電子發燒友網報道（文/李誠）無刷電機作為電機市場的新興力量，其結構簡單、運行可靠、維護方便的產品特點，使其越來越受到消費者的青睞，并逐漸取代傳統電機。例如，近年高速風筒的爆火與無刷電機，就有著密切的聯系。

隨著原料價格下降，以及規模化生產效應的影響，無刷電機成本也在不斷地下降，并在一些售價低廉的消費類產品迅速普及。在電商平臺上，內置無刷電機的電子產品琳瑯滿目，價格也從十幾元到上百元不等。為進一步深究，近日筆者對一款從拼某某購入的無刷電機小風扇進行了拆解，看看設備內部都有啥？

無刷電機小風扇外觀及拆解

外觀機構方面，小風扇可分為風扇和電池倉，上下兩個部分，機殼采用一體式設計，外立面均進行了霧面處理。此外，電池倉還可以充當小風扇的手柄，圓柱形設計還可以增加手掌和風扇之間的接觸面積，從而提供更好的握持感和穩定性。



小風扇正面有一塊由數碼管構成的顯示屏，可在設備通電狀態下顯示擋位及剩余電量信息。機身背面設有USB-C充電接口，底部是一塊防滑墊片。



在結構件緊固方面，整臺小風扇沒有使用任何螺絲，而且部件之間的連接處也沒有采用超聲波焊接等傳統工藝，而是僅僅通過膠水進行粘接。雖然這種設計有利于提高設備在產線上的裝配效率，但它也會降低設備的抗摔能力，從而增加了設備意外損壞的風險。

只有兩根電源線的無刷電機

該小風扇的電機結構由PCB板、線圈定子、磁極轉子和扇葉四個部分組成。其中，磁極轉子固定在小風扇的渦輪扇葉內壁上，并與線圈定子相互配合。通過線圈與磁極的結構可以確定，該風扇所采用的是直流無刷電機。控制線圈電流的通斷可以啟停磁極，從而驅動扇葉旋轉。另外，電機內部的4個線圈被分成兩組。



有意思的是，這款由小風扇拆出來的無刷電機底部PCB就只有兩根正、負極電源線和一顆4腳霍爾傳感器開關，并沒有信號控制線。那電機的線圈定子究竟是如何輪流導通，并驅動磁極旋轉的呢？

由于所要實現的功能不同，風扇處于工作狀態時只需要電機進行單一方向的旋轉，不像其他電氣設備一樣，對電機有正、反轉的需求，因此小風扇的電機控制會比其他電氣設備更加簡單。



其次，驅動磁極旋轉的關鍵就在PCB的霍爾傳感器開關上，從PCB布線可以看出，霍爾傳感器開關的1、4引腳分別與電源的正負極相連，2、3引腳分別連接兩組線圈（大致電路結構如上圖所示）。



當電流經過霍爾傳感器開關流入線圈時，線圈會根據電流流入的方向對磁極轉子產生吸引或排斥力，從而帶動扇葉旋轉。當磁極轉子旋轉到一定角度時，霍爾傳感器會通過內部的開關來控制線圈的電流流入，從而實現不同線圈組的輪流導通，使扇葉不停地旋轉。

無刷小風扇主板=電源控制板

在功能結構上，這款小風扇的主板相當于一塊電源控制板，其主要負責電池的充放電，以及電機的啟停和功率控制。



主板正面為電源管理單元，背面為電路控制單元。其中，電源管理單元包括電池充電、電池保護和功率控制三部分電路。電池充電管理芯片是來自富滿電子的TC4056A，可支持單節鋰電池恒定電流電壓線性充電。此外，芯片內部采用PMOSFET架構和防倒充電路，可實現開關隔離效果，減少了外圍電路隔離二極管的使用，滿足消費電子電路小型化的設計需求。


位于電池接線端子旁的芯片為賽芯微的XB5353A二合一電池保護芯片，該芯片不僅封裝小，外圍電路也非常簡單，只需要一顆外部電容，即可實現對電池的多種保護，如過充、過溫、過放等，同時還具備電壓監測功能。此外，XB5353A還能與主控芯片實時通信，將電池電壓變化信息反饋給主控芯片，從而推斷電池的剩余電量，并以數字形式在數碼管上顯示。



功率輸出電路由主板背面的主控芯片進行控制，大致電路如上圖所示。當按下擋位控制按鍵時，功率輸出電路開始工作，并且主控芯片會給電機回路上的三極管一個觸發信號，使電機回路導通，風扇開始轉動。當再次按下控制按鍵時，主控芯片就會通過PWM控制功率輸出電路的占空比，調整功率輸出電路的輸出功率，以此實現風扇檔位的切換控制。

結語

通過對該款無刷電機小風扇進行拆解，發現它最大的亮點在于只采用了一顆霍爾開關即可實現電機換向控制，這種設計十分簡潔高效，同時也為本就不貴的小風扇，帶來了成本、可靠性和性能等多方優勢。