來源：攻城獅原創(chuàng)之設(shè)計(jì)分享

直流無刷電機(jī)(Brushless DC Motor，BLDC)是一種基于電子換向技術(shù)的高效電機(jī)，具有長(zhǎng)壽命、低噪音和高功率密度的特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)，去掉了物理電刷和換向器，提高了壽命。配合FOC控制可以實(shí)現(xiàn)任意角度最大扭矩輸出，大大提高了電機(jī)效率。而且無刷電機(jī)采用正弦波控制可以降低紋波噪聲，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更為平滑穩(wěn)定，隨著其性能優(yōu)勢(shì)和價(jià)格的降低，當(dāng)前在很多場(chǎng)合已開始逐步推廣應(yīng)用。

1.BLDC基本構(gòu)成：

機(jī)械結(jié)構(gòu)有定子，轉(zhuǎn)子和傳感器。定子通常為三相繞組線圈(星形或三角形連接)，固定在電機(jī)外殼。轉(zhuǎn)子由永磁體(如釹鐵硼)構(gòu)成，無需電刷或機(jī)械換向器。在有傳感器控制中，霍爾傳感器或編碼器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，輔助電子換向。在無傳感器控制中，使用反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)來判斷轉(zhuǎn)子位置，輔助電子換向。

電機(jī)本體如下圖：

2.工作原理：

通過控制器(如MCU或?qū)Ｓ?a target="_blank">驅(qū)動(dòng)芯片)驅(qū)動(dòng)逆變電路驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息配合核心處理器計(jì)算，按順序切換定子繞組的電流方向，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。其本質(zhì)是控制磁場(chǎng)方向，通過電磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。

3.驅(qū)動(dòng)電路：

控制核心配合三相逆變器驅(qū)動(dòng) ：由6個(gè)MOSFET/IGBT開關(guān)構(gòu)成三相全橋控制。驅(qū)動(dòng)回路圖如下：

4.控制方式：

整體控制回路如下圖：

方波驅(qū)動(dòng)(梯形波驅(qū)動(dòng))

特點(diǎn) ：控制簡(jiǎn)單，成本低，但存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪音。

實(shí)現(xiàn) ：通過霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，按固定順序，一般稱為六步換相，控制切換三相繞組的通電狀態(tài)。

典型應(yīng)用 ：風(fēng)扇、電動(dòng)工具等對(duì)成本敏感的場(chǎng)景。

正弦波驅(qū)動(dòng)(FOC，矢量控制)

使用霍爾傳感器或無感算法(如反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器)獲取轉(zhuǎn)子位置。

特點(diǎn) ：通過算法生成平滑的正弦電流，實(shí)現(xiàn)低噪音、高效率和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。算法更為復(fù)雜，對(duì)處理器的計(jì)算要求高。軟件開發(fā)難度較大。

實(shí)現(xiàn) ：通過三相逆變器的開關(guān)狀態(tài)切換配合FOC算法，輸出正弦波驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)。

典型應(yīng)用 ：精密控制場(chǎng)景，如無人機(jī)、機(jī)器人、電動(dòng)汽車。

5.直流有刷電機(jī)和無刷電機(jī)特性對(duì)比：