無傳感器、無電刷的電動機控制設計實現

　　廣義來講，常用的無電刷電動機分兩類∶無電刷直流（BLDC）電動機和無電刷交流電動機（在別的情況稱永磁同步電動機（PMSM）），兩類中皆包含產生激勵磁場的永磁轉子及安排作二相或三相的定子繞組。在無電刷直流電動機中安排繞組使到每一相在沿著定子的空氣隙中產生一個梯形磁場。在永磁同步電動機中旋轉場是正弦的。

圖2. 56F8013 DSC結合數字信號處理及專用電動機控制外圍設備。

　　工作原理

　　在永磁同步電動機中，以三相正弦電壓方式（120°相移）施加於定子繞組上，這樣在轉子周圍建立一個旋轉磁場。轉子找尋與這旋轉定子場對齊，故此，當轉子與定子磁通分隔90°時造出的轉距便是最大，又當磁通對齊時轉距是零。最後，轉子速度等於定子頻率，因為這緣故，這類電動機被稱為同步，電動機的轉速可由調節三相電源的頻率來控制。

　　永磁同步電動機在某些方面較無電刷直流電動機優勝，包括轉距紋波小、可聞噪聲低，以及更能夠在低速工作。而另一方面，電動機結構大多復雜，需要精密的控制算法。電動機一般備有一個正交編碼器（quadratur encoder）檢測轉子位置和轉速回饋；有時還要用霍爾傳感器檢知起始位置。

　　在無電刷直流電動機中，定子各相被饋以一序列的梯形電壓，這樣混合一起便造出一個有矩形空間分布的旋轉磁場，在圖1所示的簡化雙極模型中有助於了解這類電動機的基本原理。

　　饋電線圈U和W建立磁場，指向如圖中的N’和S’，因此轉子以其N-S方向即經過一個力矩，并開始旋轉；須注意，起初兩磁場是90°移動，經過30°旋轉後，定子被換向，以至新的形式下產生的定子場是與轉子場移位120°，正如解釋，轉子勢必跟隨定子場，以至移位再減少至60°，在此時執行新的換向，并且該形勢繼續重復下去，於是獲得360°旋轉。

　　將給線圈的電源換向的正確時間由三個放置在電動機內里的霍爾傳傳感器來決定，因此，只要令磁場常操作於60°與120°之間移位及以90°為中界，六種不同形式便可造出最大效率，須記著最大轉矩是於定子場與轉子場是90°移位時得到的，顯而易見，由無電刷直流電動機產生的轉矩，特徵是有明顯的波動。