电机原理与结构揭秘无处不在的无刷神器
导语：在电机控制领域，无刷电机是最为广泛应用的电机类型之一。让我们一起探索生活中无处不在的无刷电机！自19世纪初电磁现象被发现以来，随着工业化时代的到来，无刷电机逐渐成为了电子系统中的一个关键组成部分。工程技术人员不断发明各种类型的电机，如直流、感应和同步电机。
作为永磁同步电机会的一种，无刷电机拥有悠久的历史，但最初由于启动和变速困难，它仅限于具有昂贵控制设备的大型工业应用。在近年来的技术进步和人们对节能意识的提升下，无刷電機得到了飞速发展，其强大的永磁体改进了性能，使其变得更加可靠。
直流有刷与无刷之间差异
直流有刷電機（简称DC電機）因其高效率、高可控性以及易于小型化而成为常用之选。相比之下，无刷電機没有需要维护或更换的机械部件，因此它们更加耐用且噪音较低。此外，无刷電機结合了直流有 brushes 的精确控制能力，并且提供了更大的结构灵活性，使其能够轻松嵌入到各种设备中，这些优势使得无刷電機越来越多地用于工业自动化、办公自动化和家用产品等领域。
图1 直流有 brushes 和 无 brushes 电动机结构对比
虽然直流無brush 電動機與 永磁 同步 電動 機 (PMSM) 结构相同，但它既是一个独立的小家族，也是一个独特类型。如图所示，我们可以根据旋转方式将这些类别进行进一步分类。
图2 直流無brush 電動 機類別分組
如何使用無brush 电动 机会工作？
当無brush 电动 机会运行时，它们首先将永磁体设计为转子，而线圈则被设计为定子。然后，通过逆变器，将外部信号传递给线圈，以便根据转子的位置切换当前。这通常涉及检测转子的位置，然后基于该信息调整线圈产生的力矩，以实现精确控制。
三种主要方法用于检测轉子位置：一是通过测量感生到的变化来确定轉子的方向；二是使用霍尔传感器，三个传感器配合轉子的改变来确定轉子位置；三是通过感觉到傳感器上產生的變化來確定轉子位置，這是一種特殊稱為“弱場”操作下的選項。
图3 直流無brush 电动 机会如何運作？
這些設備可以通過兩種基本方法進行控制，以及一些複雜計算例如矢量調整或弱場調整法則。此外，一個簡單但有效的心波驅動技術也存在於其中，其中通過檢測轉子的角度來開啟或關閉線圈以實現旋轉，並將輸出設置為正弦波形以減少諧波干擾並提高效率。
圖4 無brush 直流電動 机会運行狀態
目前，這些設備已經廣泛應用於家庭用品、汽車電子、工業自動化系統以及辦公自動化等領域，並且隨著技術進步，它們未來仍將擁有一片廣闊發展前景。
