Silnik BLDC- 

Bezkomutatorowy silnik prądu 

stałego

W układach napędowych najczęstsze 

zastosowanie znajdują dwa typy 

silników z magnesami trwałymi:

- o trapezoidalnym rozkładzie pola 
magnetycznego w szczelinie - silnik 
bezszczotkowy prądu stałego BLDC,
- o sinusoidalnym rozkładzie pola 
magnetycznego w szczelinie - silnik 
synchroniczny z magnesami trwałymi 
PMSM.

Przebiegi siły elektromotorycznej E, prądu I oraz 
momentu T dla jednej fazy, a) silnik o sinusoidalnym 
rozkładzie SEM b), typowy silnik o trapezoidalnym 
rozkładzie SEM o stałych odcinkach na długości 120° 

Bezkomutatorowe silniki prądu stałego 

należą do grupy silników 

synchronicznych. Oznacza to, że pola 

wytwarzane przez uzwojenia stojana i 

magnesy trwałe osadzone na wirniku, 

poruszają się z tymi samymi 

prędkościami. Sposób zasilania faz 

silnika jest zależny od sygnałów 

sterujących, które generowane są w 

oparciu o sygnał sprzężenia zwrotnego 

od położenia wirnika. Odpowiednie 

zsynchronizowanie ich pozwala 

uzyskać stały moment i prędkość 

obrotową silnika.

Zastąpienie komutatora mechanicznego 

elektronicznym jest powodem wielu zalet

tego silnika. Brak szczotek na 

komutatorze oznacza brak wyładowań 

łukowych. Powoduje to zmniejszenie 

zakłóceń radioelektrycznych i pozwala na 

pracę silnika w środowiskach 

agresywnych i wybuchowych. Brak 

szczotek zwiększa również 

bezawaryjność silnika i jego żywotność. 

Zaletą zastosowania komutatora 

elektronicznego jest możliwość 

stosunkowo łatwego kształtowania

charakterystyk silnika (np. można 

stabilizować wybrany parametr).

Mimo, że silnik

BLDC jest silnikiem synchronicznym nie 

występuje w nim zjawisko utraty synchronizmu 

w

przypadku przeciążenia silnika, co jest wadą 

innych maszyn synchronicznych. Właściwość

ta wynika ze sposobu generowania wirującego 

pola magnetycznego. Pole to jest wytwarzane

w dziedzinie kąta mechanicznego położenia 

wirnika względem stojana a nie jak w typowych

maszynach synchronicznych w dziedzinie 

czasu.

Budowa 

silnika

Budowa silnika BLDC z wirującym magnesem 

jest w zasadzie odwróceniem silnika 

komutatorowego

z magnesami trwałymi: stojan takiego

silnika jest wykonany z pakietu blach 

elektromagnetycznych walcowanych na zimno. 

Na obwodzie stojana znajdują się bieguny, na 

których umieszczone są konwencjonalne,

koncentryczne uzwojenia. Najczęściej silniki 

wyposażone są w dwie lub trzy pary biegunów. 

Uzwojenia umieszczone na przeciwległych 

biegunach tworzą tzw. „fazy”. Zwiększenie 

liczby biegunów nie oznacza zwiększenia liczby 

faz.  

Wirnik wykonany jest z odpowiednio 

ukształtowanego magnesu. Na obwodzie 

wirnika silnika BLDC rozłożone

są magnesy trwałe. Aby uzyskać największą 

sprawność silnika, do budowy wirnika należy

użyć magnesów trwałych z domieszką ziem 

rzadkich. Pociąga to za sobą zwiększenie

nakładów finansowych w porównaniu z 

zastosowaniem konwencjonalnych magnesów. 

Mechaniczny komutator w silniku BLDC został

zastąpiony elektronicznym przełącznikiem, 

którego stan wyjściowy określony jest funkcją

położenia rotora. 

Ze względu na liczbę uzwojeń, silniki BLDC 

możemy podzielić na jednofazowe, dwufazowe

i trójfazowe. Najbardziej popularne i najszerzej 

stosowane są silniki trójfazowe. W 

przeciwieństwie do silników jedno czy 

dwufazowych silniki trójfazowe zapewniają 

ciągłość oddziaływania momentu

napędowego na wirnik. Ponadto pozwalają ze 

znacznie większą dokładnością sterować 

położeniem

wirnika. Z powodów tych znajdują one coraz 

częściej zastosowanie w aplikacjach, które

wymagają dużej precyzji, czyli m.in. takich jak 

robotyka.

Dla silników trójfazowych wyróżnić można dwie 
metody połączenia uzwojeń stojana:
• gwiazda
• trójkąt (delta)

Sposób połączenia uzwojeń ma wpływ na 

metodę sterowania i parametry silnika. 

