一、无刷直流电机简介

无刷直流电机(BLDC)以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。

图1、无刷直流电机模型

无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。可见，它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多(原来的定子变为转子，转子变为定子)，绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护成本，但无刷直流电机不能自动换向(相)，牺牲的代价是电机控制器成本的提高(如同样是三相直流电机，有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管，而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管)。

图1所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机，它的定子在内，转子在外。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。

无刷直流电机有以下的特点：

● 无刷直流电机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩；

● 无刷直流电机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行；

● 无刷直流电机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现；

● 无刷直流电机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以进入发电机状态；

● 无刷直流电机的体积小，功率密度高；

● 无刷直流电机无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电机内部，可靠性高；

● 无刷直流电机比异步电机的驱动控制简单。

二、无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。

如图2所示为无刷直流电机的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源 POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。

图2：无刷直流电机转动原理示意图

三、无刷直流电机的驱动方法

无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动方式，它们各有特点。

按驱动波形：

● 方波驱动，这种驱动方式实现方便，易于实现电机无位置传感器控制；

● 正弦驱动，这种驱动方式可以改善电机运行效果，使输出力矩均匀，但实现过程相对复杂。同时，这种方法又有SPWM 和 SVPWM(空间矢量PWM)两种方式，SVPWM的效果好于SPWM。