BLDC电机控制
BLDC电机因体积小、效率高、使用寿命长和可控性好而备受关注。本节将探讨如何进行BLDC电机控制来充分发挥其潜力。 
图1：BLDC电机的内部与外部结构 BLDC电机的转子为永磁体，无需电流，取消电刷和换向器后，使用寿命更长。 
图2(a)：BLDC电机的旋转原理 典型配置：三组线圈间隔120º，通过相位和线圈控制驱动。 以上案例中采用一台3线圈的电机，将线圈标记为U、V和W。例如：仅线圈U通电时，磁场方向如图2(b)箭头所示，实际中线圈U、V、W通过单根引线互联，无法单独激励单一相位。图2(c) 展示线圈U和W同时通电时的磁场合成效果，图2(d) 中的宽箭头表示合成磁通方向，该磁场会吸引转子永磁体，直至其N/S极与磁场方向对齐。
通过不断切换线圈激励相位，合成磁场持续旋转，牵引转子永磁体转动。简而言之，须不断切换U、V和W的通电，使合成磁通量保持移动，从而产生不断旋转磁场拉动转子。图3展示了六种激励模式（模式1至6）下磁场的切换顺序，每切换一次模式，磁场方向改变60°，从而实现转子顺时针旋转。此方法称为120度导通控制，转速由相位切换速率控制。 
图3：合成磁通的连续变化驱动转子旋转 
图4：正弦控制 通过三相电流的精细调控，合成磁通不再局限于六个离散方向。 
解析：左图：当导通时间保持在开关周期的一半时，有效电压将维持在满电压的一半水平。 右图：进一步减少导通时间会继续降低有效电压值。 图5：PWM输出与输出电压（alt：PWM输出与输出电压） 改变占空比（导通时间占周期的比例）会改变有效电压。
表1：位置传感器类型与特性
BLDC电机的连接更加复杂
图1展示了典型内转子型BLDC电机的外观和内部结构，其永磁体安装在转子上，线圈则位于外部，这与传统的有刷直流电机（线圈在转子、永磁体在外侧）截然不同。由于BLDC电机的转子无需通电，因此无需电刷，但是BLDC电机比有刷电机更难驱动。有刷电机仅需连接电源正负极即可运行，而BLDC电机的引线数量和接线方式均不同且更为复杂。 图1：BLDC电机的内部与外部结构 BLDC电机的转子为永磁体，无需电流，取消电刷和换向器后，使用寿命更长。 控制磁场方向控制BLDC电机
要使BLDC电机旋转，需控制电流进的方向和时序。图 2(a) 展示了BLDC电机的定子（线圈）和转子（永磁体），此示例中使用三个间隔120º线圈（实际中多为六组及以上线圈）。线圈U、V、W通电时产生磁场，通过组合不同线圈的电流方向，可生成合成磁场以驱动转子旋转。 图2(a)：BLDC电机的旋转原理 典型配置：三组线圈间隔120º，通过相位和线圈控制驱动。 以上案例中采用一台3线圈的电机，将线圈标记为U、V和W。例如：仅线圈U通电时，磁场方向如图2(b)箭头所示，实际中线圈U、V、W通过单根引线互联，无法单独激励单一相位。图2(c) 展示线圈U和W同时通电时的磁场合成效果，图2(d) 中的宽箭头表示合成磁通方向，该磁场会吸引转子永磁体，直至其N/S极与磁场方向对齐。  |  |  |
| 图2(b)：BLDC电机旋转原理 | 图2(c)：BLDC电机旋转原理 | 图2(d)：BLDC电机旋转原理 |
| 电流先流过U，然后流过W，箭头表示线圈U产生的磁通。 | 电流U和W，两个箭头分别表示线圈U与W的磁场合成 | 合成磁通驱动转子旋转 |
图3：合成磁通的连续变化驱动转子旋转 BLCD电机的正弦控制可实现平稳旋转
在120度导通控制下，只有六个合成磁通方向可用于驱动电机。例如，从模式1切换到模式2（见图3）会使合成磁通方向再次拉动转子，重复此向移动60º，从而相应地拉动转子。从模式2切换到模式3会使磁通方向再移动60º，过程会产生连续旋转，但旋转有些不平稳。在某些情况下，这种不平稳旋转会引发振动和噪声。 正弦波控制通过精确调节三相电流的幅值，使合成磁通方向和大小连续变化，从而实现更平滑的旋转，可作为120度导电控制的替代方案（图4）。 图4：正弦控制 通过三相电流的精细调控，合成磁通不再局限于六个离散方向。 变频器控制BLDC电机
可以回顾流入U、V 和W的电流的性质。以120度导通控制为例，模式1中的电流从U流向W；模式2中电流从U流向V（图3）。如图中的箭头所示，每次变化的通电线圈组合都会导致磁通方向的变化，而模式4的电流从W流向V，在有刷直流电机中可以通过电刷和换向器来实现电流反转。因BLDC电机不能使用电刷或其他机械接触来实现这种反转，BLDC电机不使用逆变器电路来实现这种控制。逆变器替代了有刷电机的机械换向功能，并结合脉冲宽度调制（PWM）调节电压幅值。PWM通过改变占空比（导通时间占周期的比例）等效调整电压（图5）。 解析：左图：当导通时间保持在开关周期的一半时，有效电压将维持在满电压的一半水平。 右图：进一步减少导通时间会继续降低有效电压值。 图5：PWM输出与输出电压（alt：PWM输出与输出电压） 改变占空比（导通时间占周期的比例）会改变有效电压。 BLDC电机和位置传感器
如上文提到，需要通过不断改变线圈产生的磁通方向来驱动BLDC电机，转子上的永磁体不断追逐移动的旋转磁场，从而使转子转动。BLDC电机控制需与转子位置同步，因此通常配备位置传感器（表1）。霍尔元件（每60°输出信号）适用于120度导通控制；光学编码器（高分辨率但怕粉尘）和旋转变压器（耐恶劣环境）则用于矢量控制。传感器虽提升可靠性，但增加成本和维护难度，部分场景可使用无传感器控制替代。| 传感器类型 | 典型应用 | 特征 |
| 霍尔元件 | 120度导通控制 | 每60°接收一次信号，成本低，耐热性差。 |
| 光学编码器 | 正弦波控制、矢量控制 | 两种类型：增量式（检测位移）和绝对式（检测当前位置），高分辨率，怕粉尘。 |
| 旋转变压器 | 正弦波控制、矢量控制 | 高分辨率，结构坚固，适用于恶劣环境。 |