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无刷电机简介

无刷直流电机简介

无刷直流电机,英语缩写为BLDC(Brushless DC Motor)。电机的定子(不动的部分)是线圈,或者叫绕组。转子(转动的部分)是永磁体,就是磁铁 。根据转子的位置,利用单片机来控制每个线圈的通电,使线圈产生的磁场变化,从而不断在前面勾引转子让转子转动,这就是无刷直流电机的转动原理。下面深入一下。

2. 无刷直流电机的基本工作原理

2.1. 无刷直流电机的结构

首先先从最基本的线圈说起。可以将线圈理解成长得像弹簧一样的东西。根据初中学过的右手螺旋法则可知,当电流从该线圈的上到下流过的时候,线圈上面的极性为N,下面的极性为S。

现在再弄一根这样的线圈。然后摆弄一下位置。这样如果电流通过的话,就能像有两个电磁铁一样。再弄一根,就可以构成电机的三相绕组。再加上永磁体做成的转子,就是一个无刷直流电动机了。

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2.2. 无刷直流电机的电流换向电路

无刷直流电机之所以既只用直流电,又不用电刷,是因为外部有个电路来专门控制它各线圈的通电。这个电流换向电路最主要的部件是FET(场效应晶体管,Field-Effect Transitor)。可以把FET看作是开关。下图将FET标为AT(A相Top),AB(A相Bottom),BT,BB,CT,CB。FET的“开合”是由单片机控制的。

2.3. 无刷直流电机的电流换向过程

FET的“开合”时机是由单片机控制的。最常用的电流换向方法是 Six-step Commutation,翻译过来是“六步换向”。现在建个坐标系。六步换向的过程如下表。

2.4. 无刷直流电机的转子是怎么转动的呢?

靠的就是用六步换向生成一个旋转的磁场,在转子的前方不断勾引。就像文章开头那只拿着磁铁画圈圈的手一样。如果你看合成的磁场方向和转子所在的位置的话,就一目了然了。

你看,合成的磁场的S极一直在转子N极的前面等着。

只要把握好线圈通电的时机,让合成磁场的方向一直提前于转子的位置,转子就会一直屁颠屁颠地跟着。

3. 怎样确定换向时机?

上面说过,控制转子转动的关键是,等转子转到合适的角度时,对通过线圈的电流进行换向,从而使生成的磁场方向发生变化,吸引转子,令转子转动。

那这个电流换向的时机应该怎么把握呢?也就是说,我要怎么样知道现在转子转动到什么位置?知道转子在哪我才知道要通哪两相的电啊。

其实判断转子位置的方法挺多,用传感器也行,不用传感器也行。先说用传感器的,传感器一般用霍尔传感器(Hall Sensor)。

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