无刷直流电机传感器及驱动剖析
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理
反电动势法无位置传感器无刷直流电动机控制原理1. 引言大家好，今天咱们来聊聊一个有趣又复杂的话题，那就是无刷直流电动机的控制原理。
听起来可能有点深奥，但别担心，我会尽量把它讲得简单易懂。
你知道吗，这种电动机在生活中可是随处可见，比如咱们的电动车、风扇，还有玩具车，真是名副其实的“万金油”啊！而说到控制这些电动机，反电动势法可谓是个绝妙的选择。
好，我们不啰嗦，赶紧进入正题吧！2. 无刷直流电动机的基础知识2.1 什么是无刷直流电动机？首先，得给大家科普一下，什么是无刷直流电动机。
顾名思义，这种电动机没有传统的刷子。
传统电动机就像一位大厨，得靠刷子来翻炒食材，而无刷电动机就像一台现代化的烤箱，省心又省力。
它的工作原理是通过电磁场的变化来驱动转子运动，这样一来，就能减少摩擦，降低能耗，噪音也小，真是个“安静”的家伙！2.2 反电动势是什么？接下来，我们聊聊反电动势。
这个名字听起来很吓人，其实它就像是一位“调皮的小鬼”，在电动机工作时，会逆着电流的方向产生一种电压。
这种反电动势就像是电动机在努力工作时，给自己制造的一种保护机制。
就好比一个人努力跑步时，突然感到累了，身体会自然而然地减速，反电动势就是这种“减速”效果的体现。
3. 反电动势法的控制原理3.1 如何实现控制？那么，反电动势法到底是怎么控制电动机的呢？其实，这个过程简单得令人惊讶。
控制器会实时监测电动机的反电动势，通过这个信号，判断电动机的转速和位置。
就像一个教练在旁边观察运动员的表现，根据运动员的状态调整训练方案。
这样一来，电动机就能在没有位置传感器的情况下，精准地控制转速，真是一举两得。
3.2 优势与挑战使用反电动势法的好处可多了，首先，省去了位置传感器这个“累赘”，降低了系统的复杂性，成本也随之降低。
其次，由于没有刷子，电动机的寿命大大延长，维护起来也更方便。
不过，挑战也是有的。
比如，启动时电动机的反电动势比较小，控制器可能一时之间“抓瞎”，这时候就需要一些聪明的控制算法来帮忙。
无刷直流电动机及驱动系统设计
无刷直流电动机及驱动系统设计无刷直流电动机是一种能够将电能转化为机械能的电机，它不仅具有高效率、高功率密度、大扭矩和高转速等优点，同时还能在宽范围内调整转速和控制扭矩。
因此，无刷直流电动机及其驱动系统设计成为了工业应用和个人消费电子产品中常见的一种电机类型。
无刷直流电动机驱动系统由电机本体、功率器件、传感器、微控制器和控制算法等组成。
首先，电机本体是电机的核心部分，包括转子、定子、磁铁和绕组等。
转子是电机的运动部分，由永磁体和轴承支撑。
定子是电机的静止部分，由铁芯和绕组组成。
磁铁是电机的永磁体，产生磁场以与永磁体上的磁场相互作用。
绕组是由导线绕制的线圈，通过流过电流产生磁场。
其次，功率器件是驱动系统的关键部分，用于将电能从电源转化为机械能。
一般采用MOSFET或IGBT等功率器件，以实现高速开关和较高电流能力。
它们能够承受高电压和大电流，并快速切换，使得电机能够根据控制信号调整转速和扭矩。
传感器是驱动系统中用于检测电机位置和转速的重要组成部分。
常见的传感器有霍尔传感器、反电动势传感器和编码器等。
霍尔传感器通过检测磁场强度变化来确定转子的位置，反电动势传感器通过测量绕组中电流变化产生的反电动势来确定电机的转速，编码器则能够提供更准确的位置和速度信息。
微控制器是驱动系统中负责控制电机运行的核心部件。
它包含了控制算法、控制逻辑和通信接口等功能，通过与传感器和功率器件进行交互来实现对电机转速、扭矩和方向的精确控制。
微控制器能够根据输入的控制信号，通过调节电流和电压来控制电机的运行状态。
最后，控制算法是驱动系统的重要组成部分，在实际应用中起到至关重要的作用。
常见的控制算法包括PID控制、电流环控制、速度环控制和位置环控制等。
PID控制通过调整比例、积分和微分控制器的系数来达到稳定控制的效果。
电流环控制通过直接或间接测量电机电流，以控制电机的转矩和速度。
速度环控制通过测量电机转速，并根据所需转速和实际转速之间的差异来调整控制信号。
无刷电机工作及控制原理(图解)
无刷电机工作及控制原理（图解)左手定则，这个是电机转动受力分析的基础，简单说就是磁场中的载流导体,会受到力的作用。
让磁感线穿过手掌正面,手指方向为电流方向,大拇指方向为产生磁力的方向，我相信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。
让磁感线穿过掌心,大拇指方向为运动方向,手指方向为产生的电动势方向。
为什么要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历，把电机的三相线合在一起，用手去转动电机会发现阻力非常大,这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，从而产生电流，磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力,大家就会感觉转动有很大的阻力。
不信可以试试。
三相线分开,电机可以轻松转动三相线合并，电机转动阻力非常大右手螺旋定则,用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。
状态1当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则,会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示),而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。
当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受的转动力矩最大。
注意这里说的是“力矩”最大,而不是“力”最大。
