無處不在的無刷電機，你了解多少？

前面幾期芝識課堂里，我們圍繞東芝TX03系列MCU的基本情況和內核以及外圍電路等細節進行了詳細的介紹，接下來請隨我們一起來學習電機控制的相關知識吧！在電機控制領域里，無刷電機是目前應用最為廣泛的電機類型之一?，F在，就請大家跟我們一起認識在生活中無處不在的無刷電機！

電機的歷史始于19世紀初電磁現象的發現，并逐漸成為工業化時代最重要的電子系統之一。隨著技術發展，工程技術人員們發明了許多類型的電機，包括直流（DC）電機、感應電機和同步電機。

作為永磁同步電機（PMSM）的一種，無刷電機歷史悠久。但在最初時期，由于其啟動和變速困難，除具有昂貴控制機構的工業應用外，一直未被廣泛應用。然而近年來，隨著強大的永磁體的改進以及人們節能意識的增強，無刷電機在各個領域都得到了飛速的發展。

直流有刷電機與無刷電機的區別

直流有刷電機（通常簡稱直流電機）具有可控性好、效率高、易小型化等特點，是最常用的電機類型。相比于直流有刷電機，無刷電機不需要電刷和換向器，因而其使用壽命長、易于維護、運行噪音低。此外，它不僅具有直流電機的高可控性，還擁有較高的結構自由度，易于嵌入設備中。得益于這些優勢，無刷電機的應用逐漸擴展，目前其在工業設備、辦公自動化設備和家用電器上都得到了廣泛的應用。

圖1 直流有刷電機和無刷電機的結構區別

直流無刷電機和永磁同步電機（PMSM）的結構基本相同。然而，直流無刷電動機既是一個電機家族（包括PMSM和步進電機），又是一個獨立的電機類型。如下圖所示，其可根據電機的旋轉方式進行多種分類。

圖2 直流無刷電機的分類

無刷電機的工作情況

無刷電機在工作時，首先將永磁體用作轉子（旋轉側），線圈用作定子（固定側）。然后外部逆變電路根據電機的旋轉控制電流到線圈的切換，無刷電機與檢測轉子位置的逆變電路配合使用，并根據轉子位置將電流引入線圈。

轉子位置檢測方法主要有三種：一是電流檢測，電流檢測是磁場定向控制的必要條件；二是霍爾傳感器檢測，利用三個霍爾傳感器，通過轉子的磁場檢測轉子位置；三是感應電壓檢測，通過轉子旋轉產生的感應電壓變化來檢測轉子位置，這是無感電機的位置檢測方法之一。

圖3 直流無刷電機的工作流程

無刷電機有兩種基本控制方法。此外，還有一些控制方法需要復雜的計算，如矢量控制和弱場控制。

方波驅動

根據轉子的旋轉角度，切換逆變電路功率元件的開關狀態，然后改變定子線圈的電流方向，使轉子旋轉。

正弦波驅動

通過檢測轉子的旋轉角度來旋轉轉子，在逆變電路中產生相移為120度的3相交流電，然后改變定子線圈的電流方向和大小。

圖4 無刷直流電機驅動狀態

直流無刷電機目前廣泛應用在各個領域，包括家用電器、汽車電子、工業設備、辦公自動化以及機器人和便攜消費電子等，未來隨著電機技術不斷進步，直流無刷電機的應用還將具有更廣闊的發展空間。

審核編輯：劉清