一、什么是無刷直流電機

無刷直流電機，英文名稱 Brushless DC Motor，簡稱BLDC；

無刷直流電機的定子是線圈組，而轉子是磁鐵組，所以不需要用刷子把電流引到定子上，這就是無刷的來歷。

電機運動的原理都是依靠磁場，要么利用磁場的異性相吸，要么利用磁場的同性互斥。

無刷直流電機和有刷直流電機的主要區別在于，無刷電機電流的大小和方向是通過控制器來改變的。通常，定子有三組繞線，和控制電路相連，控制電路通過霍爾傳感器得知轉軸的位置，以此來判斷接下來哪幾相需要通電。控制系統不停地改變通電相，并改變電流大小，來實現不同扭矩的控制。控制器的原理在本文的后面詳細展開。

正因為無刷電機是通過電子換相，所以可靠性更高，運行更安靜，效率也更高。

通常無刷電機可以做得很小，并且擁有高扭矩重量比，當然，因為需要使用傳感器和控制器，成本也隨之升高。

無刷直流電機工作原理動圖

通過無刷直流電機工作原理動圖可以看出，一直在轉的那個玩意就是轉子，也是一塊磁鐵；不動的部分就是定子，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，從而控制電機的轉矩和轉向。

二、無刷直流電機的結構圖

三、無刷直流電機結構分析

上面兩幅圖就是無刷直流電機簡化的結構示意圖，端面上有三個霍爾傳感器（Hall Sensor），轉子轉動，形成變化的磁場，這個變化的磁場指的是方向發生了變化，而磁場的大小并沒有變化。

霍爾傳感器（可以先去熟悉下霍爾傳感器的原理回更好）感應這個磁場，每個傳感器可以輸出0或者1，所以3個傳感器可以輸出110，101等3位數的不同組合，這些組合代表轉子的不同位置。注意3號霍爾傳感器在1號和2號之間。

轉子是用永磁鐵做成，轉子轉動，3個霍爾傳感器被觸發或者斷開，感應轉子的位置，然后把位置信息告訴控制器，控制器就是根據轉子的位置信息來決定下一步哪些線圈通電，哪些不通電，簡言之就是實現電子換相（Electrical Commutation）。

所以，這里的霍爾傳感器起到溝通的作用，而這一點在有刷直流電機中，是用物理碳刷和機械換相器相互配合才得以實現。

四、霍爾傳感器在直流無刷電機中的作用

有霍爾傳感器，才實現了無刷，來看看三個霍爾傳感器是如何感應轉子的位置，然后告訴電機換相并實現連續旋轉的。

如上圖所示，一個磁極可以同時覆蓋兩個霍爾傳感器，在圖中所示的時刻，1號霍爾對準S極，而2號和3號霍爾對準N極，如果S極觸發霍爾，N極熄滅霍爾，那么上圖霍爾狀態可以表示100位置。

我們再來看看更細節的情況，如下圖，使電機順時針轉動：霍爾狀態和線圈通電次序的關系，轉子上S極附近有個小黑點，用來表示轉子的轉動方向。

驅動器一次給兩組線圈通電，另一組線圈不通電，這個在文章前面的動圖可以看出來。

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

現在，想要實現順時針旋轉，如何使用霍爾狀態，來切換線圈通電次序和通電方向？

舉例說明，比如霍爾感應是100狀態，也就是上面的第一張圖時，那么這個時候告訴驅動器接通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極和與其正對的轉子N極相互排斥，并且吸引和它較近的轉子S極，而線圈S極，則吸引轉子N極，實現順時針轉動。同理，可以推導其他霍爾狀態時，線圈應該如何通電。最后就形成如上圖所示的6個霍爾狀態，以及在此狀態下線圈應該從哪個線圈流入，從哪個線圈流出的順序圖。

如果把霍爾時序和繞組通電順序及方向，畫在一張圖上，就是下面這幅圖，這個理解起來要輕松一點。

理解了這兩幅圖，也就理解了無刷直流電機的工作原理。

原文鏈接：

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