诚然,在转子磁场与外部磁场方向一致时,转子所受磁力最大,但此时转子呈水平状态,力臂为0,当然也就不会转动了。
补充一句,力矩是力与力臂的乘积。
其中一个为零,乘积就为零了。
当转子转到水平位置时，虽然不再受到转动力矩的作用,但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如下图所示，转子就会继续顺时针向前转动，状态２如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。
改变电流方向的这一动作，就叫做换相。
补充一句:何时换相只与转子的位置有关，而与其他任何量无直接关系。
第二部分：三相二极内转子电机一般来说，定子的三相绕组有星形联结方式和三角联结方式,而“三相星形联结的二二导通方式”最为常用,这里就用该模型来做个简单分析。
直流无刷电机驱动原理
直流无刷电机驱动原理直流无刷电机（BLDC）是一种新型的电机，它采用了电子换向技术，相较于传统的有刷直流电机，具有更高的效率、更低的噪音和更长的使用寿命。
在现代工业和家用电器中，直流无刷电机已经得到了广泛的应用，如电动汽车、空调、洗衣机等领域。
本文将介绍直流无刷电机的驱动原理，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
直流无刷电机的驱动原理主要包括三个方面，电子换向、PWM调速和闭环控制。
首先，我们来介绍电子换向技术。
传统的有刷直流电机通过机械换向实现电流的反向，而直流无刷电机则通过内置的传感器或者霍尔传感器来检测转子位置，从而实现电子换向。
当转子转动到特定位置时，电机控制器会根据传感器信号来切换电流的方向，使得电机能够持续地旋转。
这种电子换向技术不仅提高了电机的效率，还减少了摩擦和磨损，延长了电机的使用寿命。
其次，PWM调速是直流无刷电机的另一个重要驱动原理。
PWM（脉冲宽度调制）是一种调节电机转速的方法，通过改变电机输入的脉冲宽度和频率来控制电机的转速。
当需要调节电机转速时，控制器会改变PWM信号的占空比，从而改变电机的平均电压和电流，实现电机的调速功能。
这种调速方式不仅响应速度快，而且能够有效地节能减排，符合现代工业对节能环保的要求。
最后，闭环控制是直流无刷电机驱动的关键技术之一。
闭环控制通过传感器实时监测电机的转速和位置，将监测到的信号反馈给控制器，从而实现对电机的精准控制。
在一些对转速和位置要求较高的应用中，闭环控制能够保证电机的稳定性和精度，提高了电机的性能和可靠性。
总之，直流无刷电机的驱动原理涉及到电子换向、PWM调速和闭环控制这三个方面。
通过这些技术手段，直流无刷电机能够实现高效、低噪音、长寿命的工作特性，广泛应用于各个领域。
希望本文能够帮助读者更好地理解直流无刷电机的驱动原理，为相关领域的工程师和技术人员提供参考和借鉴。
直流无刷电机驱动原理
直流无刷电机驱动原理直流无刷电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种通过电子器件控制转子转动的电机。
与传统的有刷直流电机相比，直流无刷电机具有结构简单、寿命长、效率高等优点，因此在许多领域得到广泛应用，如家电、汽车、航空航天等。
直流无刷电机的驱动原理主要包括电机结构、电机控制器和传感器三个方面。
首先，直流无刷电机的结构由转子和定子组成。
转子上的永磁体产生磁场，而定子上的线圈通过电流产生磁场。
当电流通过定子线圈时，定子磁场与转子磁场相互作用，产生转矩，从而驱动转子转动。
其次，直流无刷电机的控制器是实现电机转动的关键。
控制器主要由功率电子器件和控制电路组成。
功率电子器件包括MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极型晶体管），用于控制电流的通断。
控制电路则根据传感器反馈的信息，控制功率电子器件的开关状态，从而实现对电机的控制。
最后，直流无刷电机的传感器用于检测电机的转子位置和速度。
常用的传感器有霍尔传感器和编码器。
霍尔传感器通过检测转子磁场的变化，确定转子位置。
编码器则通过检测转子的旋转角度和速度，提供更精确的转子位置和速度信息。
传感器的反馈信息被送回控制器，用于控制电机的转动。
总结起来，直流无刷电机的驱动原理是通过控制器控制功率电子器件的开关状态，使电流按照一定的顺序流过定子线圈，从而产生转矩驱动转子转动。
传感器则用于检测转子位置和速度，提供反馈信息给控制器，实现对电机的精确控制。
直流无刷电机驱动原理的应用非常广泛。
在家电领域，直流无刷电机被广泛应用于洗衣机、冰箱、空调等产品中，提高了产品的效率和可靠性。
在汽车领域，直流无刷电机被用于驱动电动汽车的电机，实现零排放和高效能。
在航空航天领域，直流无刷电机被用于驱动飞机的舵机和飞行控制系统，提高了飞行的稳定性和安全性。
总之，直流无刷电机驱动原理是一种高效、可靠的电机驱动方式。
通过控制器和传感器的配合，实现对电机的精确控制，使其在各个领域发挥出更大的作用。
无刷直流电动机驱动方式分析
无刷直流电动机驱动方式分析王敏荣，崔滨（西安电子科技大学电子工程学院，西安 710071）摘要：无刷直流电动机是一种应用非常广泛的电机，其结构简单，性能优越，发展前景广阔。
论文主要分析了二二导通方式和三三导通方式的原理和实现，基于dsPIC实现了无刷直流电机控制系统，并给出了硬件结构图及软件设计流程。
