無刷直流電機（BLDC）詳解

直流電機主要有直流有刷電機和無刷直流電機兩種。
　　1．  有刷直流電機
　　直流電機以良好的啟動性能、調速性能等優(yōu)點著稱，其中屬于直流電機一類的有刷直流電機采用機械換向器，使得驅動方法簡單，其模型示意圖如圖 1.2 所示。
　　電機主要由永磁材料制造的定子、繞有線圈繞組的轉子（電樞） 、換向器和電刷等構成。只要在電刷的A和B兩端通入一定的直流電流， 電機的換向器就會自動改變電機轉子的磁場方向，這樣，直流電機的轉子就會持續(xù)運轉下去。

　　由些可見，換向器和電刷在直流電機中扮演著重要的角色，雖然它可以簡化電機控制器的結構，但是，它自身卻存在一定的缺點：
　　z  結構相對復雜，增加了制造成本；
　　z  容易被環(huán)境（如灰塵等）影響，降低了工作的可靠性；
　　z  換向時會產生火花，限制了使用范圍；
　　z  容易損壞，增加了維護成本等。
　　2．  無刷直流電機
　　無刷直流電機（Brushless Direct Current Motor, BLDCM）的誕生，克服了有刷直流電機的先天性缺陷，以電子換向器取代了機械換向器，所以無刷直流電機既具有直流電機良好的調速性能等特點，又具有交流電機結構簡單、無換向火花、運行可靠和易于維護等優(yōu)點。
　　圖 1.3 所示無刷直流電機模型，它是從圖 1.2轉化過來的模型。它主要由用永磁材料制造的轉子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器（可有可無）組成。可見，它和直流電機有著很多共同點，定子和轉子的結構差不多（原來的定子變?yōu)檗D子，轉子變?yōu)槎ㄗ樱?，繞組的連線也基本相同。但是，結構上它們有一個明顯的區(qū)別：無刷直流電機沒有直流電機中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。這樣，電機結構就相對簡單，降低了電機的制造和維護成本，但無刷直流電機不能自動換向 （相） ， 犧牲的代價是電機控制器成本的提高 （如同樣是三相直流電機，有刷直流電機的驅動橋需要 4 只功率管，而無刷直流電機的驅動橋則需要 6 只功率管） 。
　　圖 1.3 所示為其中一種小功率三相、星形連接、單副磁對極的無刷直流電機，它的定子在內，轉子在外，結構和圖 1.2 所示的直流電機很相似。另一種無刷直流電機的結構和這種剛剛相反，它的定子在外，轉子在內，即定子是線圈繞組組成的機座，而轉子用永磁材料制造。

　　無刷直流電機有以下的特點：
　　z  無刷直流電機的外特性好，能夠在低速下輸出大轉矩，使得它可以提供大的起動轉矩；
　　z  無刷直流電機的速度范圍寬，任何速度下都可以全功率運行；
　　z  無刷直流電機的效率高、過載能力強，使得它在拖動系統中有出色的表現；
　　z  無刷直流電機的再生制動效果好，由于它的轉子是永磁材料，制動時電機可以進入發(fā)
　　電機狀態(tài)；
　　z  無刷直流電機的體積小，功率密度高；
　　z  無刷直流電機無機械換向器，采用全封閉式結構，可以防止塵土進入電機內部，可靠
　　性高；
　　z  無刷直流電機比異步電機的驅動控制簡單。
　　1.2.2  無刷直流電機的工作原理
　　無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞，轉子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產生不變的磁場，電機不能轉動起來，只有實時檢測電機轉子的位置，再根據轉子的位置給電機的不同相通以對應的電流，使定子產生方向均勻變化的旋轉磁場，電機才可以跟著磁場轉動起來。
　　如圖 1.4 所示為無刷直流電機的轉動原理示意圖，為了方便描述，電機定子的線圈中心抽頭接電機電源 POWER，各相的端點接功率管，位置傳感器導通時使功率管的 G極接 12V，功率管導通，對應的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉子的轉動，會依次導通，使得對應的相線圈也依次通電，從而定子產生的磁場方向也不斷地變化，電機轉子也跟著轉動起來，這就是無刷直流電機的基本轉動原理——檢測轉子的位置，依次給各相通電，使定子產生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。

　　在下文介紹無刷直流電機的有位置傳感器驅動的一節(jié)，將會進一步介紹無刷直流電機的轉動原理。
　　為了方便理解，本文檔以下內容統一用如圖 1.5 所示的這兩種符號作為模型簡介，圖 A為電機轉子和定子在同一圓心上，圖B 為不同一圓心上，是為了方便說明電機內部磁場。詳細請看下文。

　　1.3  無刷直流電機的驅動方法
　　無刷直機電機的驅動方式按不同類別可分多種驅動方式，它們各有特點。
　　按驅動波形：
　　z  方波驅動，這種驅動方式實現方便，易于實現電機無位置傳感器控制；
　　z  正弦驅動，這種驅動方式可以改善電機運行效果，使輸出力矩均勻，但實現過程相對復雜。同時，這種方法又有 SPWM 和 SVPWM（空間矢量 PWM）兩種方式，SVPWM的效果好于 SPWM。