永磁無刷直流電機BLDC（一）

一.無刷直流電機是什麼？

請先閱讀知乎上相關問題的答案

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BLDC電機的運行原理請看視頻：http://v.ku6.com/show/8gfXnPlTSXCrPb-VwCjWug...html

我們說無刷直流電機（BLDC）在傳統上被定義為具有梯形/方波反電動勢波形形狀的永磁同步電機，來區別於具有正弦波反電動勢的永磁同步電機PMSM。下面我再簡單再說說無刷直流電機的原理。

相信大多數男生小時候都玩過「吸鐵石」，誰都知道磁體同性相吸、異性相斥的原理。同樣的，當我們給一個線圈通上交流電時候，它的磁場效果和條形電磁鐵是一樣的，如下圖。

而磁體同性相吸、異性相斥的原理，不僅適用於磁體和磁鐵之間，同樣適用於通電線圈和永磁體之間，如下圖的簡易圖。

於是乎，無刷直流電機的工作原理就出來了。然後我們讓線圈做定子，磁鐵做轉子，使定子線圈通入三相交流電，基本結構就出來了。需要注意得一點是，無刷直流電機與傳統的直流電機相比， 從結構上看是有不同之處的。主要區別在於：我們用裝有永磁體的轉子取代了有刷直流電機的定子磁極；用具有多（三）相繞組的定子取代了電樞；用由逆變器和轉子位置檢測器組成的電子換向器取代了機械換向器和電刷。 因此， 無刷直流電機就由永磁電機本體、 逆變器和轉子位置感測器三大部分組成 。電機結構如下圖所示。

曾經有人問過，直流無刷電機是直流電機嗎？如果不是，那明明我給它供的是直流電壓啊？這是怎麼回事呢？

請看上圖，你給供電的是左側逆變器（直流變交流）的電壓，當然是直流電了。而電機的供電的電壓其還是三相交流的。

二.無刷直流電機的控制方法

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有霍爾感測器的梯形波控制框圖如下：

這個控制系統的構成有：控制器（可以是單片機，DSP，PLC等等），IGBT驅動器（當然你也可以用mos管），橋式電路（有全橋和半橋），無刷直流電機，霍爾感測器等等。我們根據無刷直流電機轉子磁極的位置，對定子線圈進行換相通電，形成6步的旋轉磁場，進而帶動轉子同步的轉動。

有感測器的控制方式的關鍵技術一在於我們需要能夠通過安裝在電機上的三個霍爾器件A,B,C來準確快速的獲取轉子磁極位置的信息。關鍵技術二在於如何通過6個功率器件組成的3相橋式電路來控制定子線圈的6拍通電方式，從而形成一個旋轉磁場。6拍定子線圈方式如下圖所示。

可以看到當我們按照上圖的方式通電的時候，三相繞組線圈形成的合成磁場會慢慢的逆時針轉動。

此外需要說明的是，控制框圖裡的霍爾感測器是根據霍爾效應製作的一種磁場感測器，它可以有效的反映通過霍爾原件的磁密度 ，有正向磁場通過霍爾，輸出「1」， 有反向磁場通過霍爾，輸出「0 」。當霍爾感測器在和電機的轉子做相對運動時，隨著轉子下磁密度的變化，來產生變化的信號。如下圖所示。

當電機按一個（正轉或反轉）方向轉動時， 3個霍爾感測器的輸出會按照6步的規律變化 .

如果霍爾感測器輸出依次為：101 011 010 110 100 101 ，電機驅動電路如下：

那麼正轉控制規律如下：

按照上圖的規律控制功率管的開斷，電機就會開始轉動起來。

參考資料：2014英飛凌XMC 微控制器巡迴研討會

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