关键词：无刷直流电动机; 二二导通; 三三导通; dsPICThe Analysis of the Drive Modes for DCBrushless MotorWang Min-rong, Cui Bin(School of Electronic engineering, Xidian Univ. , Xi’an 710071)Abstract: The blushless DC motor is used widely in application. With it’s simple structure and high performance, the motor shows a broad prospect in industry. The principle and the realization of two-two turn-on mode and three-three turn-on mode based are analyzed in this paper. The control system for blushless DC motor is designed using dsPIC. The hardware system and the flow chart of software are given.key words: Blushless DC motor; two-two turn-on ; three-three turn-on; dsPIC1引言无刷直流电机是在有刷直流电动机基础上发展起来的一种新型机电一体化的直流电动机，它利用电子换向器取代机械电刷和机械换向器，使这种电机不仅保留了直流电机的原有的优良性能，而且具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点。
直流无刷电机的控制原理
直流无刷电机的控制原理
直流无刷电机的控制原理是通过电子器件对电机的相电流进行精确控制，使电机转子按照预定的角速度和方向旋转。
控制原理可以分为传感器式和无传感器式两种：
1. 传感器式控制原理：
- 电机内部安装有位置传感器，如霍尔传感器，用于检测转
子位置。
- 控制器根据传感器反馈的转子位置信号，通过运算得出所
需的相电流波形。
- 控制器将相电流波形通过功率放大电路输出给电机，驱动
电机产生力矩，并使转子旋转到预定位置。
2. 无传感器式控制原理（也称为电子换相）：
- 无传感器电机在转子上安装有永磁或磁体，用于产生磁场。
- 控制器通过测量电机绕组感应电动势的方式，实时估算转
子位置。
- 控制器根据估计的转子位置，即时计算出相电流波形。
- 控制器将相电流波形通过功率放大电路输出给电机，驱动
电机产生力矩，并使转子旋转到预定位置。
传感器式和无传感器式控制原理都利用了电子器件精确控制相电流，实现对电机速度和方向的控制。
无刷电机控制器通常使用微处理器，通过算法控制相电流波形，从而实现高性能、高效率的电机控制。
无刷直流电机的原理与驱动
无刷直流电机的原理与驱动
无刷直流电机是一种将直流电能转变为机械能的设备。
它与传统的刷式直流电机相比，具有更高的效率、更长的寿命和更低的噪音。
无刷直流电机的工作原理主要涉及三个部分：转子、定子和驱动电路。
首先，转子是电机的旋转部件。
它由多个永磁体组成，这些永磁体将会产生磁场。
当电机给定电流时，转子中的磁场仍然保持不变。
其次，定子是电机的固定部件。
它包括绕组和传感器。
绕组是由三组线圈组成的，通常称为A、B、C相。
每个相都包含多个线圈，它们按特定的顺序连接在一起。
而传感器则用来检测转子位置，通常采用霍尔元件进行检测。
最后，驱动电路是控制电机运行的关键。
在无刷直流电机中，驱动电路必须能够根据转子的位置和速度来调整电流的方向和幅度。
这通常通过硬件或软件来实现。
当转子的位置发生改变时，传感器会发送信号给驱动电路，从而使电流按照正确的顺序通过绕组。
总结而言，无刷直流电机依靠转子的磁场和定子的绕组以及驱动电路的控制来实现电能到机械能的转换。
这种电机在许多领域有广泛的应用，例如汽车、工业自动化和家用电器等。
直流无刷电机原理及驱动技术
直流无刷电机原理及驱动技术直流无刷电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种以电子换向的方式驱动的电机。
相对于传统的有刷直流电机，无刷直流电机具有更高的效率、更低的能量损耗、更长的寿命和更高的输出功率等优点，因此在许多应用领域得到了广泛应用。
直流无刷电机的工作原理比较复杂，它的转子由一组磁钢组成，分布在转子的外围，并以等间距排列。
在转子的外围，固定了一组电磁铁使得它们的磁极排列和磁铁相互间隔的磁极相对应。
电机通过控制器产生的脉冲信号，控制转子磁极的磁场的极性和强度。
当转子的磁场与电磁铁的磁场产生的磁力相互作用时，就会产生力矩推动转子旋转。
为了控制无刷电机的旋转方向和速度，需要使用电子换向技术。
电子换向可以通过测量转子位置并实时调整电流来实现。
电子换向通常通过三相电流反馈控制来实现。
这意味着需要三个传感器来测量电机的电流，并通过调整电流来实现换向控制。
无刷直流电机的驱动技术有多种，其中最常见的是基于PWM调制的驱动技术。
PWM调制将直流电源与电机连接，并以一定的频率调制电源电压，控制电机的运转速度和力矩。
这种驱动方式能够提高电机的效率，并减少能量损失。
此外，也可以使用传统的定向控制器来实现无刷电机的驱动，通过测量转子位置并控制定子线圈的电流来实现精确的转子控制。
在应用中，无刷电机的驱动技术还可以根据具体的需求进行调整。
例如，使用传感器和反馈控制器来实现闭环控制，可以提高驱动系统的响应速度和稳定性。
此外，还可以使用无传感器的反电动势控制技术，通过测量电机绕组的电流反电动势来测量转子位置，从而实现换向控制。
总之，直流无刷电机通过电子换向和驱动技术，实现了高效、低能耗、长寿命和高输出功率的特点。
在各种应用领域，比如磁盘驱动器、家用电器、汽车等，无刷电机都发挥了重要的作用。
进一步的研究和发展无刷直流电机驱动技术，可以进一步提高其性能，推动其应用范围的拓展。
霍尔传感器在无刷直流电机中的应用
当北极经过双极数字型霍尔传感器时，数 字霍尔传感器会转为释放状态，旋转的8 极磁体的每个北极与相邻的南极之间为45 度，因此，数字霍尔传感器在磁体转过45 度后，会由工作状态转为释放状态。如图 2为数字霍尔传感器控制的输出电平状态。
图2极型数字霍尔传感器的输出作为转子位置的编码器使用， 将磁体的位置和极性信息作为信号发送给逻辑电路，用于开断H形 桥式功率管，如图3，三相无刷直流电机典型驱动电路。
霍尔传感器在无刷直流电机中的应用
