內轉子型BLDC電機是典型的BLDC電機的一種
，其外觀與內部構造如下所示（圖1）。帶刷DC電機（以下稱為DC電機）的轉子上有線圈，外側放有永磁體。BLDC電機的轉子上有永磁體，外側是線圈。BLCD電機的轉子沒有線圈，是永磁體，因此沒有必要在轉子上通電。實現了不帶通電用的電刷的“無刷型”。

 

另一方麵，與DC電機相比，控製也變得更難了。並不是隻要將電機上的電纜接上電源就好了。本來就連電纜數目都不一樣。和“將正極（+）和負極（-）連上電源”的方式不同。

 

圖1：BLDC電機的外觀及內部構造

 

轉子是永磁體，因此無法通電。無需電刷及換向器，可謀求延長使用壽命

改變磁通量的方向

 

為了轉動BLDC電機
，必須控製線圈的電流方向及時機。圖2-A是將BLDC電機的定子（線圈）和轉子（永磁體）模式化的結果。使用該圖片，思考一下轉子旋轉的情況吧。思考使用3個線圈的情況。雖然實際上也有使用6個或以上的線圈的情況，但在考慮原理的基礎上，每120度放一個線圈，使用3個線圈。電機將電氣（電壓、電流）轉換為機械性旋轉。圖2-A的BLDC電機又是如何轉動呢？先來看一看電機中發生了什麼吧。

 

圖2-A：BLDC電機轉動原理

BLDC電機中每隔120度放置一個線圈，總共放置三個線圈
，控製通電相或線圈的電流

如圖2-A所示，BLDC電機使用3個線圈。這三個線圈用以在通電後生成磁通量

，將其命名為U、V、W。將該線圈通電試試看吧。線圈U（以下簡稱為“線圈”）上的電流路徑記為U相，V的記錄為V相
，W的記錄為W相。接下來看一看U相吧。向U相通電後，將產生如圖2-B所示的箭頭方向的磁通量。但實際上，U、V、W的電纜都是互相連接著的

，因此無法僅向U相通電。在這裏
，從U相向W相通電，會如圖2-C所示在U
、W產生磁通量。合成U和W的兩個磁通量，變為圖2-D所示的較大的磁通量。永磁體將進行旋轉
，以使該合成磁通量與中央的永磁體（轉子）的N極方向相同。

 

圖2-B：BLDC電機的轉動原理

從U相向W向通電。首先，隻關注線圈U部分，則發現會產生如箭頭般的磁通量

 

圖2-C：BLDC電機的轉動原理

從U相向W相通電，則會產生方向不同的2個磁通量

 

圖2-D：BLDC電機的轉動原理

從U相向W相通電，可以認為產生了兩個磁通量合成的磁通量

若改變合成磁通量的方向
，則永磁體也會隨之改變。配合永磁體的位置，切換U相
、V相
、W相中通電的相
，以變更合成磁通量的方向。連續執行此操作，則合成磁通量將發生旋轉
，從而產生磁場，轉子旋轉。

 

圖3所示的是通電相與合成磁通量的關係。在該例中，按順序從1-6變更通電模式，則合成磁通量將順時針旋轉。通過變更合成磁通量的方向
，控製速度
，可控製轉子的旋轉速度。將切換這6種通電模式
，控製電機的控製方法稱為“120度通電控製”。

 

圖3：轉子的永久磁石會像被合成磁通量牽引一樣旋轉
，電機的軸也會因此旋轉

使用正弦波控製，進行流暢的轉動

 

接下來
，盡管在120度通電控製下合成磁通量的方向會發生旋轉，但其方向不過隻有6種。比如將圖3的“通電模式1”改為“通電模式2”
，則合成磁通量的方向將變化60度。然後轉子將像被吸引一樣發生旋轉。接下來，從“通電模式2”改為“通電模式3”

，則合成磁通量的方向將再次變化60度。轉子將再次被該變化所吸引。這一現象將反複出現。這一動作將變得生硬。有時這動作還會發出噪音。

 

能消除120度通電控製的缺點，實現流暢的轉動的正是“正弦波控製”。在120度通電控製中，合成磁通量被固定在了6個方向。進行控製，使其進行連續的變化。在圖2-C的例子中，U和W生成的磁通量大小相同。但是，若能較好地控製U相
、V相、W相，則可讓線圈各自生成大小各異的磁通量，精密地控製合成磁通量的方向。調整U相、V相
、W相各相的電流大小
，與此同時生成了合成磁通量。通過控製這一磁通量連續生成，可使電機流暢地轉動。

 

圖4：正弦波控製

 

正弦波控製可控製3相上的電流
，生成合成磁通量，實現流暢的轉動。可生成120度通電控製無法生成的方向上生成合成磁通量
 

 

那麼U


、V、W各相上的電流又如何呢？為便於理解，回想120度通電控製的情況看看吧。請再次查看圖3。在通電模式1時
，電流從U流至W;在通電模式2時，電流從U流至V。可以看出，每當有電流流動的線圈的組合發生改變時
，合成磁通量箭頭的方向也會發生變化。

 

接下來，請看通電模式4。在該模式下，電流從W流至U，與通電模式1的方向相反。在DC電機中，像這樣的電流方向的轉換是由換向器和刷子的組合來進行了。但是，BLDC電機不使用這樣的接觸型的方法。使用逆變器電路，更改電流的方向。在控製BLDC電機時
，一般使用的是逆變器電路。

