說說直流無刷電機基本原理與驅動方式
2025-6-4 11:03:34 點擊：
直流無刷電機（Brushless DC Motor，BLDC）是一種基于電子換向技術的高效電機，具有長壽命、低噪音和高功率密度的特點。相比于傳統有刷直流電機，去掉了物理電刷和換向器，提高了壽命。配合FOC控制可以實現任意角度最大扭矩輸出，大大提高了電機效率。而且無刷電機采用正弦波控制可以降低紋波噪聲，使電機運轉更為平滑穩定，隨著其性能優勢和價格的降低，當前在很多場合已開始逐步推廣應用。
1.BLDC基本構成：
機械結構有定子，轉子和傳感器。定子通常為三相繞組線圈（星形或三角形連接），固定在電機外殼。轉子由永磁體（如釹鐵硼）構成，無需電刷或機械換向器。在有傳感器控制中，霍爾傳感器或編碼器用于檢測轉子位置，輔助電子換向。在無傳感器控制中，使用反電動勢檢測來判斷轉子位置，輔助電子換向。
通過控制器（如MCU或專用驅動芯片）驅動逆變電路驅動無刷電機，根據轉子位置信息配合核心處理器計算，按順序切換定子繞組的電流方向，產生旋轉磁場，驅動永磁轉子同步旋轉。其本質是控制磁場方向，通過電磁感應驅動轉子。
3.驅動電路：
控制核心配合三相逆變器驅動：由6個MOSFET/IGBT開關構成三相全橋控制。驅動回路圖如下：
4.控制方式：
方波驅動（梯形波驅動）
特點：控制簡單，成本低，但存在轉矩脈動和噪音。
實現：通過霍爾傳感器檢測轉子位置，按固定順序，一般稱為六步換相，控制切換三相繞組的通電狀態。
典型應用：風扇、電動工具等對成本敏感的場景。
正弦波驅動（FOC，矢量控制）
使用霍爾傳感器或無感算法（如反電動勢觀測器）獲取轉子位置。
特點：通過算法生成平滑的正弦電流，實現低噪音、高效率和高動態響應。算法更為復雜，對處理器的計算要求高。軟件開發難度較大。
實現：通過三相逆變器的開關狀態切換配合FOC算法，輸出正弦波驅動無刷電機。
典型應用：精密控制場景，如無人機、機器人、電動汽車。
1.BLDC基本構成：
機械結構有定子，轉子和傳感器。定子通常為三相繞組線圈（星形或三角形連接），固定在電機外殼。轉子由永磁體（如釹鐵硼）構成，無需電刷或機械換向器。在有傳感器控制中，霍爾傳感器或編碼器用于檢測轉子位置，輔助電子換向。在無傳感器控制中，使用反電動勢檢測來判斷轉子位置，輔助電子換向。
電機本體如下圖：
通過控制器（如MCU或專用驅動芯片）驅動逆變電路驅動無刷電機，根據轉子位置信息配合核心處理器計算，按順序切換定子繞組的電流方向，產生旋轉磁場，驅動永磁轉子同步旋轉。其本質是控制磁場方向，通過電磁感應驅動轉子。
3.驅動電路：
控制核心配合三相逆變器驅動：由6個MOSFET/IGBT開關構成三相全橋控制。驅動回路圖如下：
4.控制方式：
方波驅動（梯形波驅動）
特點：控制簡單，成本低，但存在轉矩脈動和噪音。
實現：通過霍爾傳感器檢測轉子位置，按固定順序，一般稱為六步換相，控制切換三相繞組的通電狀態。
典型應用：風扇、電動工具等對成本敏感的場景。
正弦波驅動（FOC，矢量控制）
使用霍爾傳感器或無感算法（如反電動勢觀測器）獲取轉子位置。
特點：通過算法生成平滑的正弦電流，實現低噪音、高效率和高動態響應。算法更為復雜，對處理器的計算要求高。軟件開發難度較大。
實現：通過三相逆變器的開關狀態切換配合FOC算法，輸出正弦波驅動無刷電機。
典型應用：精密控制場景，如無人機、機器人、電動汽車。
直流有刷電機和無刷電機特性對比：
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