无刷直流电机的工作原理本质上与有刷电机类似，有刷直流电机采用机械的电刷 和换向器对绕组中的电流进行换向。而无刷电机采用电子方式对绕组电流换向。 直流电机中转矩是通过永磁体磁场和绕组中的电流相互作用产生的，在有刷电机 中，换向器通过切换电枢绕组实现电枢电流的换向与合适的磁场。而无刷直流电 机中，霍尔位置传感器探测转子旋转磁场的位置，通过逻辑与驱动电路，给相应 的绕组激励。总的说来，绕组根据电机永磁体的磁场作出反应，从而产生需要的 转矩。如图1是一种三相8极（四对磁极）无刷直流电机基本组成：
图1，无刷直流电机主要组成
旋转的永磁体转过双极型数字霍尔传感器时，会使双极 型数字霍尔传感器状态发生改变。如上图中8极磁体无 刷直流电机中，每两个南极之间相隔90度，霍尔传感 器相隔120度放置，此时霍尔传感器之间电角度相隔30 度。南极靠近时，双极型数字霍尔传感器转换工作状态， 当第一个数字霍尔传感器在0度电角度转为工作状态时， 第二个数字霍尔传感器在30度电角度时工作，第三个 数字霍尔传感器在60度电解时工作。
图3，三相无刷直流电机典型驱动电路
图中R1,S1,T1可以由上述信号驱动，而R2,S2,T2由上述信号 反相后驱动。这样，根据旋转磁体的位置，每对功率管会相 应地开通或判断，从而以正确的顺序、在正确的时间为电机 绕组提供电流。
无刷直流电动机驱动方式分析
无刷直流电动机驱动方式分析无刷直流电动机（BLDC）是一种通过电子器件控制旋转电机转子的直流电动机。
相对于传统的有刷直流电动机，BLDC电动机具有更高的效率、更长的寿命和更低的维护成本。
在工业、家电和汽车等领域得到了广泛应用。
无刷直流电动机的驱动方式包括传统的硬件控制驱动和现代的软件控制驱动。
传统的硬件控制驱动方式通常使用霍尔传感器进行转子位置反馈，以确定电机相位的开关时间，从而实现电机的正向和反向旋转。
这种驱动方式简单且成本较低，但霍尔传感器的安装和维护带来了一定的麻烦。
现代的软件控制驱动方式利用传感器上传的电机状态信息和控制算法，实时调整开关时间和相位电流，从而实现电机的高效能运行。
这种驱动方式通常称为“无传感器控制”或“传感器失效控制”，可以降低系统成本和提高可靠性。
其中一种常用的算法是电角度估算，通过计算电机的电流和电压来估算转子的实际角度。
另外，有些高端的驱动器则使用电磁回馈控制算法，通过直接测量电机的转矩和速度来实现更精确的控制。
无刷直流电动机的驱动方式也可以根据应用需求进行更多的划分。
例如，在一些需要高速度和高精度的应用中，通常采用矢量控制（也称为场定向控制）方式，通过实时调整电机的相位电流和频率来实现精确的转矩和速度控制。
而在一些需要高转矩和快速响应的应用中，通常采用直流转矩控制方式，通过实时调整电机的电流和转矩来实现高转矩和快速加速。
总的来说，无刷直流电动机的驱动方式包括传统的硬件控制驱动和现代的软件控制驱动。
无论采用哪种驱动方式，都需要根据具体应用需求选择适当的控制算法和硬件组件，以实现高效、安全和可靠的电机运行。
直流无刷电机电路
直流无刷电机电路引言直流无刷电机电路是现代电动机驱动系统中的重要组成部分。
本文将详细介绍直流无刷电机电路的工作原理、结构和应用，并分别探讨其优点和缺点。
直流无刷电机电路的工作原理直流无刷电机电路采用电子换向方式驱动电机。
其基本工作原理如下：1.传感器反馈信号：直流无刷电机电路通过传感器获取电机转子位置信息，以便确定正确的电流方向。
2.电子换向：根据传感器反馈信号，电机控制器准确定时刻对不同相位的绕组进行通电，从而实现电机转子的正常运转。
3.脉宽调制：电机控制器使用脉冲宽度调制技术控制电流的大小，从而实现电机转速和扭矩的调节。
直流无刷电机电路的结构直流无刷电机电路通常由以下几个组件构成：1.电机控制器：负责接收传感器反馈信号，并根据需要控制电机的运行状态和参数。
2.电源：为电机和控制器提供所需的电能。
3.传感器：用于检测电机转子位置信息并反馈给控制器。
4.绕组：直流无刷电机绕组是由多个电磁线圈组成的，通过通电引起电磁场的变化，从而驱动电机转子运动。
直流无刷电机电路的优点与传统的直流有刷电机电路相比，直流无刷电机电路具有许多优点，包括：1.高效率：由于电子换向的方式，直流无刷电机电路可以减少能量损耗，提高电机的效率。
2.高转矩密度：直流无刷电机电路可以通过脉宽调制技术实现更高的电流，从而提供更大的转矩。
3.长寿命：由于无刷电机电路不需要刷子和集电环，因此减少了机械磨损和摩擦，从而延长了电机的使用寿命。
4.低噪音：直流无刷电机电路没有电刷的摩擦和火花，因此噪音更低。
直流无刷电机电路的缺点尽管直流无刷电机电路具有许多优点，但也存在一些缺点，包括：1.复杂性：直流无刷电机电路相对于有刷电机电路更为复杂，需要更先进的控制算法和更高的技术要求。
2.成本：直流无刷电机电路的制造和维修成本较高，因为其复杂性和需要使用专用材料和技术。
直流无刷电机电路的应用直流无刷电机电路广泛应用于各个领域，包括但不仅限于：1.电动工具：直流无刷电机电路可用于驱动电动锤、电动钻等电动工具，提供高效、可靠的动力输出。
直流无刷电机及其驱动技术
直流无刷电机的未来发展趋势
05
智能化随着智能化技术的不断发展 ，直流无刷电机将实现更加智能化和自适应化的控制和调节。
节能环保化随着全球环保意识的不断提高 ，直流无刷电机的节能环保技术将不断创新和发展 ， 以降低能耗和减少对环境的影响。
高性能化为满足高精度、高速度和高效能等要求 ，直流无刷电机将继续朝着高性能化方向发展。
控制电路
控制方式
调速方法
直流无刷电机的控制方式
直流无刷电机的驱动技术
03
01 电源模块为电机提供电能 ， 同时隔离输入电源和电机 ，保护人身安全。02 控制电路产生控制信号 ，控制开关管的导通和关断 ，进而控制电机的旋转。03 驱动电路将控制信号放大 ，驱动电机旋转。
直流无刷电机驱动电路的基本组成
全桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转、停止和发电状态 ，适用于高速、高转矩 的应用场景。
半桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止 ，适用于低速、低转矩的应用场景。
H桥驱动电路通过控制开关管的导通和关断 ，实现电机的正反转和停止。
本文的章节安排
直流无刷电机的基本原理
02
结构
定义
直流无刷电机的定义与结构
工作原理直流无刷电机通过位置传感器实时监测转子的位置 ，控制器根据位置传感器的信号来控制功率电路的通断 ，从而控制电机的转向和转速。
特点直流无刷电机具有高效率、高可靠性、低维护和长寿命等优点。
直流无刷电机的工作原理
直流无刷电机在汽车领域的应用
01
02
03
高性能要求直流无刷电机可以满足航空航天领域对高性能电机的需求 ，具有高精度、高温、高防护等级 等要求。适应恶劣环境直流无刷电机可以在恶劣环境中稳定运行 ，适应航空航天领域复杂的环境条件。
BLDC以及霍尔位置传感器驱动设计..
结构上BLDC与PMSM有些相似，但有两点不同： BLDC的转子磁极经专门的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场。而 PMSM的气隙磁场是正弦波的。 BLDC的定子绕组结构使之产生的反电势是梯形波的。而 PMSM绕组结构产生正弦型的反电势。
PMSM定子绕组产生正弦型的反电势
BLDC的定子绕组产生的反电势是梯形波
力矩的波动
换相转矩脉动：每次换向时，由于绕组电感的作用电流不能突变，电流的过渡过 程 产生力矩波动。 由于转矩存在波动，限制了它Байду номын сангаас高精度的速度、位置控制系统中的应用。
4）如何实现速度的控制？
改变定子绕组电压的幅值即能改变电机速度。
3、电机特性
在BLDC电机中，力矩正比于电流，速度正比于电压，反电势正比于电机转速，因此其控制特性与机械特性均与直流电机基本相同。
如果间隔60度，则输出波形相差60度电角度。 间隔120度与60度的二进制编码是不同的。
例：假定定子绕组为3相，转子为2对极，3个霍尔传感器间隔 60度按圆周分布，由6只晶体管组成的桥式电路给电机供电，分析其换相过程。
从霍尔传感器输出的二进制编码控制6个功率管的导通，可由逻辑电路实现，也可由软件编程实现。
说明BLDC的旋转磁场是如何产生的 与直流伺服电机和交流永磁伺服电机比较，直流无刷伺服电机有什么特点？
OVDCOND寄存器的值由霍尔传感器输出的二进制编码绕组通电顺序决定。
A+C- A+B- C+B- C+A- B+A- B+C-
例1 由单片机控制的BLDC系统：
例2 单片三相无刷直流电动机控制器SI9979
SI9979特点
霍尔传感器输入信号处理，60及120度间隔选择，提供霍尔传感器电源。 自动换相功能 集成逆变器高端驱动 PWM输入及处理 电流限制，欠电压保护 20到40电源电压
无刷电机驱动的工作原理
无刷电机驱动的工作原理无刷电机驱动器（Brushless Motor Driver）是一种能够控制无刷电机转速和位置的电路装置。
相比传统的有刷直流电机驱动器，无刷电机驱动器无需以机械接触的方式来实现电刷和电机转子之间的同步，具有结构简单、可靠性高、寿命长等优点。
本文将从无刷电机原理、无刷电机驱动器的工作原理以及无刷电机驱动器的类型等方面进行详细解析。
一、无刷电机原理无刷电机的工作原理基于电磁感应的原理，利用磁场的作用力来实现电机的转动。
无刷电机由定子、转子和传感器等主要组成部分。
定子上绕有若干组线圈，通过施加不同频率、不同相位的电流，产生旋转电磁场。
转子上的永磁体被旋转电磁场作用力推动，从而带动电机的转动。
二、无刷电机驱动器的工作原理无刷电机驱动器作为无刷电机的控制核心，起到了控制电机转速和方向的作用。
无刷电机驱动器通常由功率电路、控制逻辑电路和电源电路三部分组成。
1. 功率电路：无刷电机驱动器的功率电路主要由多个功率MOSFET和驱动电路组成。
每个功率MOSFET控制着一个线圈，通过调整电流与电压的变化，来改变线圈的磁场，从而实现电机的转动。
驱动电路则负责产生用于控制功率MOSFET导通和关断的小信号脉冲。
2. 控制逻辑电路：无刷电机驱动器需要通过控制逻辑电路对电机的转速和方向进行控制。
通过对传感器测量的数据进行处理，控制逻辑电路可以判断旋转角度和速度，并将控制信号发送给功率电路，使其在合适的时间点打开或关闭相应的功率MOSFET。
3. 电源电路：无刷电机驱动器的电源电路负责为控制逻辑电路和功率电路提供稳定的电源。
一般情况下，电源电路采用整流、滤波和稳压等电路结构，将输入电源（一般为直流电源）转换为电机所需的电压和电流。
无刷电机驱动器的工作原理可以简单概括为：控制逻辑电路通过传感器测量的数据来判断电机的转速和位置，并将控制信号传递给功率电路。
功率电路根据控制信号的驱动，控制功率MOSFET的开关，以改变线圈的电流和磁场大小，从而控制电机的运动。
无刷直流电机驱动方案
无刷直流电机驱动方案引言无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）由于其高效率、高转速、高力矩密度等优点，在众多工业和消费电子设备中得到广泛应用。
而BLDC电机的驱动方案则是保证其正常运转和性能发挥的核心要素。
本文将介绍无刷直流电机驱动方案的基本原理和常见的控制方式。
同时，还会讨论一些常见的驱动方案，并比较它们的特点和适用场景。
无刷直流电机的基本原理电机结构BLDC电机的结构与传统的直流电机相似，都由转子、定子、电刷和永磁体组成。
但其不同之处在于BLDC电机的转子上没有电刷，而是通过控制器来实现对定子绕组的电流控制。
工作原理BLDC电机采用电子换向技术，通过控制器对定子绕组的电流进行精确控制，从而实现电机转子的正常运转。
