一、什么是無(wú)刷直流電機(jī)

無(wú)刷直流電機(jī)，英文名稱 Brushless DC Motor，簡(jiǎn)稱BLDC；

無(wú)刷直流電機(jī)的定子是線圈組，而轉(zhuǎn)子是磁鐵組，所以不需要用刷子把電流引到定子上，這就是無(wú)刷的來(lái)歷。

電機(jī)運(yùn)動(dòng)的原理都是依靠磁場(chǎng)，要么利用磁場(chǎng)的異性相吸，要么利用磁場(chǎng)的同性互斥。

無(wú)刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)的主要區(qū)別在于，無(wú)刷電機(jī)電流的大小和方向是通過(guò)控制器來(lái)改變的。通常，定子有三組繞線，和控制電路相連，控制電路通過(guò)霍爾傳感器得知轉(zhuǎn)軸的位置，以此來(lái)判斷接下來(lái)哪幾相需要通電。控制系統(tǒng)不停地改變通電相，并改變電流大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同扭矩的控制?？刂破鞯脑碓诒疚牡暮竺嬖敿?xì)展開(kāi)。

正因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)是通過(guò)電子換相，所以可靠性更高，運(yùn)行更安靜，效率也更高。

通常無(wú)刷電機(jī)可以做得很小，并且擁有高扭矩重量比，當(dāng)然，因?yàn)樾枰褂脗鞲衅骱涂刂破鳎杀疽搽S之升高。

無(wú)刷直流電機(jī)工作原理動(dòng)圖

通過(guò)無(wú)刷直流電機(jī)工作原理動(dòng)圖可以看出，一直在轉(zhuǎn)的那個(gè)玩意就是轉(zhuǎn)子，也是一塊磁鐵；不動(dòng)的部分就是定子，定子上繞有線圈，控制器可以控制線圈中電流的大小和方向，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向。

二、無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

三、無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)分析

上面兩幅圖就是無(wú)刷直流電機(jī)簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)示意圖，端面上有三個(gè)霍爾傳感器（Hall Sensor），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，形成變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)指的是方向發(fā)生了變化，而磁場(chǎng)的大小并沒(méi)有變化。

霍爾傳感器（可以先去熟悉下霍爾傳感器的原理回更好）感應(yīng)這個(gè)磁場(chǎng)，每個(gè)傳感器可以輸出0或者1，所以3個(gè)傳感器可以輸出110，101等3位數(shù)的不同組合，這些組合代表轉(zhuǎn)子的不同位置。注意3號(hào)霍爾傳感器在1號(hào)和2號(hào)之間。

轉(zhuǎn)子是用永磁鐵做成，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，3個(gè)霍爾傳感器被觸發(fā)或者斷開(kāi)，感應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置，然后把位置信息告訴控制器，控制器就是根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信息來(lái)決定下一步哪些線圈通電，哪些不通電，簡(jiǎn)言之就是實(shí)現(xiàn)電子換相（Electrical Commutation）。

所以，這里的霍爾傳感器起到溝通的作用，而這一點(diǎn)在有刷直流電機(jī)中，是用物理碳刷和機(jī)械換相器相互配合才得以實(shí)現(xiàn)。

四、霍爾傳感器在直流無(wú)刷電機(jī)中的作用

有霍爾傳感器，才實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷，來(lái)看看三個(gè)霍爾傳感器是如何感應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置，然后告訴電機(jī)換相并實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的。

如上圖所示，一個(gè)磁極可以同時(shí)覆蓋兩個(gè)霍爾傳感器，在圖中所示的時(shí)刻，1號(hào)霍爾對(duì)準(zhǔn)S極，而2號(hào)和3號(hào)霍爾對(duì)準(zhǔn)N極，如果S極觸發(fā)霍爾，N極熄滅霍爾，那么上圖霍爾狀態(tài)可以表示100位置。

我們?cè)賮?lái)看看更細(xì)節(jié)的情況，如下圖，使電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)：霍爾狀態(tài)和線圈通電次序的關(guān)系，轉(zhuǎn)子上S極附近有個(gè)小黑點(diǎn)，用來(lái)表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

驅(qū)動(dòng)器一次給兩組線圈通電，另一組線圈不通電，這個(gè)在文章前面的動(dòng)圖可以看出來(lái)。

按照慣例，電流流入的線圈在定子上產(chǎn)生北極磁場(chǎng)N，電流流出的線圈則在定子上產(chǎn)生南極磁場(chǎng)S。

現(xiàn)在，想要實(shí)現(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如何使用霍爾狀態(tài)，來(lái)切換線圈通電次序和通電方向？

舉例說(shuō)明，比如霍爾感應(yīng)是100狀態(tài)，也就是上面的第一張圖時(shí)，那么這個(gè)時(shí)候告訴驅(qū)動(dòng)器接通AB相，且電流從B相流入，A相流出。這樣B線圈組形成N極，A線圈組形成S極。線圈N極和與其正對(duì)的轉(zhuǎn)子N極相互排斥，并且吸引和它較近的轉(zhuǎn)子S極，而線圈S極，則吸引轉(zhuǎn)子N極，實(shí)現(xiàn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，可以推導(dǎo)其他霍爾狀態(tài)時(shí)，線圈應(yīng)該如何通電。最后就形成如上圖所示的6個(gè)霍爾狀態(tài)，以及在此狀態(tài)下線圈應(yīng)該從哪個(gè)線圈流入，從哪個(gè)線圈流出的順序圖。

如果把霍爾時(shí)序和繞組通電順序及方向，畫(huà)在一張圖上，就是下面這幅圖，這個(gè)理解起來(lái)要輕松一點(diǎn)。

理解了這兩幅圖，也就理解了無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理。

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