 

另外逆變器電路可改變各相中的外加電壓，調整電流值。電壓的調整中，常用的是PWM（Pulse Width Modulation=脈衝寬度調製）。PWM是一種通過調整脈衝ON/OFF的時間長度改變電壓的方法，重要的是ON時間和OFF時間的比率（占空比）變化。若ON的比率較高，可以得到和提高電壓相同的效果。若ON的比率下降

，則可以得到和電壓降低相同的效果（圖5）。

 

為了實現PWM，現在還有配備了專用硬件的微電腦。進行正弦波控製時需控製3相的電壓，因此比起隻有2相通電的120度通電控製來說，軟件要稍稍複雜一些。逆變器是對驅動BLDC電機必要的電路。交流電機中也使用了逆變器，但可以認為家電產品中所說的“逆變器式”幾乎使用的是BLDC電機。

 

圖5：PWM輸出與輸出電壓的關係

變更某時間內的ON時間，以變更電壓的有效值。

ON時間越長，有效值越接近施加100%電壓時（ON時）的電壓

使用位置傳感器的BLDC電機

 

以上是BLDC電機的控製的概況。BLDC電機通過改變線圈生成的合成磁通量的方向，使轉子的永磁體隨之變化。

 

實際上
，在以上的說明中
，還有一點沒有提到。即BLDC電機中的傳感器的存在。BLDC電機的控製是配合著轉子（永磁體）的位置（角度）進jin行xing的de。因yin此ci，獲huo取qu轉zhuan子zi位wei置zhi的de傳chuan感gan器qi是shi必bi需xu的de。若ruo沒mei有you傳chuan感gan器qi得de知zhi永yong磁ci體ti的de方fang向xiang時shi
，轉zhuan子zi可ke能neng會hui轉zhuan至zhi意yi料liao之zhi外wai的de方fang向xiang。有you傳chuan感gan器qi提ti供gong信xin息xi的de話hua，就jiu不bu會hui出chu現xian這zhe樣yang的de情qing況kuang了le。

 

表1中顯示的是BLDC電機主要的位置檢測用傳感器的種類。根據控製方式的不同
，需要的傳感器也是不同的。在120度通電控製中，為判斷要對哪個相通電，配備了可每60度輸入一次信號的霍爾效應傳感器。另一方麵，對於精密控製合成磁通量的“矢量控製”（在下一項中說明）來說，轉角傳感器或光電編碼器等高精度傳感器較為有效。

 

tongguoshiyongzhexiechuanganqikeyijiancechuweizhi
，danyehuidailaiyixiequedian。chuanganqifangchennenglijiaoruo，erqieweihuyeshibukehuoquede。keshiyongdewendufanweiyehuisuoxiao。shiyongchuanganqihuoweicizengjiapeixiandouhuizaochengchengbendeshangsheng，erqiegaojingduchuanganqibenshenjiujiagegaoang。yushi
，“無傳感器”zheyifangshidengchangle。tabushiyongweizhijianceyongchuanganqi，yicikongzhichengben，qiebuxuyaochuanganqixiangguandeweihu。danciciweileshuomingyuanli，yincijiadingyicongweizhichuanganqihuodelexinxilaiba。

 

表1：位置檢測專用傳感器的種類及特征

 

 

正弦波控製為3相通電，流暢地改變合成磁通量的方向，因此轉子將流暢地旋轉。120度通電控製切換了U相、V相

、W相中的2相，以此來使電機轉動
，而正弦波控製則需要精確地控製3相的電流。而且控製的值是時刻變化的交流值
，因此

，控製變得更為困難。

 

在這裏登場的便是矢量控製了。矢量控製可通過坐標變換，把3相的交流值作為2相(xiang)的(de)直(zhi)流(liu)值(zhi)進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)
，因(yin)此(ci)可(ke)簡(jian)化(hua)控(kong)製(zhi)。但(dan)是(shi)
，矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)計(ji)算(suan)需(xu)要(yao)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)下(xia)的(de)轉(zhuan)子(zi)的(de)位(wei)置(zhi)信(xin)息(xi)。位(wei)置(zhi)檢(jian)測(ce)有(you)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)
，即(ji)使(shi)用(yong)光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)或(huo)轉(zhuan)角(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)方(fang)法(fa)
，以(yi)及(ji)根(gen)據(ju)各(ge)相(xiang)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)進(jin)行(xing)推(tui)算(suan)的(de)無(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)方(fang)法(fa)。通(tong)過(guo)該(gai)坐(zuo)標(biao)變(bian)換(huan)可(ke)直(zhi)接(jie)控(kong)製(zhi)扭(niu)矩(ju)（旋轉力）的相關電流值

，從而實現沒有多餘電流的高效控製。

 

但(dan)是(shi)，矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)中(zhong)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)使(shi)用(yong)三(san)角(jiao)函(han)數(shu)的(de)坐(zuo)標(biao)變(bian)換(huan)，或(huo)複(fu)雜(za)的(de)計(ji)算(suan)處(chu)理(li)。因(yin)此(ci)
，大(da)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)都(dou)會(hui)使(shi)用(yong)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)較(jiao)強(qiang)的(de)微(wei)電(dian)腦(nao)作(zuo)為(wei)控(kong)製(zhi)用(yong)微(wei)電(dian)腦(nao)，比(bi)如(ru)配(pei)備(bei)了(le)FPU（浮點運算器）的微電腦等。