具体而言，BLDC电机的驱动过程可以分为六个步骤：1.磁极A和磁极B受到电流，而磁极C不受电流，此时A磁极和B磁极之间产生差异磁场，转子受到力矩作用转动；2.当转子旋转到一定角度时，磁极A与磁极B之间不再有差异磁场，此时磁极A和磁极C之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；3.转子继续旋转，磁极A与磁极C之间不再有差异磁场，此时磁极B和磁极C之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；4.转子继续旋转，磁极B与磁极C之间不再有差异磁场，此时磁极B和磁极A之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；5.转子继续旋转，磁极B与磁极A之间不再有差异磁场，此时磁极C和磁极A之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转；6.转子继续旋转，磁极C与磁极A之间不再有差异磁场，此时磁极C和磁极B之间产生差异磁场，继续驱动转子旋转。
通过不断地交替改变电流的流向，BLDC电机可以实现高效、平稳的运动。
无刷直流电机的驱动控制方式传感器反馈控制传感器反馈控制是一种常见的BLDC电机驱动方式，通过磁编器或霍尔效应传感器等装置，实时检测转子位置和转速，并反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息，控制定子绕组的电流，从而实现对电机的精确控制。
直流无刷无感电机测试结果及结果分析
直流无刷无感电机测试结果及结果分析
5.1 H_PWM_L_PWM的波形
直流无刷电机的驱动波形有很多种方式可以选择，比如：PWM_ON调制、ON_PWM调制、H_PWM_L_ON调制、H_ON_L_PWM调制、H_PWM_L_PWM调制。
我选用的是H_PWM_L_PWM调制方式[9]，图23是六路PWM的其中两路，其他的几路基本都一样，用来控制直流无刷电机的顺利运转。
图23 H_PWM_L_PWM波形
5.2端电压对地波形
图24是电机对地的电压波形，和原理的很接近，也算理想。
图24 端电压对地波形
5.3位置检测波形
电机的位置检测波形图如下所示，它是通过模拟中性点[10]得到的，经过光耦隔离输入到单片机的霍尔接口，通过判断单片机接口的电平来驱动电机的旋转步伐，单片机接口电平如表2所示。
图25为位置检测的波形虽然有点毛刺，但经过单片机内部的软件滤波，仍然能够好的识别电机转子的位置，并进行电机的换相。
图25 位置检测波形
表 2 位置检测电平
5.4电流波形
直流无刷电机刚启动时的电流非常大，此时容易烧坏电机，因此要加保护电路，驱动电路也要有足够的电流驱动能力，否则电机转不起来。
示波器观察的波形如何下图26所示，符合电机启动的原理电流波形[11]。
图26 电流波形图
5.5实物图
图27是动手焊的电路板，是直流无刷电机的驱动电路板，驱动电路用的集成模块IPM构成。
该电路很好的实现了无刷电机的启动、停止及转速控制能功能。
达到了预期效果。
图27 实物图。
无刷直流电机驱动器原理
图1 第2章 无刷直流电机的驱动原理驱动方式的理论分析一、主要器件MOSFETMOSFET 又称金属-氧化物半导体场效应晶体管,可分为N 型和P 型两种,又被称为NMOSFET 与PMOSFET;如图1所示,一块P 型硅半导体材料作衬底,在其面上扩散了两个N 型区,再在上面覆盖一层二氧化硅SiO2绝缘层,最后在N 区上方用腐蚀的方法做成两个孔,用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G 栅极、S 源极及D 漏极,如图所示;在驱动器上用到的MOSFET 是在其上反并联一个二极管,该二极管通常被称为寄生二极管;由于添加了二极管的缘故,从而使其没有了反向电压阻断的能力;一般使用时在栅源极间施加一个-5V 的反向偏执电压,目的是为了保证是器件导通,噪声电压必须阈值门控栅极电压和负偏置电压之和; MOSFET 的使用方法和三极管的使用方法几乎类似,都是采用小电流的方式来控制大电流,这在模拟电路中经常用到;如图2所示,在无刷电机驱动器中使用MOSFET 主要是在MOSFET 的栅源极施加一个寄生二极管;二、单相半波逆变器原理如图3所示是单相半波逆变器的原理图;对其工作状态分析如下：第一个工作状态,v1导通,负载电压等于Ud/2,从而使负载电流与电压同向;第二个工作状态,v2关短后,负载电流流向vd2,使得负载上的电压变为-Ud/2;但随着时间的推移会使负载的电流最终变为0;第三个工作状态,v2导通,使得负载中出现了负电压和负电流;第四个工作状态,v2关断造成vd2正向偏置,得负载电压变为Ud/2; 图2图3 图2图4 如果电压为横坐标u,电流为竖坐标i 的话,那么通过上面四个状态就可以是电流和电压在四个象限内轮流工作;因此,采用一定的方法通过控制v1和v2的导通时间就可以达到控制负载上电流和电压按照一定的频率来轮换着工作;但是上面的变换有一些缺点;例如,在任何时刻加载在负载上的电压都是全部电压的一半;假如咋某个时刻对于功率额定的器件,电压减半后会使电流变为原来的两倍,同时又欧姆定律可知这时的发热会变为原来的次方倍;这对于器件来说会造成更大的风险;另外电压只能在最大电压的一半,没办法为0V,那就会是器件造成更大的波纹度;三、三相逆变电路原理如图所示由单项桥的原理来分析三相桥电路;每个负载由两个上下桥臂共同连接,中间是连接在一起的没有中心线的星型连接方式;中点电压有桥臂上下开关器件的开关状态所决定;假定每一相的桥臂在任意给定时刻均有一个开关器件的导通;当开关的一个关断时,该相电流就会流到另一的反向二极管上;但是开通每相桥臂开关和关断桥臂开关的时候需要预留足够的时间,以免造成直流供电电源的短路;通过原理可以看出来,只要控制每一相的上下桥臂的导通时间就可以控制每相上的电流和电压;以此设计驱动器的目的就是为了更好的控制导通的时间,也可以用导通的占空比来表示;电机控制原理一、旋转运动的过程直流无刷电机首先是通过位置传感器检测到电机转子的位置,这里用到的传感器主要有旋转变压器、霍尔元件、正交编码器、光电开关等;然后根据检测到转子的位置开启或者关闭相应的mos 管电路已达到控制电机的目的;如图4所示,上面三个mos 管分别为Q1、Q2、Q3统称为上桥臂,而下面三个Q4、Q5、Q6统称为下桥臂;当mos 管导通时,电流流经无刷直流电机的电枢,使流经的电流方向与磁场方向成90度,从而通过电机线圈产生的磁场与无刷直流电动机内部原有的磁场相作用,推动电动机转动;但这并不能一直转动下去;因此,当电机旋转过一定的角度有就需要改变mos 管的导通顺序,继续使通电线圈与定磁场成90度;通常情况下导通的mos 管是一组桥臂的上桥臂和另外一组的下桥臂,但是绝对不能同时导通一组桥臂的上下两个桥臂;因为这样会使电源出现短路,烧坏元器件;二、导通时间和频率的确定改变mos管导通的时间和导通频率来实现对电机参数的控制,通常情况下这种技术成为脉冲宽度调制技术,也被成为pwm控制方式;实现pwm的方案有很多,但是都需要实现以下几点：1.