电机的工作原理及实现换向

电动机工作是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机。

BLDC 电机可配置为单相、两相和三相；其中最常用的配置为三相。相数与定子绕组数相匹配，而转子磁极数根据应用需求的不同可以是任意数量。因为 BLDC 电机的转子受旋转的定子磁极影响，所以须追踪定子磁极位置，以有效驱动三个电机相。为此，需使用电机控制器在三个电机相上生成六步换向模式。

通过采用这种标准电机换向序列，电机控制器即可利用高频率脉宽调制 (PWM) 信号，有效降低电机承受的平均电压，从而改变电机速度。针对 BLDC 电机换向可采用许多方式来实现这种反馈，不过最常见的方式是使用霍尔效应传感器、编码器或旋转变压器。

霍尔效应传感器作为实现换向反馈的主力。因三相控制仅需要三个传感器且单位成本较低，电机定子中嵌入了检测转子位置的霍尔效应传感器，这样就可以切换三相电桥中的晶体管来驱动电机。三个霍尔效应传感器输出一般标记为 U、V 和 W 通道。虽然霍尔效应传感器能使控制器驱动 BLDC 电机，但遗憾的是，其控制仅限于速度和方向。在三相电机中，霍尔效应传感器只能在每个电循环内供角度位置。

随着磁极对数量的增加，每次机械转动的电循环数量也增加，而且随着 BLDC 的使用变得更加普及，对精确位置传感的需求也由此增加。为确保解决方案稳健且完整，BLDC 系统应提供实时位置信息，从而使得控制器不仅可以追踪速度和方向，还可以追踪行程距离和角度位置。常用的解决方案是向 BLDC 电机添加增量式旋转编码器。还会在相同的控制反馈回路系统中添加增量编码器。其中霍尔效应传感器用于电机换向，而编码器则用于更加精确地追踪位置、旋转、速度和方向。

由于霍尔效应传感器仅在每个霍尔状态变化时提供新的位置信息，所以其精度只达到每一电力循环六个状态；而对双极电机而言，仅为每一机械循环六个状态。与能提供分辨率以数千 PPR（每转脉冲数）计的增量编码器（可解码为状态变化次数的四倍）相比，两者均需的必要性就显而易见了。这些编码器不仅可以提供传统的正交 A 和 B 通道（以及某些情况下“每转一次”的索引脉冲通道 Z），还可以提供大多数 BLDC 电机驱动器所需的标准 U、V 和 W 换向信号。这样就可以省掉同时安装霍尔效应传感器和增量编码器的不必要步骤。