無刷直流電機結構圖

　　介紹無刷直流電機前，需要先了解直流有刷電機。圖1-1所示為直流有刷電機的結構原理圖，其主要部件組成如圖1-2所示。

　　其工作原理非常簡單，當DC電流通過電刷進入，并通過換向器流進電機的繞組內，然后通過電刷與換向器之間的相對位置變化，改變流入電機繞組內的電流方向，從而實現電機的持續運轉。

　　圖1-3給出了直流有刷電機的優缺點。

　　通過分析可知，直流有刷的確定主要是由于電刷和換向器導致的。因此，無刷直流電機的最大特點就是去掉了電刷和換向器。為此，它也失去了改變電流方向的能力。為了彌補這個損失，它需要增加電子換向器。無刷直流電機與有刷電機的另外一個主要區別是互換了繞組和永磁體的位置。如圖1-4所示的典型的三相直流無刷電機(brushless DC motor，如果直譯應該是無刷直流電機，但是筆者習慣了直流無刷電機的說法，所以文章中可能會出現兩種說法，大家了解這是指同一個東西即可)，永磁體放在了轉子上，繞組放在了定子上(此為內轉子形式，也有外轉子形式的會將永磁體放在外部)，已經看不到電刷和換向器，但是需要增加電子換向器。無刷直流電機需要獲得轉子的位置，以便通過電子換向器正確的進行換相，這一般是通過霍爾傳感器實現的。但獲取換相點并不一定必須通過霍爾傳感器，所以圖1-4中并未給出霍爾傳感器。圖1-5給出了帶霍爾傳感器的結構圖。霍爾傳感器的布置原理將在后續文章中介紹。圖1-6是一臺無刷直流電機的實際產品，可以將圖1-4與圖1-6結合來看。

　　直流無刷電機主要是靠霍爾傳感器或者反電動勢獲得當前轉子的位置，然后根據設定的換相表獲得當前時間應該給哪兩相繞組通電，從而獲得定子磁鏈和反向與轉子磁鏈的方向呈一定的角度。

　　下面通過一組圖片解釋無刷直流電機的工作原理。常用的控制方式是每次給兩相繞組通電。每相繞組的通電時間為120度電角度，剩余的一相未通電繞組可以用來檢測反電動勢并執行換相。這樣每次通電過程中，可以產生雙倍的扭矩，效率提高。圖1-7到圖1-12給出了兩相通電時的示意圖。注意，在圖1-7到圖1-12中，我們已經把三個獨立線圈的一端連接在一起，形成了Y型連接，這樣可以方便電子換向。

　　此時，你可能仍然又一個疑問。我應該在什么時候給哪兩相通電？如何來實現？

　　這就要利用到無刷直流電機結構章節講到的霍爾信號和電子換向裝置。如圖1-13所示，通過霍爾傳感器得到電機轉子的位置，根據轉子的位置來決定給哪相繞組通電。

　　具體過程如圖1-14所示，根據當前采集的HALL值，按照定義好的換相表可知此時應該給A相通正向電流，C相通負電流(定義電流的正方向為流入繞組)。同理，在60度電角度以后，HALL值再次發生跳變，同樣的原理可得此時應該給B相通正電流，C相通負電流