Sterowanie

silnikami z uzwojeniami połączonymi w 

gwiazdę jest bardziej skomplikowane niż 

silnikami

pracującymi w konfiguracji delta. W 

pierwszym wypadku silnik może wymagać 

zasilania tylko

dwóch faz, podczas gdy trzecia faza pozostaje 

nieobciążona. Warunek ten powoduje, że 

układ

logiczny sterujący końcówką mocy staje się 

trochę bardziej złożony. Silniki z uzwojeniami

połączonymi w gwiazdę charakteryzują się 

większym momentem, mniejszą prędkością 

obrotową i mniejszym poborem prądu niż 

silniki o uzwojeniach połączonych w trójkąt.

Konfiguracja delta uzwojeń                                  

 stojana wymaga obciążenia wszystkich faz 

podczas pracy silnika. Trójkątne

połączenie uzwojeń zapewnia większą moc 

silnika, większą prędkość obrotową, powoduje 

jednak

większy pobór prądu i nagrzewanie się silnika. 

Nie stanowi to jednak większego problemu,

ponieważ uzwojenia silnika BLDC zamontowane 

są  na stojanie silnika co pozwala w łatwy 

sposób

odprowadzą nagromadzone ciepło.

Wyróżnić można dwie konstrukcje wirnika:

• z magnesami naklejonymi na 
powierzchnię wirnika
• z magnesami umieszczonymi 
promieniowo

Liczba biegunów stojana i wirnika 

determinuje wiele parametrów silnika. Ich 

stosunek określa

krok silnika i wpływa na jakość 

wytwarzanego momentu. Większa liczba 

biegunów gwarantuje

bardziej równomierne rozłożenie 

momentu napędowego a mniejszy krok 

pozwala uzyskać

większą moc przy małych prędkościach 

obrotowych.

Konstrukcje silników BLDC

Schemat silnika BLDC

Zasada działania silnika o przebiegu 

trapezoidalnym jest często odnoszona do 

działania silnika prądu stałego. Konwencjonalny 

silnik DC składa się z wirnika, który obraca się 

w granicach pola magnetycznego stojana 

zbudowanego z magnesów trwałych. Przez 

zastosowanie komutatora i szczotek, zmiana 

znaku prądu jest realizowana automatycznie, co 

pozwala na obracanie się wirnika w tym samym 

kierunku. Aby zrealizować obrót silnika

bezszczotkowego należy wyeliminować 

uzwojenie z wirnika. Zostaje to uzyskane 

poprzez

zamianę ról wirnika ze stojanem. 

Zasada działania

Moment obrotowy w bezszczotkowym silniku 

prądu stałego jest generowany dzięki 

oddziaływaniu pomiędzy biegunami stojana a 

magnesami trwałymi

umieszczonymi na wirniku. Moment ten określa 

następujące równanie:

Te = i *yd+ (Ld -L)*id* i

W powyższym równaniu wykorzystano układ 

współrzędnych dq. Układ ten jest układem

prostokątnym i nieruchomym względem 

wirnika. 

Poniżej przedstawiono transformacje z układu 
współrzędnych abc do układu dq:

Na rysunku poniżej przedstawiono ogólną zasadę 

generowania momentu w badanym silniku.

Zaznaczono na nich kierunki przepływu prądu w cewkach 

w zależności od położenia wirnika

we  wszystkich  sześciu  fazach pracy falownika oraz siły 

działające pomiędzy magnesami

trwałymi a biegunami wirnika.

W danej chwili prąd płynie tylko przez dwie fazy. 

Taki sposób sterowania i załączania kluczy 

falownika jest charakterystyczny dla 

bezszczotkowych silników prądu stałego. Posiada 

on trapezoidalny rozkład pola magnetycznego w 

wyniku, czego przebieg sił elektromotorycznych 

w poszczególnych fazach ma kształt 

trapezoidalny. Taki kształt przebiegu sił 

elektromotorycznej wymusza odpowiednie 

załączanie kluczy falownika. Kolejne sekwencje 

załączania kluczy falownika powinny być 

zmieniane w chwili, gdy przebieg Ezero uzyskuje 

maksimum lub minimum. Wraz z rozwojem 

techniki mikroprocesorowej poszukiwane są 

różne sposoby rozwiązywania tego problemu. 

Znaczny wzrost popularności silników 
BLDC związany jest z wieloma 
zaletami tego typu
maszyn, do których możemy zaliczyć:

• prostą budowę silnika,
• duży stosunek momentu do masy silnika,
• dużą sprawność,
• prosty układ sterowania, 
• liniowa charakterystyka mechaniczna
• brak komutatora
• bardzo mała inercja wirnika
• sterowanie w szerokim zakresie prędkości,
• bardzo dokładną regulację prędkości bez 
dodatkowych kosztów finansowych,
• wysoki moment rozruchowy,
• niskie koszty obsługi,
• brak szczotek (silnik staje się bardziej cichy, 
niezawodny, brak zużywania mechanicznego oraz 
przewodzącego pyłu).

Do najczęściej wymienianych wad 

tego silnika należą: 

- tętnienia momentu elektromagnetycznego, 
- wysoki koszt magnesów trwałych 
- konieczność stosowania czujników 
położenia wału, co w znacznym stopni 
wpływa na cenę układu napędowego.