通过pwm信号和比较信号来产生控制信号;2.通过指令信号的采样来产生pwm 的占空比;。
无刷直流电机的工作原理(带霍尔传感器)
无刷直流电机的工作原理无刷直流电机的控制结构无刷直流电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响：N=120．f / P。
在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。
无刷直流电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。
也就是说无刷直流电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
无刷直流驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。
不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。
换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。
控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。
无刷直流电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。
但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
（图一）无刷直流电机的控制原理要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如 下（图二） inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。
无刷直流电机霍尔传感器原理
无刷直流电机霍尔传感器原理
无刷直流电机霍尔传感器原理
一、什么是无刷直流电机霍尔传感器
无刷直流电机霍尔传感器是一种新型电机控制系统，是运用传感器技术将电机的转速和位置转变为电信号的情况，可以被用于电动机和控制算法上，从而避免转子反复加载，以减少轨道 1 的变化，保持使用时机械精密寿命及稳定性，更主要地是改善电机的动态性能，也提高机械定位的精确度，因而被广泛应用于多种行动控制系统中。
二、霍尔传感器的工作原理
1、电磁原理：电磁原理是指应用于霍尔传感器的基本原理。
当固定激励磁体和相对的变动磁体被组合，在磁体变动的情况下，空气内的磁场将会不断变化。
2、空气磁场与电流接收电感共振：空气磁场将激励电感，电感上的电容将把微弱空气磁场变换成脉冲电流。
3、调变接收电感接收：调变接收电感接收脉冲电流，并将其转变为电压输出，以此完成从空气磁场到电势变化的过程。
三、霍尔传感器优势特点
1、高精度：采取激励电感的共振原理，由于磁性材料变化不会影响霍尔传感器的表现，可高精度地测量转子的转速、方向和位置。
2、高可靠性：大变压驱动，具有超高的稳定性，守恒性好，低维护，耐干热、耐雨、耐油、耐酸碱等特点。
3、小体积轻重量：小体积、质量轻，占空间小，方便安装，并且多种功能都可以实现，具有高抗干扰能力。
4、低损耗、经济有效：高效损耗低，低能耗，运行电流小，电源稳定，能够节省能源，降低成本。
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2）光电三极管
光电三极管比具有相同有效面积的光电二极管的 光电流大几十至几百倍，但响应速度较二极管差。
工作原理 （1）光电转换 （2）电流放大
15
工作原理
光敏晶体管与一般晶体管很相似, 具有两个PN结, 只是它的 基区一边做得很大, 以扩大光的照射面积。
5
1、开关式霍尔传感器
1）概述：
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，可以 检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使 用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。
2）特点：
霍尔器件具有许多优点：结构牢固，体积小，重 量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动， 不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
罚担罚
10
5）产生位置信号的原理
开关式霍尔传感器
11
4.3 无刷直流电动机的位置传感器
4.3.1 方波运行
2.红外光断续传感器
VCC
UO 红外光传感器外形
遮光片 外部接线电路
GND
U
θ V
θ
W
遮光片
三相输出信号
θ
12
1）光电二极管
工作原理与电池相似，利用光子引起的电子跃迁将光信号 转变成电信号，光生电流与光强成正比。
28
2. 编码器的结构
光电式脉冲编码器
29
2. 编码器的结构
接触式
30
3. 编码器工作原理
（1）增量式脉冲编码器
印
园光栅 指示光栅
刷 光源
光电元件
电
结
