無(wú)刷直流電機由電動(dòng)機主體和驅動(dòng)器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。 無(wú)刷電機是指無(wú)電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，又稱(chēng)無(wú)換向器電機。早在十九紀誕生電機的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機，這種電動(dòng)機得到了廣泛的應用。但是，異步電動(dòng)機有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機技術(shù)發(fā)展緩慢。上世紀中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無(wú)刷電機就應運而生了。這種新型無(wú)刷電機稱(chēng)為電子換向式直流電機，它克服了第一代無(wú)刷電機的缺陷。

　　無(wú)刷直流電機工作原理

　　無(wú)刷直流電機由電動(dòng)機主體和驅動(dòng)器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。 電動(dòng)機的定子繞組多做成三相對稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機十分相似。電動(dòng)機的轉子上粘有已充磁的永磁體 ，為了檢測電動(dòng)機轉子的極性，在電動(dòng)機內裝有位置傳感器。驅動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動(dòng)機的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號，以控制電動(dòng)機的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來(lái)控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。

　　直流電機具有響應快速、較大的起動(dòng)轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，但直流電機的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因為直流電機要產(chǎn)生額定負載下恒定轉矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì )造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制。交流電機沒(méi)有碳刷及整流子，免維護、堅固、應用廣，但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復雜控制技術(shù)才能達到�，F今半導體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅動(dòng)電機的性能。微處理機速度亦越來(lái)越快，可實(shí)現將交流電機控制置于一旋轉的兩軸直角坐標系統中，適當控制交流電機在兩軸電流分量，達到類(lèi)似直流電機控制并有與直流電機相當的性能。

　　無(wú)刷直流電機特點(diǎn)：

　　1、可替代直流電機調速、變頻器+變頻電機調速、異步電機+減速機調速；

    2、具有傳統直流電機的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又取消了碳刷、滑環(huán)結構；

　　3、可以低速大功率運行，可以省去減速機直接驅動(dòng)大的負載；

　　4、體積小、重量輕、出力大；

　　5、轉矩特性?xún)?yōu)異，中、低速轉矩性能好，啟動(dòng)轉矩大，啟動(dòng)電流��；

　　6、無(wú)級調速，調速范圍廣，過(guò)載能力強；

　　7、軟啟軟停、制動(dòng)特性好，可省去原有的機械制動(dòng)或電磁制動(dòng)裝置；

　　8、效率高，電機本身沒(méi)有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速耗，綜合節電率可達20%~60%。

　　9、可靠性高，穩定性好，適應性強，維修與保養簡(jiǎn)單；

　　10、耐顛簸震動(dòng)，噪音低，震動(dòng)小，運轉平滑，壽命長(cháng)；

　　11、不產(chǎn)生火花，特別適合爆炸性場(chǎng)所，有防爆型；

　　12、根據需要可選梯形波磁場(chǎng)電機和正弦波磁場(chǎng)電機。

　無(wú)刷直流電機的PWM調制方式介紹

　　圖1為三相無(wú)刷直流電機的驅動(dòng)部分示意圖，主要包括霍爾信息的采集，以及根據霍爾信號對三相逆變器做對應的調制，三相逆變器PWM的開(kāi)關(guān)順序已經(jīng)PWM的占空比是調制的主要內容，不同的調制方式對BLDC的運行性能有很大影響，近年來(lái)隨著(zhù)電機控制系統越來(lái)越精細，在原來(lái)常見(jiàn)的方波120度脈寬調制基礎上，正弦脈寬調制（SPWM）和空間矢量脈寬調制（SVPWM）出現，使電機脈動(dòng)降低、電流波形畸變減小，但后兩者的算法比較復雜，本文將對三種調制方式逐一地介紹其特性、原理及計算細節。安森美半導體LC08000M芯片集成這三種調制方式，適合應用在BLDC的驅動(dòng)。

　　1. 方波120度脈寬調制

　　利用霍爾值（每個(gè)電氣周期6次變化），改變UVW相電流流向，但同一霍爾值內電流流向不變，任何時(shí)刻只能一相的上橋和另一相的下橋導通，這種控制方式簡(jiǎn)單，但存在最大60度的轉矩偏角，效率降低，同時(shí)會(huì )伴有轉動(dòng)噪音。

　　圖2： Hall狀態(tài)與PWM、三相反電動(dòng)勢、三相電流的對應關(guān)系

　　在上橋下橋PWM開(kāi)關(guān)控制順序不同，我們可以做出下面5種模式的選裝。

　　LC08000M為了減小在換相時(shí)轉矩的波動(dòng)，采用了PWM值過(guò)渡方式，這一處理能有效降低了轉動(dòng)噪音。

　　圖3：LC08000M 方波120°脈寬調制的PWM與霍爾關(guān)系的對應圖

　　2. 正弦脈寬調制（SPWM）

　　疊加在MOS管的直流電壓可以通過(guò)PWM開(kāi)關(guān)控制來(lái)等效成正弦電壓，由于中性點(diǎn)為0，因此電機的相電壓也為正弦，從而使得電機相線(xiàn)電流也成正弦變化規則，消除了轉矩波動(dòng)。根據面積等效原理，正弦波還可以等效成PWM波。

如圖5所示，通過(guò)這種方式我們不停的調整PWM的占空比來(lái)實(shí)現正弦電壓效應。

　　圖3：正弦波與PWM波的等效圖

　　正弦脈寬調制需要知道ωt的詳細值，而我們從$霍爾元件只可以讀取到60°120°180°240°360°這個(gè)6個(gè)大體的位置信息，所以我們需要從前幾次霍爾值變化的間隔時(shí)間推算出60度內的內角度。在電機靜啟動(dòng)情況下，我們無(wú)法推算出內角度信息，因此啟動(dòng)情況下，我們還是要采用方波120度脈寬調制方式啟動(dòng)，但電機得到一個(gè)穩定轉動(dòng)后，我們可以推算出內角度，就可以切換成正弦脈寬調制方式。

　　推算內角度方法：如圖6-1首先計算出每個(gè)60°需要的時(shí)間，除以PWM周期的時(shí)間可以計算出60°內PWM的次數，從而得到60°內每增加1個(gè)PWM時(shí)內角度增加的值，在加上通過(guò)霍爾值對應的大角度值就得到當前的角度;UVW三相彼此相差120°相位。