今天，小編將為大家從基礎(chǔ)開始描述無刷電機(jī)，寫完那些對于無刷電機(jī)還不太了解的朋友可以在看完這篇文章后對它有一個系統(tǒng)全面的了解~

0.電動機(jī)轉(zhuǎn)動的原理

先說電動機(jī)的基本原理，大家小時候都玩過磁鐵吧，異極相吸，兩磁鐵一靠近“啪”就撞上了。

現(xiàn)在假設(shè)你的手速足夠快，拿著一塊磁鐵在前面瘋狂勾引，那么另外一塊磁鐵就一直跟著你。

你的手拿著磁鐵畫圈圈，另外一塊磁鐵也跟著你轉(zhuǎn)圈圈。

以上，就是電動機(jī)轉(zhuǎn)動的基本原理了。只不過是在前面用來勾引的“磁鐵”不是真的磁鐵，而是由線圈通電后生成的磁場。

1. 無刷直流電機(jī)簡介

無刷直流電機(jī)，英語縮寫為BLDC（Brushless Direct Current Motor）。電機(jī)的定子（不動的部分）是線圈，或者叫繞組。轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動的部分）是永磁體，就是磁鐵 。根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置，利用單片機(jī)來控制每個線圈的通電，使線圈產(chǎn)生的磁場變化，從而不斷在前面勾引轉(zhuǎn)子讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這就是無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動原理。下面深入一下。

2. 無刷直流電機(jī)的基本工作原理

2.1. 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)

首先先從最基本的線圈說起?？梢詫⒕€圈理解成長得像彈簧一樣的東西。根據(jù)初中學(xué)過的右手螺旋法則可知，當(dāng)電流從該線圈的上到下流過的時候，線圈上面的極性為N，下面的極性為S。

現(xiàn)在再弄一根這樣的線圈。然后擺弄一下位置。這樣如果電流通過的話，就能像有兩個電磁鐵一樣。

再弄一根，就可以構(gòu)成電機(jī)的三相繞組。

再加上永磁體做成的轉(zhuǎn)子，就是一個無刷直流電動機(jī)了。

2.2. 無刷直流電機(jī)的電流換向電路

無刷直流電機(jī)之所以既只用直流電，又不用電刷，是因為外部有個電路來專門控制它各線圈的通電。這個電流換向電路最主要的部件是FET（場效應(yīng)晶體管，Field-Effect Transitor）?？梢园?/span>FET看作是開關(guān)。FET的“開合”是由單片機(jī)控制的。

2.3. 無刷直流電機(jī)的電流換向過程

FET的“開合”時機(jī)是由單片機(jī)控制的。最常用的電流換向方法是 Six-step Commutation，翻譯過來是“六步換向”?，F(xiàn)在建個坐標(biāo)系。六步換向的過程如下表。

2.4. 無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子是怎么轉(zhuǎn)動的呢？

靠的就是用六步換向生成一個旋轉(zhuǎn)的磁場，在轉(zhuǎn)子的前方不斷勾引，如果你看合成的磁場方向和轉(zhuǎn)子所在的位置的話，就一目了然了。合成的磁場的S極一直在轉(zhuǎn)子N極的前面等著。只要把握好線圈通電的時機(jī)，讓合成磁場的方向一直提前于轉(zhuǎn)子的位置，轉(zhuǎn)子就會一直屁顛屁顛地跟著。

3. 怎樣確定換向時機(jī)？

上面說過，控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵是，等轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到合適的角度時，對通過線圈的電流進(jìn)行換向，從而使生成的磁場方向發(fā)生變化，吸引轉(zhuǎn)子，令轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

那這個電流換向的時機(jī)應(yīng)該怎么把握呢？也就是說，我要怎么樣知道現(xiàn)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到什么位置？知道轉(zhuǎn)子在哪我才知道要通哪兩相的電啊。

3.1. 電氣角度和機(jī)械角度關(guān)系

機(jī)械角度就是電動機(jī)轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)過的角度。

電氣角度和機(jī)械角度的關(guān)系與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)有關(guān)。

因為實際上線圈生成的磁場要吸引的是轉(zhuǎn)子的磁極。所以對于電機(jī)的轉(zhuǎn)動控制來說，我們只關(guān)心電氣角度就好。

電氣角度 = 極對數(shù) x 機(jī)械角度

4. 無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向

4.1. 怎樣控制無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向？

改變電流換向的次序即可。讓線圈合成的磁場方向反方向旋轉(zhuǎn)起來。

4.2. 怎樣控制無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速？

線圈兩端的電壓越大，通過線圈的電流越大，生成磁場越強(qiáng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動得就越快。

因為接的電源是直流的，所以我們通常用PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）來控制線圈兩端電壓的大小。PWM的簡單原理如下。

所以給無刷直流電機(jī)通電的時候，用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM不斷地控制FET的開合，能使線圈反復(fù)處于通電斷電，通電斷電的狀態(tài)。通電時間長（Duty大），線圈兩端的等效電壓就大，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度就強(qiáng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動就快；通電時間短（Duty?。?，線圈兩端的等效電壓就小，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度就弱，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動就慢。

PWM波形接到FET的Gate（門極）上，控制FET的開合。假設(shè)Gate上的電壓為高時，FET閉合導(dǎo)通；Gate上的電壓為低時，FET斷開不通電。

而且同一相上的上下兩個FET須由反相的PWM波形控制，以防止上下兩個FET同時導(dǎo)通，造成電流不通過電機(jī)而上下相同，造成短路?？刂?/span>FET的PWM波形如下。

綜上，無刷直流電機(jī)的關(guān)鍵有三點：

線圈繞組電流的換向順序。電流的換向順序決定了由線圈產(chǎn)生的磁場的旋轉(zhuǎn)方向，從而決定了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向。

霍爾傳感器或其它手段來估計永磁體轉(zhuǎn)子所處的位置，用于決定電流什么時候換向。

使用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波形來控制電機(jī)繞組的通電時間，來控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的速度。