路
构
板
图 A
旋转轴
护罩
底低座坐
A向
31
（1）增量式脉冲编码器
指示光栅有两组线纹A和B，每组线纹 的节距和圆光栅的节距相同，但A、B两组 线纹彼此错开1/4个节距，每组线纹与旋转 圆光栅配合产生两路脉冲A和B用于记数和 辩向。
Vs
S1
S2
θ B2
B1
Z
19
一、旋转变压器
1.5
1
激 磁 0.5
信
0
号
-0.5
-1
-1.5 0
1
输 0.5
出
信
0
号
-0.5
-1 0
旋转变压器的工作波形
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
时间
6
6 20
一、旋ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变压器
3. 旋转变压器的种类
激
激
磁
磁
绕
绕
组
组
输 出 绕 组
两相旋转 变压器
输 出 绕 组
三相旋转变压器
第四章 无刷直流电动机及其控制系统
内容提要
引言 有刷直流电动机的电磁关系 无刷直流电动机系统结构及原理 无刷直流电动机的位置传感器 无刷直流电动机系统的功率驱动电路 无刷直流电动机控制系统及应用
1
4.3 无刷直流电动机位置传感器
1、位置传感器的作用
通过检测磁极与定子各相绕组轴线的相对位置，控制电机 定子绕组的通电方向。
脉 冲 编
光电式
增量式脉冲编码器 接触式
码
电磁感应式
器 的 分 类
绝对式脉冲编码盘
光电式 接触式
电磁感应式
27
1. 编码器（脉冲编码器）分类
光电编码器
原理：一种角度（角速度）检测装置，它将输入 轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电 脉冲或数字量 优点：体积小，精度高，工作可靠, 接口数字化等 应用：广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、 机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的 装置和设备中
6
3）霍尔元件 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
7
3）霍尔元件
霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳体组成， 如下图示。
8
3）霍尔元件
1. 旋转轴 2. 阻磁盘 3. 永磁体 4. 霍尔
几种典型结构
9
4）测量原理
当光照射在集电结上时,就会在结附近产生电子-空穴对, 从 而形成光电流,相当于三极管的基极电流。由于基极电流的 增加, 因此集电极电流是光生电流的β倍, 所以光敏晶体管 有放大作用。
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2）光电三极管
光敏三极管有两个PN结。与普通三极管相似，有电流增 益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有 引出线，只有正负（c、e）两个引脚，所以其外型与光敏 二极管相似，从外观上很难区别。
将旋转变压器输出的模拟量信号转化为数字信号
型号：AD2S80A
23
AD2S80A内部结构图
24
AD2S80A连接图
25
二、编码器（脉冲编码器）
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置， 能将机械转角变换成电脉冲。
优点： 易于与数字电路接口 成本低廉 体积小，安装方便
26
1. 编码器（脉冲编码器）分类
4.3.1 方波运行用位置传感器
检测信号为方波，只在 转子位置的某些特征点 产生跃变，经过简单的 逻辑变换就可以产生绕 组电流导通逻辑信号 （功率开关控制信号）
HA
0
θ
HB
0
θ
HC
0 30
150
270 360
θ
单相通电方式位置信号
4
4.3 无刷直流电动机的位置传感器
4.3.1 方波运行用位置传感器 1. 开关式霍尔传感器 2. 红外光断续传感器
方波运行用位置传感器：特征点位置信号
正弦波运行用位置传感器：连续位置信号
2、位置传感器的主要分类
磁敏式
光电式
磁电式
2
4.3 无刷直流电动机位置传感器
一、方波运行用位置传感器
（开关型位置传感器） 检测信号为方波
二、正弦波运行用位置传感器
（跟踪型位置传感器） 可以检测磁极的实时位置
3
4.3 无刷直流电动机位置传感器
两相旋转变压器的输出电压
u1 um sin p sin t u2 um cos p sin t
三相旋转变压器的输出电压
u1 um sin p sin t u2 um sin( p 1200 )sin t u3 um sin( p 1200 )sin t
21
一、旋转变压器
22
一、旋转变压器 4. 旋转变压器的专用数字芯片 作用
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4.3.2 正弦波运行用位置传感器
输出连续的位置信号
一、旋转变压器
输出连续的位置角度的正弦信号
二、编码器
输出连续的位置角度
18
一、旋转变压器
1.旋转变压器的结构
结构与两相绕线式感应电机相似，
定子+转子，电磁学原理
2. 旋转变压器工作原理
基本工作原理
Vs Vm sint VB KVs sin KVm sin sint
光敏二极管的结构与一般二极管相似。 它装在透明玻璃外 壳中, 其PN结装在管的顶部, 可以直接受到光的照射。
将光敏二极管的PN 结 设置在透明管壳顶部 的正下方
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工作原理
光照射在PN结上； 无光照时, 反向电阻很大, 反向电流很小（暗电流）。 光照射PN结时, 光子打在PN结附近, 使PN结附近产生光 生电子和空穴对。它们在PN结处的内电场作用下作定向 运动, 形成光电流。光的照度越大, 光电流越大。