在美国、加拿大、南斯拉夫和埃及SRD系统系统。在国外应用中，SRD一般用于牵引，如电瓶车和电动车。同时，高速性能是SRD特长的方向。据报道，美国为空间技术开发了25000r/min、90kW的高速SRD样机。SRD中小型电机八五、九五、十五科研规划项目已列入系统研究。 华中科技大学开关磁阻电机研究小组在九五项目中开发使用SRD在十五项目中，纯电动汽车将是SRD混合动力城市公交车的应用取得了良好的效果行效果。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿牵引及电动车辆等，取得了显著的经济效益。 近年来功率电子技术,数字信号处理技术和控制技术的快速发展，而且随着智能技术的不断成熟及高速高效低价格的数字信号处理芯片（DSP）的出现，利用高性能DSP开发各种复杂算法的间接位置检测技术,无需附加外部硬件电路，大大提高了开关磁阻电机检测的可靠性和适用性,必将更大限度地显示SRD的优越性。 90年代进一步以计算机控制的柔性制造系统、主体仓库、机器人进行装配等组合起来，由计算机控制材料、部件的供应管理、达到全厂高效率、高质量的全自动化均衡生产，设计和制造水平不断提高，专用控制芯片和集成功率器件不断被开发出来，开关磁阻电机性能和适用性不断增强。随着国民经济建设的日益发展，各行各业的机械化、自动化程度越来越高，为开关磁阻电机提供了巨大的潜在市场。